Het ontwikkelen en toepassen van onderzoeksvaardigheden

Inleiding

Deze lessenreeks is ontworpen in het kader van het vak Bètadidactisch Ontwerpen van de opleiding Science Education and Communication van de Eindhoven School of Education, in opdracht van het Theresialyceum te Tilburg. De lessenreeks geeft aandacht aan de ontwikkeling en toepassing van onderzoeksvaardigheden bij havo/vwo brugklasleerlingen. Vaardigheden die belangrijk zijn voor het uitvoeren van onderzoek, worden behandeld aan de hand van de hieronder afgebeelde onderzoekscyclus.

           De onderzoekscyclus die centraal staat tijdens deze lessenreeks.

Via het menu aan de linkerkant is de volgende informatie te vinden:

  • Bij lesaanpak worden o.a. de bètadiactische benadering, de leerdoelen en de beoordeling besproken.
  • Tijdens de lessenreeks werken leerlingen in groepjes aan projecten. Onder het kopje 'Projecten' is informatie te vinden over de acht mogelijke projecten. Hier is tevens al het leerlingen- en docentenmateriaal voor de projecten te vinden.
  • Tot slot komen alle zeven lessen aan bod. Hier is ook het bijbehorende leerlingen- en docentenmateriaal opgenomen.

Doelgroep

De lessenreeks is bedoeld voor leerlingen uit de eerste klas havo en vwo. Door de extra verdiepende informatie is de lessenreeks echter ook goed te gebruiken voor tweede klassen havo en vwo.

Samenvatting van de lessenreeks

De lessenreeks bestaat uit zeven lessen, waarin tijdens elke les een onderdeel van de onderzoekscyclus centraal staat. Elke les begint met een klassikale inleiding over het desbetreffende deel van de cyclus. Parallel aan deze klassikale lessen werken de leerlingen in groepjes aan een project.

Aan het einde van de lessenreeks, hebben leerlingen kennisgemaakt met het uitvoeren van een onderzoek. Door leerlingen elke les zelf aan de slag te laten gaan met hun project, worden de leerlingen uitgedaagd gelijk de theorie toe te passen. Als eindresultaat leveren leerlingen een verslag in van hun project en presenteren ze de resultaten aan elkaar.

Om ervoor te zorgen dat de leerlingen hun onderzoeksvaardigheden blijven ontwikkelen, kan deze onderzoekscyclus meerdere keren worden doorlopen. Hierbij kunnen leerlingen telkens een ander project kiezen. Bij elke nieuwe cyclus kan er dieper op de theorie worden ingegaan, waardoor leerlingen hun kennis stap voor stap uitbreiden. Om meerdere van deze rondes mogelijk te maken, is er voor een aantal lessen extra informatie toegevoegd.

Lesaanpak

Onderzoekend leren

De bètadidactische benadering van deze lessenreeks is het onderzoekend leren: door middel van het uitvoeren van een praktische opdracht maken de leerlingen stappen in het zelf ontdekken van concepten en begrippen en in het feitelijke doen van onderzoek. Hierbij is niet zo zeer het correcte eindresultaat van belang, maar veel eerder het proces: door de problemen die leerlingen tegenkomen leren ze na te denken hoe hier wetenschappelijk mee om te gaan, en wat de waarde is van een bepaalde ontdekking. Een verdieping van kennis over een bepaald onderwerp is dus geen primair leerdoel.

Het Theresialyceum is vooral geïnteresseerd in het leren doen van wetenschap, d.w.z. het vroeg ontwikkelen van wetenschappelijke vaardigheden bij leerlingen. Dit is dan ook het belangrijkste (impliciete) doel van deze lessenreeks. In termen van de taxonomie van Bloom (Krathwohl , 2002) wordt de nadruk gelegd op het psychomotorisch domein, i.e. op vaardigheden.

Gedurende de eerste paar lessen maken de leerlingen kennis met een stappenplan waarin de meeste onderzoeksprojecten verlopen. Ze kiezen een praktisch onderwerp (een van de genoemde projecten) waarmee ze het stappenplan kunnen uitvoeren. Ze zoeken meer informatie op over het onderwerp op internet. Naast het opzoeken en gebruiken van informatie over een project onderwerp worden de leerlingen gedwongen om voornamelijk met de handen bezig te zijn. Concrete voorbeelden zijn:

  • Het bouwen van een brug van papier;
  • Het construeren van een Jakobsstaf;
  • Het maken van een parachute t.b.v. afremmen valbeweging.

De leerlingen maken of verzamelen ter voorbereiding van het feitelijke experiment (les 5) dit benodigde materiaal. Tijdens het experiment kunnen ze daarnaast ook nog gebruik maken van meetinstrumenten en attributen die standaard in een school aanwezig zijn, zoals weegschalen, gewichten, high-speed camera’s, etc. Deze apparatuur dient door de school beschikbaar worden gesteld.

Van de leerlingen wordt verwacht dat ze het experiment nauwgezet voorbereiden en uitvoeren. Plaats van uitvoering is niet beperkt tot het lokaal maar mag oog thuis zijn of bijvoorbeeld in de aula van de school.

De leerlingen worden vrij gelaten in het opzetten van de vorm van het experiment, mits deze vorm maar een grote kans heeft redelijke resultaten op te leveren. De rol van de docent tijdens het voorbereiden en het uitvoeren van het experiment is dus die van een coach; er worden geen concrete aanwijzingen gegeven aan de leerlingen. Er worden slechts ‘verkeersborden’ door de docent geplaatst die richting geven aan de verdere voortgang van het project. Bij voorkeur worden problemen binnen de groep zelf opgelost (sociaal constructivisme).

Krathwohl, D.R. (2002). A Revision of Bloom's Taxonomy: An Overview. Theory into Practice, Vol. 41, Nr. 4. The Ohio State University. Geraadpleegd via http://www.unco.edu/cetl/sir/stating_outcome/documents/Krathwohl.pdf.

Voorkennis

De doelgroep voor deze lessenreeks bestaat uit havo en vwo brugklasleerlingen. Het ‘voorgaande onderwijs' dat deze leerlingen hebben genoten, is betekent de basisschool. Voor deze lessenreeks zijn de kerndoelen primair onderwijs bestudeerd (Greven & Letschert, 2006) en aangevuld met eigen ervaring. Op basis hiervan is tot de conclusie gekomen dat er – zeker in het begin van het eerste jaar van het voortgezet onderwijs – in het bètadomein weinig tot geen voorkennis kan worden verwacht. In grote lijnen kan er worden geconstateerd dat de kennis van wiskunde beperkt is tot rekenen, eenheden en begrip van tijd; in de andere bètavakken is de kennis meestal beperkt tot geselecteerde observeerbare verschijnselen van het dagelijks leven waarbij de interpretatie en/of redenering vaak ontbreekt.

Greven, J. & Letschert, J. (2006). Kerndoelen Primair Onderwijs. Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap. Geraadpleegd op 12 mei 2014 via http://www.slo.nl/primair/kerndoelen/Kerndoelenboekje.pdf/.

Leerdoelen

De leerdoelen van deze lessenreeks zijn hieronder beschreven. De lijst is behoorlijk lang, maar het is belangrijk om te zien dat de leerlingen na de 7 lessen nog niet alle vaardigheden perfect beheersen; het is de bedoeling dat ze deze verder ontwikkelen in volgende projecten.

De leerling kan:

  • relevante informatie uitzoeken;
  • het waarheidsgehalte van een informatiebron bepalen;
  • in een voorgeschreven formaat bronnen vermelden;
  • gevonden informatie in eigen woorden weergeven en samenvatten;
  • in groepsverband taken verdelen;
  • een ontwerpplan opstellen/experiment opzetten;
  • een onderzoeksvraag formuleren;
  • systematisch observeren, geobserveerde gegevens registreren en verwerken;
  • conclusies trekken op basis van de resultaten van het experiment;
  • een verslag schrijven en zich daarbij aan een voorgeschreven structuur houden;
  • een presentatie voorbereiden;
  • de uitkomsten van zijn/haar project presenteren.

Lesverloop

Elke les begint met een klassikale inleiding over het desbetreffende onderdeel van de onderzoekscyclus. Vaak volgt er een korte oefening. Het tweede gedeelte van de les gaan leerlingen de theorie gelijk in praktijk brengen aan de hand van hun eigen project. Elke les krijgt elk groepje een zogenaamd ‘logboek’ waarin ze de voortgang bijhouden.

Beoordeling

Voor de beoordeling van de projecten is gekozen voor rubrics. In de eerste plaats kunnen leerlingen deze rubrics gebruiken voor zelfevalueatie. Daarnaast kan ook de docent de rubrics gebruiken om tot een cijfer voor het project te komen. Leerlingen worden per groep/individueel beoordeeld op de volgende onderdelen:

  • Effectief zoeken: bronnen selecteren, vinden en raadplegen.
  • Bronnen beoordelen op bruikbaarheid.
  • Onderzoeksvraag formuleren.
  • Ontwerpplan opstellen.
  • Taken verdelen.
  • Samenwerken.
  • Planmatig werken.
  • Volledigheid.
  • Informatie verwerken.
  • De uitkomst beredeneren.
  • De uitkomst toelichten.
  • Doelgericht presenteren.

Voor elk van deze onderdelen krijgen de leerlingen score: ++, +, 0 of -, resp. uitstekend, goed, voldoende en onvoldoende. Hier hoort de volgende puntentelling bij:

  • ++ geeft 3 punten.
  • +   geeft 2 punten.
  • 0   geeft 1 punt.
  • -    geeft 0 punten.

Het eindcijfer wordt als volgt berekend: cijfer = (aantal punten)/4 + 1. Dit betekent:

  • Leerlingen met voor alle onderdelen ++ krijgen een 10.
  • Leerlingen met voor alle onderdelen + krijgen een 7.
  • Leerlingen met voor alle onderdelen 0 krijgen een 4.
  • Leerlingen met voor alle onderdelen - krijgen een 1.

De rubrics zijn te vinden in het volgende document:

Projecten

Er zijn acht mogelijke projecten waaruit de leerlingen kunnen kiezen. Zodra de leerlingen tijdens de eerste les groepjes hebben gevormd en een project hebben gekozen, krijgen ze informatie over het project (zie 'Leerlingenmateriaal' bij elk project). Deze documenten bevatten vier onderdelen:

  • Een introductie van het project.
  • Een aanzet voor het zoeken van informatie. Bij sommige projecten worden een aantal mogelijke zoektermen gegeven.
  • Een begin voor het formuleren van onderzoeksvragen. Hier wordt tevens een simpele onderzoeksvraag geformuleerd die leerlingen later nog moeten specificeren. Deze onderzoeksvraag wordt al gegeven om leerlingen een idee te geven welke richting het onderzoek op zou moeten/kunnen gaan.
  •  Een aanzet voor het praktijkonderzoek.

In de docentenhandleiding zijn mogelijke verlopen van de verschillende projecten per les opgenomen. Hier zijn tevens mogelijke bronnen gegeven, zodat de docent informatie achter de hand heeft als leerlingen vastlopen met hun project.

Bruggen bouwen met papier

In Nederland zijn er ontzettend veel verschillende soorten bruggen. Met dit project gaan leerlingen onderzoek doen naar verschillende soorten constructies van bruggen. Een aantal van deze constructies gaan ze nabouwen met behulp van papier en lijm (minimaal twee verschillende constructies) en met deze papieren bruggen gaan ze testen welke constructie steviger is.

 

 

Golden ratio

De Golden ratio of Gulden snede in het Nederlands, is een verhouding van lijnstukken met bijzondere eigenschappen. Al eeuwenlang houden wiskundigen over de hele wereld zich bezig met deze verhouding. De Golden ratio is bovendien terug te vinden in heel veel dingen in de natuur en in het dagelijks leven, van architectuur tot het menselijk lichaam. Met dit project gaan leerlingen onderzoek doen naar deze wereldberoemde Golden ratio.

 

Hoe zuur is ... ?

Zoet, zuur, zout en bitter. De vier smaken die je kunt proeven. En zoet is het tegenovergestelde van zuur. Zuur is niet alleen een smaak maar ook de naam van een soort  chemisch stof. De stof die azijn zuur maakt heet azijnzuur. In een citroen zit weer citroenzuur.

In de scheikunde bedoelen we met een zuur dus iets heel anders dan een zuurtje. In dit project gaan leerlingen onderzoeken wat het verschil is tussen de smaak zuur en een chemisch zuur.

 

Hoeveel eten verschillende (huis)dieren?

Heb jij een huisdier? Denk jij dat hij veel of juist weinig eet in vergelijking met andere soorten (huis)dieren? Na omrekenen naar lichaamsgewicht kan het heel verrassend uitkomen: van welk dier verwacht jij dat hij het meest eet voor zijn gewicht?

Dit is een project voor een groep leerlingen die kans heeft om meerdere verschillende soorten huisdieren te vergelijken (paard, poes, hond, hamster, konijn, papegaai etc.); of misschien met toegang tot een kinderboerderij.

 

Jakobsstaf

De Jakobsstaf is een oud meetinstrument (14de eeuw) waarmee men o.a. hoogtes en afstanden van/tot gebouwen of bergen kon bepalen. Het instrument werd ook gebruikt voor bepaling van posities op aarde en boogafstanden tussen sterren. Het deed vooral dienst in de zeevaart en sterrenkunde maar ook in de praktijk van het landmeten. Het apparaat bestaat uit een lange stok met daarop loodrecht een kleinere, beweegbare stok gemonteerd (zie figuur). Op de lange stok zijn bijvoorbeeld centimeters uitgezet. Soms zie je verschillende maten van de kleinere, verticale stok getekend. Met dit project gaan leerlingen een eenvoudige Jakobsstaf maken en bepalen hoe ze hem gaan toepassen. Daarna voeren ze enkele metingen uit.

 

Luchtweerstand

Met dit project gaan leerlingen onderzoeken welke materialen geschikt zijn voor het maken van een parachute. Hierbij is het belangrijk dat het materiaal voldoende weerstand biedt tegen de lucht, zodat de parachute langzaam en veilig beneden terecht komt. De leerlingen gaan van verschillende materialen kleine parachutes bouwen en vergelijken welke materialen beter zijn voor een parachute.

 

Triboluminescentie

Sommige materialen produceren licht als je ze langs elkaar wrijft. Dit verschijnsel heet triboluminescentie, triboluminescence in het Engels. Kijk maar eens naar onderstaand filmpje. Tijdens dit project gaan leerlingen onderzoek doen naar dit natuurkundig verschijnsel.

 
 

 

 

 
 

 

 

Winnende strategieën

Je hebt zeker wel eens boter-kaas-en-eieren of vier-op-een-rij gespeeld. Heb jij gewonnen?

In deze opdracht houden leerlingen zich bezig met pen-en-papier spelletjes voor twee spelers zonder kanselement (dat betekent dat het toeval geen rol speelt). De spelers gaan dus bijvoorbeeld niet met een dobbelsteen gooien; zij mogen (binnen de regels) zelf kiezen welke zet ze gaan maken. De leerlingen gaan onderzoeken of er een winnende strategie bestaat.

 

Lessen

Per les zijn de volgende bestanden toegevoegd als docentenmateriaal:

  • Een PowerPoint-presentatie voor het klassikale gedeelte van de les.
  • Een docentenhandleiding ter ondersteuning van de les. Hierin komen een aantal zaken aan bod:
    • Een beschrijving van de PowerPoint-slides.
    • Extra informatie over de stof van de les.
    • De bronvermelding voor de gebruikte afbeeldingen, websites ed.

Als leerlingenmateriaal is toegevoegd:

  • Een logboek. Elke les krijgen leerlingen per groepje een logboek waarin de voortgang van het project wordt bijgehouden. Het is raadzaam om, als docent, deze logboeken aan het einde van de les te verzamelen om de voortgang te controleren.
  • Evt. aanvullend materiaal.

Les 1 - Oriëntatie

Tijdens de eerste les wordt de lessenreeks geïntroduceerd aan de hand van de onderzoekscyclus. Elke leerling krijgt een kopie van deze cyclus om hier gedurende de lessen zijn/haar eigen interpretatie van elk onderdeel op in te vullen. Na het introduceren van de onderzoekscyclus worden de projecten kort toegelicht. Leerlingen vormen vervolgens groepjes van ca. vier leerlingen en kiezen één van de projecten uit. Het is raadzaam elk groepje leerlingen een mapje o.i.d. te geven waarin alle materialen, die gedurende de lessen verzameld worden, kunnen worden opgeborgen. Denk hierbij aan de informatie over het project, de logboeken, verzamelde informatie en evt. extra materialen.

 

Leerlingenmateriaal:

Docentenmateriaal:

Les 2 - Theorievorming

Tijdens het eerste gedeelte van de tweede les staat mediawijsheid centraal. Leerlingen leren hoe ze informatie kunnen opzoeken, beoordelen en verwerken. Ze leren bewust om te gaan met media en krijgen een aantal DOs and DON'Ts aangereikt. Ze krijgen bovendien een document waarmee ze kunnen bepalen of een website bruikbaar is en een document waarin wordt uitgelegd hoe ze bepaalde bronnen moeten vermelden in de bronnenlijst van het verslag.

Het tweede gedeelte van de les gaat over het formuleren van een onderzoeksvraag. Er worden een aantal voorbeelden gegeven van brede en specifieke onderzoeksvragen. Daarnaast krijgen de leerlingen de mogelijkheid om onderzoeksvragen te formuleren voor hun eigen project.

Leerlingenmateriaal:

Docentenmateriaal:

Les 3 - Ontwerpplan

De derde les gaat over het ontwerpen van een plan voor het experiment. Aan de hand van een voorbeeld komen hier o.a. het meten van eigenschappen (variabelen), het maken van een fishbone diagram en het verdelen van de taken aan bod. Leerlingen leren bovendien hoe ze het experiment goed voor kunnen bereiden met een zogenaamd labjournaal. 

Leerlingenmateriaal:

Docentenmateriaal:

Les 4 - Experiment

Het klassikale gedeelte van de vierde les is maar kort; leerlingen gaan vooral zelf aan de slag met het uitvoeren van hun experiment. Er wordt kort iets gezegd over meetfouten en hoe de leerlingen deze minimaal kunnen houden en er worden een aantal tips gegeven voor bij het uitvoeren van het experiment.

Leerlingenmateriaal:

Docentenmateriaal:

Les 5 - Verwerking

De vijfde les gaat over het verwerken van resultaten. Leerlingen zien hoe ze hun resultaten in een tabel kunnen verwerken en wat het reduceren van data inhoudt. Vervolgens leren ze, aan de hand van een aantal voorbeelden, hoe ze gemiddelden en spreidingen kunnen berekenen. Tot slot komen er een aantal representatievormen aan bod, zoals een cirkeldiagram, een staafdiagram en een grafiek.

Leerlingenmateriaal:

Docentenmateriaal:

Les 6 - Rapportage

Het presenteren van de resultaten komt uitgebreid aan bod tijdens de zesde les. Als afsluiting van de lessenreeks, maken de leerlingen een verslag van het onderzoek en bereiden ze een presentatie voor, m.b.v. PowerPoint, Prezi of een poster. Het eerste gedeelte van de les gaat over het maken van een verslag. Hier worden een aantal aandachtspunten gegeven en leerlingen krijgen bovendien een lay-out voor het verslag. Het tweede gedeelte gaat over de presentatie. Er worden een aantal tips gegeven voor een goede presentatie en leerlingen krijgen de tijd om aan het verslag en de presentatie te werken tijdens de les.

Leerlingenmateriaal:

Docentenmateriaal:

Les 7 - Presentatie

Tijdens de laatste les van deze lessenreeks, presenteren de leerlingen de resultaten van hun onderzoek. De les begint met een aantal korte tips voor tijdens de presentatie die de vorige les ook al aan bod zijn gekomen. Daarnaast kunnen de leerlingen ook de rubrics invullen ter zelfevaluatie (zie 'Beoordeling'). 

Docentenmateriaal:

  • Het arrangement Het ontwikkelen en toepassen van onderzoeksvaardigheden is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteurs
    Eindhoven School of Education
    Laatst gewijzigd
    04-05-2015 09:03:25
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie.

    M. Antheunisse, L. Cizkova, A.C.A. van Ginneken, F. Sloff

    Eindhoven School of Education (ESoE), TU/e

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Ontwikkelen en toepassen van (bij voorkeur bèta) onderzoeksvaardigheden. Project voor brugklasleerlingen, evtl hulpmiddel voor hogere klassen. De onderzoeksvaardigheden zijn gepresenteerd als onderdelen van een onderzoekscyclus en geoefend aan de hand van verschillende projecten. De leerlingen mogen zelf een project kiezen bv op basis van hun interesses.
    Leerniveau
    VWO 2; HAVO 1; VWO 1; HAVO 2;
    Leerinhoud en doelen
    Natuurkunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    0 uur 50 minuten

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Wikiwijs is een dienst van