Modeldidactiek
Docent-gestuurd ontdekkend leren bij de bètavakken
Modeldidactiek is een didactische methode voor docent-gestuurd ontdekkend leren voor de bètavakken, waarbij leerlingen samenwerkend komen tot conceptuele modellen o.a. met experimenten die zij zelf vormgeven. Deze aanpak leert hen heen-en-weer denken tussen verschijnselen en modellen/begrippen, weergegeven in verschillende representaties, zoals tabellen, grafieken, schetsen, schematische weergaven, formules, analogieën en fysieke modellen.
Voor een diepgaand begrip van natuurkunde is inzicht in de concepten essentieel, en dit kan alleen worden bereikt door leerlingen aan het denken te zetten. Wetenschappers en wiskundigen leren door te doen: zij construeren en gebruiken conceptuele modellen van de verschijnselen en testen deze om de uitkomsten van experimenten te voorspellen. Dit construeren gebeurt in onderlinge discussie en via het bereiken van consensus. In lessen volgens modeldidactiek werken leerlingen op dezelfde manier, waarbij zij hun begrip, vaktaal en vaardigheden ontwikkelen. Zij leren denken als wetenschapper / engineer / vakman en ontwikkelen zelfvertrouwen om zelfstandig bèta of technische problemen aan te pakken in een veelheid aan situaties.
De aanpak is voornamelijk ontwikkeld voor de bètavakken in het voortgezet onderwijs, in eerste instantie voor havo/vwo, waar lessenseries of losse lessen op deze manier gegeven kunnen worden. De aanpak is vermoedelijk ook toepasbaar in het primair onderwijs, vmbo en het vervolgonderwijs. De aanpak lijkt wat betreft werkvorm op de didactiek van Building Thinking Classrooms voor wiskunde.
Modeldidactiek is gebaseerd op de Modeling Instruction™ uit de Verenigde Staten, waar het al vele jaren succesvol wordt toegepast. De American Modeling Teachers Association (AMTA) heeft een uitgebreide set aan docentenmateriaal ontwikkeld en er zijn vele artikelen verschenen. Voor Nederland ontwikkelt een groep van docenten verenigd in een PLG materiaal voor het Nederlandse onderwijs. In samenwerking met AMTA worden cursussen georganiseerd.
Op Wikiwijs publiceren we de docentenhandleidingen die zijn ontwikkeld door de PLG. Alle handleidingen zijn te gebruiken onder een Creative Commons Licentie CC-BY-SA.
Wat gebeurt in een Modeldidactiek les
Modeldidactiek is krachtig en inspirerend doordat het de leerlingen laat ervaren wat wetenschap bedrijven inhoudt en alle leerlingen bij begripsontwikkeling betrekt. De docent neemt niet meer de rol op zich van bron van alle kennis, maar eerder die van een medeleerling met meer ervaring die daardoor slimme vragen kan stellen. Handig zorgt de docent dat misconcepties / alternatieve modellen aan het licht worden gebracht. Bij verbazing en verwondering willen vrijwel alle leerlingen wel denken. Hierdoor wordt het onderwijs boeiender en veel meer een proces van leerlingen en docent gezamenlijk. Uit onderzoek is gebleken dat deze aanpak effectief is voor zowel begripsvorming als testresultaten.
Werken met whiteboards
Typerend voor de aanpak is het werken in groepen met whiteboards. Bij het verkennen van concepten is er eerst een klassikale start waarin de vraagstelling wordt afgesproken. Vervolgens ontwikkelen de groepen een experiment en voeren metingen uit. De leerlingen werken hun resultaten in verschillende representaties uit
op whiteboards. Bij de klassikale bespreking van de resultaten van de groepen vallen verschillen in aanpak en presentatie op. Via de whiteboards ziet de docent tijdens de les de ontwikkeling van (groepjes) leerlingen en kan hij/zij daarop direct reageren (formative assessment). Zie ook het NVOX artikel. De docent laat leerlingen zoveel mogelijk zelf analyseren en conclusies trekken. Ter afronding van een onderwerp laat de docent de leerlingen notities maken. Dit leerboek wordt een belangrijk naslagwerk.
Bij Modeling Instruction(™ ) werken leerlingen volgens de modelleercyclus: leerlingen verwoorden een toetsbare hypothese, ontwerpen een experiment om deze hypothese te testen, voeren het experiment uit en bouwen vervolgens een wetenschappelijk model op, op basis van de data uit hun experiment.
Ook het oefenen van opgaven kan zeer goed via het werken in groepen met een klassikale bespreking. (zie NVOX artikel 1) Het blijkt dat de groepen ambitieuze opgaven samen wél aankunnen. In deze setting wordt serieus doorgezocht naar een goede oplossingsstrategie, terwijl bij zelfstandig werken leerlingen vaak al snel kijken naar de antwoorden.
Taalvaardigheid en redeneren
Tijdens de lessen Modeldidactiek voeren leerlingen intensieve vakinhoudelijke gesprekken met elkaar. Dit bevordert niet alleen hun ontwikkeling van vaktaal, maar helpt hen ook bij het verwoorden van ideeën en het begrijpen van de bedoelingen van anderen. De lessen bieden een uitstekende oefening in redeneren en het bijbehorende taalgebruik. Op examens is dit zichtbaar in sterk verbeterde kwaliteit van de uitleg bij opgaven, zoals bij leerlingen van een docent van de PLG.
Samenhang met rekenen / wiskunde
Bij de aanpak wordt veel gemeten, gerekend en worden tabellen en grafieken gemaakt. Daarmee draagt de aanpak bij aan gecijferdheid. Voorwaarde is wel dat alle groepsleden deze rollen op zich nemen.
We zien mogelijkheden om de afstemming met het vak wiskunde te verbeteren, zowel in didactische werkvorm, in terminologie als in inhoud. Dit zou moeten leiden tot een effectievere besteding van de lestijd.
Goed en uitgebreid docentenmateriaal
De aanpak vereist een zorgvuldige keuze van de experimenten en lesactiviteiten. Dit kan een docent niet alleen voorbereiden, het is een gezamenlijk ontwikkelproces om tot een goede set samenhangend docentenmateriaal te komen. We maken graag gebruik van het materiaal van AMTA, maar de verschillen met de Nederlandse situatie vereisen eigen ontwikkeling, waar we in de PLG mee bezig zijn.
De docentenhandleidingen met ook informatie over misconcepties / alternatieve modellen ondersteunen docenten in het goed begeleiden van de gesprekken. Goede vakkennis en vakdidactisch inzicht zijn belangrijk voor het begeleiden van het proces. Het is aan te raden om professionaliseringsactiviteiten te volgen om de aanpak in te voeren. Ook kunnen docenten tegen een geringe betaling toegang krijgen tot de AMTA database.
Historie en effectiviteit
Modeldidactiek is gebaseerd op Modeling Instruction™ uit de VS
De didactiek Modeling Instruction™ werkt volgens het principe van “guided inquiry” en is gestart door David Hestenes en Malcolm Wells begin jaren '90, zie modelinginstruction.org. Voor het Amerikaanse onderwijs is sindsdien een uitgebreide set docentenmateriaal www.modelinginstruction.org ontwikkeld door de AMTA organisatie voor alle bètavakken. Een korte introductie is te vinden in deze video: A Modeling Approach to Physics Instruction – YouTube.
Er zijn veel artikelen beschikbaar over de ervaringen en resultaten met de didactieken voor “intellectual engagement” waar Modeldidactiek bij hoort. Vooral voor het ontwikkelen van conceptueel inzicht en engagement (actief en gemotiveerd meedoen) in lessen zijn deze didactieken effectief zoals uit meerdere studies is gebleken. (Zie o.a. de meta-analyse van Hake, American Journal of Physics).
Op initiatief van Onne Slooten (docent Natuurkunde Amsterdams Lyceum) heeft in juni 2022 een eerste
verkennende workshop over Modeling Instruction™ plaatsgevonden, als professionaliseringsactiviteit vanuit het vo-ho netwerk Bètapartners. Deze workshop werd verzorgd door Dan MacIsaac en Kathleen Falconer van de AMTA (American Modeling Teachers Association), zie de terugblik op deze bijeenkomst. De aanwezige docenten en vakdidactici natuurkunde uit het hele land waren erg enthousiast over de didactiek. Uit de deelnemers van deze workshop is een PLG (Professionele Leergemeenschap) gevormd van docenten die graag wilden experimenteren in hun eigen lessen en ervaringen willen uitwisselen.
De eerste verkenningen zijn gedaan met het lesmateriaal van de American Modeling Teachers Association (AMTA) Dat materiaal is via een lidmaatschap in te zien. Het materiaal is vertaald en aangepast voor de Nederlandse situatie om te testen. Ondertussen is ook veel eigen materiaal ontwikkeld in de vorm van docenthandleidingen en leerlingmateriaal.
De groep heeft zich vooralsnog beperkt tot het schoolvak natuurkunde. In de bijeenkomsten is de didactiek met elkaar uitgeprobeerd en nabesproken. De uitwisseling met elkaar over didactiek, vakkennis, ervaringen en inzichten draagt sterk bij aan de professionele ontwikkeling van elke deelnemer. Tussendoor is materiaal vertaald, ontwikkeld en uitgeprobeerd. In de bijeenkomsten zijn ook gesprekken gevoerd met leerlingen over de aanpak.
Zeer positieve ervaringen
De ervaringen met de didactiek zijn zeer positief. Leerlingen geven aan dat ze in de lessen veel meer tijd actief met de lesstof bezig zijn, dieper inzicht krijgen, betere resultaten behalen en het vak leuker vinden. Dit is ook merkbaar voor docenten, en draagt ook bij aan werkplezier. Het kost wel tijd om de didactische vaardigheid te ontwikkelen in het stellen van denkvragen. Ook is grondige kennis van vakinhoud en vakdidactiek noodzakelijk, onder andere het proces van modelleren en misconcepties.
referenties
- Hake, Richard. (1998). Interactive-Engagement Versus Traditional Methods: A Six-Thousand-Student Survey of Mechanics Test Data for Introductory Physics Courses. American Journal of Physics - AMER J PHYS. 66. 10.1119/1.18809.
Het project Modeldidactiek
Vanaf schooljaar 2023-2024 is het project voortgezet met subsidie van het groeifonds Impuls Open leermateriaal (IOL). Met de beschikbare middelen van IOL kan tijd vrijgemaakt worden voor het ontwikkelen, testen, publiceren en verspreiden van het materiaal. Voor de verspreiding worden lezingen en workshops gegeven, er worden berichten geplaatst op de socials en er wordt een nieuwsbrief gestuurd in het netwerk.
Het materiaal is geschikt voor losse lessen of lessenseries. Uiteindelijk zal het materiaal een groot deel van het curriculum afdekken.Tot nu toe is alleen voor havo/vwo materiaal ontwikkeld, de komende tijd wordt verkend of de aanpak geschikt is voor vmbo en eventueel mbo.
De projectorganisatie
Centraal in het project staat de groep docenten die samen aan de slag zijn met materiaal in de professionele leergemeenschap, de PLG. Een team zorgt voor de projectsturing en communicatie naar de doelgroep. Daarnaast is wijdere kring van docenten en organisaties betrokken in het netwerk rond Modeldidactiek.
Docenten kunnen ook incidenteel aansluiten bij de bijeenkomsten van de PLG en daarmee kennis en ervaringen opdoen.
Ontwikkelen en ervaringen uitwisselen in de PLG
De PLG bestaat uit een kernteam van docenten die taakruimte hebben voor het ontwikkelwerk en docenten die alleen hun professionaliseringstijd inzetten. De deelnemende docenten ontwikkelen niet alleen vakdidactische kennis, maar ook vakkennis.
In 2023-2024 is de groep drie keer fysiek bij elkaar gekomen en er is een tweedaagse cursus gegeven door AMTA trainer Mark Lattery. Inmiddels zijn ca 15 lesactiviteiten gepubliceerd, een aantal andere zijn bijna klaar. In de bijeenkomsten worden ook regelmatig leerlingen uitgenodigd om met hen de ervaringen met de didactiek te bespreken.
Voor schooljaar 2024-2025 is de groep docenten met extra tijd voor het project uitgebreid tot acht. Er zal verder gewerkt worden aan verbetering en uitbreiding van het materiaal en achtergronddocumentatie. Uiteindelijk zal het materiaal een groot deel van het curriculum afdekken. Ook wordt de effectiviteit van het materiaal onderzocht, daarvoor wordt komend jaar geëxperimenteerd met de RTOP observatie. Verder zal er tijd gestoken worden in het informeren van docenten in het land over deze didactiek, onder andere door lezingen en workshops. Ook zal worden gekeken naar de afstemming met andere projecten, bijvoorbeeld op het gebied van vakoverstijgend rekenen.
De community: betrokken personen en organisaties, nieuwsbrief
Op een aantal scholen wordt Modeldidactiek toegepast voor een groot deel van de lessen, elders proberen docenten de didactiek voor het eerst uit. Binnen de community rond Modeldidactiek wisselen docenten ervaringen uit, wordt nieuw materiaal ontwikkeld en organiseren we bijeenkomsten. Via cursussen bij Modeling Teachers International bouwen we in Nederland expertise op.
Betrokken personen en organisaties
Onne Slooten (Amsterdams Lyceum ) en Ed van den Berg (oud-vakdidacticus) zijn de trekkers van het project, met ondersteuning van de vaksteunpuntcoördinator Natuurkunde van Bètapartners, Saïd el Haidouri. De PLG bijeenkomsten en cursussen worden georganiseerd in samenwerking met het vo-ho netwerk Bètapartners, de NVON en Modeling Teachers International. De scholen van de deelnemers ondersteunen het project en de penvoerder is de NVON. Het materiaal komt open beschikbaar voor alle docenten in Nederland op Wikiwijs in samenwerking met Kennisnet. Voor dit project is subsidie onder het Groeifonds project Impuls Open Leermateriaal. Liliane Bouma (zelfstandig adviseur) is projectleider / coördinator.
We zijn aangesloten bij Modeling Teachers International, de internationale tak van de American Modeling Teachers Association en hebben daarmee ook contact met docenten in het buitenland.
Nieuwsbrief
Circa vijf keer per jaar wordt een nieuwsbrief gestuurd met informatie over het project, bijeenkomsten en inhoudelijke informatie. Opgeven voor de nieuwsbrief kan hier.
Lezingen en workshops
- donderdag 3 oktober: lezing ResearchEd Gooise Scholenfederatie Laren
- vrijdag 13 / zaterdag 14 december: sessies modelvorming en Modeldidactiek WND
Bijeenkomsten, cursussen, begeleiding en coaching
PLG bijeenkomsten
In elke PLG bijeenkomst wordt een specifiek onderwerp aan de orde gesteld en getest materiaal wordt besproken. Een ontwikkelde lesactiviteit wordt op elkaar uitgetest. Op deze manier krijgen de deelnemers ook grondig inzicht in alternatieve modellen van leerlingen en de relevante vakkennis. Het onderling uitwisselen van ervaringen heeft grote meerwaarde. Er worden afspraken gemaakt over materiaal dat voorafgaand aan de volgende bijeenkomst uitgeprobeerd wordt.
De PLG wordt gecoördineerd onder Bètapartners en is wisselend van samenstelling, deelnemers kunnen voor één bijeenkomst aansluiten of het hele jaar meedoen. Een kernteam van 8 docenten neemt dit jaar extra tijd voor ontwikkelen, testen, publiceren en communiceren. Inschrijven voor bijeenkomsten loopt via de Bètapartners website.
De PLG bijeenkomsten zullen plaatsvinden op:
- Woensdag 25 september 2024: Ichthus Lyceum (Driehuis)
- Donderdag 9 Januari 2025: Gymnasium Haganum (Den Haag)
- Juni 2025 : Datum en plaats nog te bepalen
Tijd vanaf 15:15 u (15:00 voor nieuwe deelnemers) tot 19:00, tijdens het diner nemen we de tijd voor het uitwisselen van ideeën en ervaringen met collega's.
Lezingen en workshops
- donderdag 3 oktober: lezing ResearchEd Gooise Scholenfederatie Laren
- vrijdag 13 / zaterdag 14 december: sessies modelvorming en Modeldidactiek WND
Cursussen
Dit jaar worden twee cursussen georganiseerd:
- 2-daagse fysieke training op maandag 18 en dinsdag 19 november door Mark Lattery (Modeling Instruction International). Uitleg van de didactiek, gezamenlijk uitvoeren van diverse lesactiviteiten en nabespreken.
- Asynchrone online cursus 13 januari - april 2025 door Mark Lattery: Scientific Modeling and Computation for Teachers. Een grondige verdieping in modelvorming en didactiek, gecombineerd met praktijkopdrachten. De opdrachten worden nagekeken en voorzien van feedback. Het werk wordt gedeeld met de anderen die tegelijk de cursus volgen. Wij organiseren lokaal enkele fysieke sessies voor persoonlijk contact en uitwisselen van ervaringen.
Begeleiding en coaching
Vanuit de PLG bieden we op maat gemaakte begeleiding en coaching aan bij de implementatie voor scholen/docenten. Denk hierbij aan:
- Een introductiemiddag op locatie
Interactieve kennismaking met de principes van Modeldidactiek
- Ondersteuning bij het ontwikkelen van een invoeringsplan
Advies en begeleiding bij het stapsgewijs introduceren van Modeldidactiek in het repertoire van docenten.
- Nascholing op locatie
Praktische trainingen en workshops om docenten vertrouwd te maken met de methodiek en achtergronden.
- Lesobservatie
Feedback en ondersteuning bij lessen waarin Modeldidactiek wordt toegepast
- Coaching op afstand
Vraagbaak en advies via e-mail of andere communicatiemiddelen voor continue ondersteuning
Trainers / coaches
Onze experts Onne Slooten (docent Natuurkunde Amsterdams Lyceum) en Cathy Baars (docent Natuurkunde Martinuscollege Grootebroek), hebben inmiddels uitgebreide ervaring met Modeldidactiek en hebben trainingen gevolgd bij de American Modeling Teachers Association.
Overzicht over het materiaal
Inmiddels staan er ruim 60 lessen / handleidingen / activiteiten in dit arrangement. Deze lessen kunnen vaak op verschillende manieren worden ingezet:
- Als losse les of als lessenserie
Voor een docent die begint met Modeldidactiek is het praktisch om eerst een enkele les volgens deze aanpak uit te voeren. Dit geeft meer tijd voor voorbereiding en evaluatie. Ervaren docenten kunnen een hele inhoudelijke en / of vaardigheden lessenserie volgens de Modeldidactiek aanpak doen.
- Als eerste kennismaking met lesstof of voor opfrissen kennis
Sommige lessen zijn zowel in te zetten in de onderbouw voor een eerste kennismaking met een onderwerp als in een examenklas om hardnekkige misconcepties boven tafel te krijgen.
- Met focus op inhoud of focus op vaardigheden
Een deel van de lessen kan zowel ingezet worden als onderdeel van een inhoudelijke leerlijn als van een onderzoeksvaardigheden leerlijn.
- Voor verschillende stromen
De lessen zijn ontwikkeld voor havo/vwo, waarbij de docent bij vwo diepgaander op de onderwerpen ingaat. We verwachten dat het materiaal deels, met aanpassingen, ook geschikt is voor vmbo. Komend jaar gaan we ons daarin verdiepen.
Op dit moment is bij de lessen nog niet uitgebreid ingegaan op verschillende varianten voor toepassen van de les, dit vraagt dus creativiteit van de docent.
Een lijst met al het aanwezige lesmateriaal is te vinden in dit document
Artikelen, video's en blogs
Websites
Artikelen:
Video:
Blogs
Podcast
RTOP
RTOP handleiding
