Onderzoekinhetprimaironderwijs
Enschede, 27 december 2011
ArdLazonderYvonneMulderPascalWilhelmUniversiteit Twente
Faculteit Gedragswetenschappen
Vakgroep Instructietechnologie
1
Samenvatting
Leerkrachten uit het primair onderwijs vinden het organiseren en begeleiden van eenvoudige
natuurkundige proefjes vaak een hele opgave. Andere vormen van onderzoekend leren vergen
zo mogelijk nog meer tijd, materiaal, en organisatietalent. Mede hierdoor krijgen leerlingen
relatief weinig gelegenheid om te leren onderzoeken.
In dit project is onderzocht of het gebruik van computersimulaties deze problemen kan
helpen verminderen. Vanuit het perspectief van de leerkracht is hierbij gekeken of simulaties de
voorbereiding en uitvoering van hands‐on activiteiten bij natuuronderwijs efficiënter doet
verlopen. Vanuit het perspectief van de leerlingen is nagegaan hoe effectief deze activiteiten
zijn voor de ontwikkeling van vakinhoudelijke kennis en onderzoeksvaardigheden.
Drieëntwintig leerkrachten van 21 basisscholen uit de provincies Overijssel en Friesland
verzorgden drie lessen onderzoekend leren in hun eigen klas (groep 6 en 7). Deze lessen gingen
over de onderwerpen ‘balans’, ‘rollende voorwerpen’ en ‘zinkende voorwerpen’. De klassen
waren verdeeld over drie condities. In de conditie ‘proefjes met echte materialen’ voerden de
leerlingen onder begeleiding van hun leerkracht enkele proefjes uit met behulp van concrete
materialen. In de conditie ‘proefjes met simulaties’ deden zij dezelfde proefjes met behulp van
een computersimulatie. In de conditie ‘onderzoekend leren met simulaties’ werkten de
leerlingen volgens een didactiek die hen stap‐voor‐stap door een aantal onderzoekscycli
heenleidde. Met een voortoets, drie natoetsen en een retentietoets werd de ontwikkeling van
vakinhoudelijke kennis en onderzoeksvaardigheden van de leerlingen gemeten. De leerkrachten
vulden voor en na elke les een logboek in waarin zij hun ervaringen met de lessen optekenden.
In een focusgroepbijeenkomst na afloop van de lessenserie werd met leerkrachten dieper
ingegaan op de effectiviteit en efficiëntie van de lessen in de verschillende condities.
Uit de resultaten bleek dat simulaties het voor leerkrachten eenvoudiger maken om
leerlingen zelf iets te laten onderzoeken. Leerkrachten die met simulaties werkten ondervonden
veel minder problemen dan hun collega’s die de lessen met echte materialen hebben gegeven.
Simulaties vergroten bovendien de efficiëntie van de lessen: leerkrachten uit de ‘proefjes met
simulaties’ conditie hadden minder tijd nodig voor het verzamelen van materialen en geven van
de lessen dan hun collega’s uit de ‘proefjes met echte materialen’ conditie, terwijl de leerlingen
uit beide condities evenveel vakinhoudelijke kennis en onderzoeksvaardigheden ontwikkelden.
Uit de vergelijking tussen de beide simulatie condities bleek dat het doorlopen van meerdere
onderzoekscycli in de ‘onderzoekend leren’ conditie niet noodzakelijkerwijs meer
voorbereidings‐ en lestijd vergt. Deze meer gedegen manier van onderzoek doen heeft echter
niet geleid tot een grotere toename van vakinhoudelijke kennis en onderzoeksvaardigheden.
Vervolgonderzoek zal moeten uitwijzen onder welke omstandigheden dit wel het geval kan zijn.
2
Dankwoord
In 2011 hebben wij een grootschalig onderzoek mogen uitvoeren naar het gebruik van
computersimulaties in het primair onderwijs. De resultaten van dit project worden in dit rapport
beschreven.
Financieel werd dit project mogelijk gemaakt door de Stichting Kennisnet. Tijdens het project
zijn wij geholpen door een aantal personen en instanties, die elk op hun eigen manier hebben
bijgedragen aan de inhoud en praktische uitvoering van het onderzoek. Een speciaal woord van
dank gaat uit naar de volgende personen:
Juliëtte Walma van der Molen en Dzanella Tihic van Twente Academy Young, die ons
hebben geholpen bij het werven van scholen door het onderzoek onder de aandacht van
de brede schoolregisseurs te brengen.
Marlous Gauw, die in het kader van haar afstudeeropdracht heeft onderzocht hoe
leerlingen met een simulatie omgaan, en of de uit de Engelstalige literatuur bekende
gedragingen en problemen zich ook voordoen bij leerlingen uit het Nederlandse primair
onderwijs. De resultaten van dit onderzoek hebben belangrijke informatie opgeleverd
voor het ontwerp van de lesmaterialen en de daarin gebruikte Denken‐Meten‐Weten
methode.
Tessa Eysink en Alieke van Dijk, die de eerste versie van de toetsen hebben afgenomen
bij leerlingen uit het BeCOOL! project. De antwoorden en reacties van deze leerlingen
bevatten belangrijke aanwijzingen voor hoe wij de toetsen verder konden verbeteren.
Margriet Postma en Daphne Spaan, die de secretariële ondersteuning voor hun rekening
hebben genomen en met ons hebben meegedacht bij het oplossen van praktische en
logistieke problemen.
En tot slot de leerkrachten en leerlingen die met veel enthousiasme met de lessen aan
de slag zijn gegaan. Zonder hen was dit project niet mogelijk geweest.
Allemaal heel hartelijk bedankt!
Ard Lazonder
Yvonne Mulder
Pascal Wilhelm
3
Inhoudsopgave
1. Inleiding 4
1.1 Probleemstelling 4
1.2 Algemeen model voor onderzoekend leren 5
1.3 Proefjes en simulaties 7
1.4 Onderzoekend leren met simulaties 8
1.5 Onderzoeksvragen 10
2. Onderzoeksmethode 11
2.1 Totstandkoming van de onderzoeksgroep 11
2.2 Deelnemers 11
2.3 Lesmateriaal 12
2.4 Meetinstrumenten 15
2.5 Procedure 19
3. Resultaten 20
3.1 Vergelijkbaarheid van de condities 20
3.2 Resultaten van de leerlingen 21
3.3 Resultaten van de leerkrachten 23
4. Conclusies en discussie 31
5. Referentielijst 37
4
1.Inleiding
1.1ProbleemstellingVolgens kerndoel 42 leren kinderen in het primair onderwijs onderzoek doen aan materialen en
natuurkundige verschijnselen (Ministerie van OC&W, 2006). In de onderwijspraktijk gebeurt dit
vaak door het uitvoeren van eenvoudige proefjes met behulp van concrete materialen. Bij dit
soort proefjes is het gebruikelijk dat de leerlingen aan de hand van werkbladen een opstelling
bouwen (bijvoorbeeld een stroomcircuit), één voorgeschreven proefje uitvoeren (druk op de
schakelaar) en vervolgens verklaren wat er is gebeurd en waarom (het lampje ging branden
omdat de stroomkring gesloten was). Ter afsluiting van de les worden de ervaringen klassikaal
besproken en legt de leerkracht uit ‘hoe het zit’.
Deze manier van leren onderzoeken kent echter een aantal beperkingen. Door slechts
één proefje te doen kunnen leerlingen de oorzaak van waargenomen verschijnselen niet
achterhalen. In het voorbeeld van het stroomcircuit hebben de leerlingen alleen gezien dat het
lampje gaat branden, maar geen systematisch onderzoek gedaan om te kunnen bepalen
waarom dit zo is. Het proefje dient zodoende ter illustratie van de uitleg van de leerkracht en
niet om zelf kennis te ontwikkelen. Daarnaast wordt veel tijd besteed aan het werken met
concrete onderzoeksmaterialen, en geeft het uitvoeren van één enkel experiment de leerlingen
ten onrechte de indruk dat onderzoek bedoeld is om te testen of iets werkt. Hierdoor blijven
vaardigheden als voorspellingen doen, systematisch experimenteren, en resultaten interpre‐
teren onderbelicht.
Om leerlingen een completer beeld te geven van wat ‘onderzoek doen’ inhoudt, is het
van belang om naast eenvoudige proefjes ook vormen van onderzoekend leren te
implementeren (VTB‐Pro, 2008). Om leerkrachten goed voor te bereiden op deze manier van
leren, zijn diverse professionaliseringsprojecten gestart. Deze richten zich ten eerste op het
begeleiden van scholen om wetenschap en techniek op schoolniveau te integreren. Een derde
van de scholen in Nederland heeft aan deze projecten deelgenomen (VTB‐Pro, 2011). Daarnaast
hebben ongeveer 5000 leerkrachten en 5000 aspirant‐leerkrachten een bijscholing gehad in het
gebruik van een onderzoekende en ontwerpende didactiek. Hoewel alle fasen uit het
onderzoekend leerproces in deze scholingsinitiatieven aan bod komen (Van Graft & Kemmers,
2007), lijkt de aangereikte kennis zijn weg naar het klaslokaal nog nauwelijks te hebben
gevonden. Zo blijkt dat leerkrachten slechts enkele fasen uit het onderzoekend leerproces in
hun lessen gebruiken (Van Eijck & Van den Berg, 2009, 2010). De belangrijkste oorzaken
hiervoor zijn een gebrek aan geschikte materialen en onvoldoende tijd om leerlingen een
volledige onderzoekcyclus te laten doorlopen.
Deze problemen zijn overigens niet uniek voor onderzoekend leren, maar gelden ook
voor alle praktische werkvormen waarin leerlingen iets moeten ontwerpen of onderzoeken. Dit
heeft ertoe bijgedragen dat leerlingen de afgelopen jaren relatief weinig met proefjes en
experimenten in aanraking zijn gekomen (Thijssen, van der Schoot, Verhelst, & Hemker, 2004).
Zelf een proefje uitvoeren, of kijken naar de leerkracht die een proefje demonstreert komt in
ons land minder vaak voor dan in andere landen. De afgelopen 4 jaar is het plezier van
5
leerlingen in natuuronderwijs bovendien gedaald, evenals hun zelfvertrouwen in de vaardig‐
heden op dit gebied (Meelissen & Drent, 2008).
Samengevat zijn een gebrek aan tijd en materiaal een belangrijke reden waarom
basisschoolleerlingen (te) weinig met proefjes in aanraking komen en vrijwel nooit op een
onderzoekende manier leren. ICT zou deze problemen kunnen helpen oplossen door het
gebruik van eenvoudige computersimulaties. Hierdoor heeft de leerkracht minder
voorbereidingstijd en materialen nodig, en meer tijd voor de inhoudelijke begeleiding tijdens de
les; de leerlingen hoeven immers geen proefopstelling meer te bouwen. Dit maakt het doen van
eenvoudige proefjes gemakkelijker te organiseren en kan er toe bijdragen dat leerkrachten deze
proefjes vaker gaan gebruiken binnen de lessen natuuronderwijs. Simulaties kunnen er
bovendien voor zorgen dat leerlingen in relatief korte tijd een volledige onderzoekcyclus
doorlopen. Met een kant‐en‐klare simulatie kunnen leerlingen snel met hun onderzoek
beginnen en in korte tijd veel, en veel verschillende experimenten uitvoeren om hun eigen
verwachtingen te toetsen. Onderzoekend leren met computersimulaties beantwoordt hiermee
aan de roep om een laagdrempelig didactisch ‘tussenmodel’ voor onderzoekend leren (Van Eijck
& Van den Berg, 2009).
In dit project zijn beide toepassingen van simulaties onderzocht. Vanuit het perspectief
van de leerkracht is hierbij gekeken of simulaties de voorbereiding en begeleiding van hands‐on
activiteiten bij natuuronderwijs efficiënter doen verlopen en of de inspanningen die nodig zijn in
verhouding staan tot de lestijd en de gepercipieerde leeropbrengsten. Vanuit het perspectief
van de leerlingen is nagegaan hoe effectief deze activiteiten zijn voor de ontwikkeling van
vakinhoudelijke kennis en onderzoeksvaardigheden.
Bij de beantwoording van deze vragen worden drie soorten hands‐on activiteiten
vergeleken: (1) proefjes met concrete materialen, (2) proefjes met simulaties, en (3)
onderzoekend leren met simulaties. In de volgende paragrafen worden deze activiteiten nader
uitgewerkt. Hieraan voorafgaand wordt een algemeen model voor onderzoekend leren
gepresenteerd dat dient als referentiekader.
1.2AlgemeenmodelvooronderzoekendlerenDe National Science Foundation definieert onderzoekend leren als “an approach to learning
that involves a process of exploring the natural or material world, and that leads to asking
questions, making discoveries, and rigorously testing those discoveries in the search for new
understanding” (2000, p. 2). Hoewel onderzoekend leren vaak wordt gezien als een manier om
vakinhoudelijke kennis te verwerven, biedt het ook goede mogelijkheden om te leren
onderzoeken. Wanneer leerlingen zelf een experiment uitvoeren, oefenen zij hun onderzoeks‐
vaardigheden en ervaren zij hoe deze vaardigheden kunnen helpen bij het ontwikkelen van
kennis en inzicht over natuurwetenschappelijke onderwerpen. Bij onderzoekend leren gaat de
ontwikkeling van domeinkennis en onderzoeksvaardigheden dus hand in hand (Van Graft &
Kemmers, 2007; Van Joolingen, De Jong, Lazonder, Savelsbergh, & Manlove, 2005).
Onderzoekend leren kent drie centrale processen: hypotheses opstellen, experimen‐
teren, en de resultaten van deze experimenten interpreteren en beoordelen (Lazonder, in druk;
Zimmerman, 2007). Deze processen worden meerdere keren en in samenhang uitgevoerd; de
6
resultaten van een eerste experiment leiden vaak tot nieuwe hypotheses die vervolgens
onderzocht worden door een nieuw experiment te bedenken en uit te voeren (White, Shimoda,
& Frederiksen, 1999). Deze cyclus herhaalt zich totdat de leerlingen al hun hypotheses hebben
onderzocht en geen nieuwe hypotheses meer kunnen bedenken. Om ervoor te zorgen dat
leerlingen deze cyclus doelgericht en betekenisvol doorlopen, zijn enkele voorbereidende en
oriënterende activiteiten nodig. Hierdoor wordt de nieuwsgierigheid van de leerlingen gewekt
en kunnen zij op ideeën komen voor onderzoeksvragen en hypotheses. Aan het einde van het
onderzoekend leerproces rapporteren de leerlingen hun bevindingen en proberen zij de
opgedane inzichten te verbreden en verdiepen.
Deze fasering komt overeen met de gangbare interpretaties van het onderzoekend
leerproces (o.a., De Haan & Kuiper, 2008; De Jong, 2006; De Vaan & Marell, 2006; Van Graft &
Kemmers, 2007). In dit onderzoeksproject is gebruik gemaakt van het model dat is ontwikkeld
door Van Graft en Kemmers (2007) en centraal staat in de nascholingen van VTB‐Pro. Dit model
geeft een compleet overzicht van de fasen en activiteiten die bij onderzoekend leren aan bod
kunnen komen (zie Tabel 1.1). Uit een review van Zimmerman (2007) blijkt dat leerlingen uit
groep 6 en 7 in principe in staat zijn om deze activiteiten uit te voeren. Ze begrijpen
bijvoorbeeld wat een experiment is, kunnen goed en slecht opgezette experimenten van elkaar
onderscheiden en weten dat je met een experiment een hypothese kunt toetsen. Bij dit laatste
kunnen zij onderscheid maken tussen de hypothese en het bewijs voor (of tegen) die
hypothese, en zijn ze in staat nieuwe hypotheses op te stellen aan de hand van de resultaten
van een experiment.
De meeste leerlingen gebruiken deze kennis echter niet, of niet consequent als ze iets
onderzoeken. Dit is de belangrijkste conclusie uit een recente studie van Gauw (2011). Zij
observeerde 22 leerlingen uit groep 7 en 8 die werkten met een simulatie over rollende
voorwerpen (zie Figuur 2.2). Meer dan de helft van deze leerlingen begon te experimenteren
zonder eerst een duidelijke hypothese op te stellen. Driekwart van de leerlingen bedacht soms
experimenten waarin meer dan één variabele werd veranderd (en waaruit dus geen valide
conclusies konden worden getrokken). Dit bleek ook uit het interpreteren van de resultaten:
80% van de leerlingen trok soms ongeldige conclusies en 40% van de leerlingen negeerde
resultaten die niet overeen kwamen met hun voorkennis of aanvankelijke ideeën.
Ander onderzoek laat zien dat leerlingen hun onderzoeksvaardigheden kunnen
verbeteren door deze activiteiten onder begeleiding uit te voeren. Zo vonden Klahr en collega’s
dat kinderen van 8 tot 10 jaar systematischer gaan experimenteren na een korte uitleg en
demonstratie van de control‐of‐variables strategie (Beishuizen, Wilhelm, & Schimmel, 2004;
Klahr & Li, 2005). Hetzelfde resultaat kan worden bereikt door leerlingen aan het begin van de
les een hint te geven (“verander steeds maar één ding”) of de onderzoeksvraag in kleine stukjes
te verdelen (Kuhn & Dean, 2005; Lazonder & Kamp, ingediend). Uit het onderzoek van Keselman
(2003) blijkt verder dat instructie en oefening in het doen van voorspellingen ertoe leidt dat 12‐
jarigen hun verwachtingen op meerdere manieren toetsen en hieruit betere conclusies trekken.
Chinn en Malhotra (2002a) lieten zien dat uitleg van de manier waarop experts resultaten
evalueren ertoe leidt dat 10‐ tot 12‐jarigen betere voorspellingen doen, gerichter naar
resultaten kijken, en deze beter interpreteren.
7
Tabel 1.1
Fasering van de drie soorten hands‐on activiteiten bij natuuronderwijs. Onderzoekend leren Proefjes doen Onderzoekend leren
met simulaties
1. Confrontatie Het probleem of verschijnsel wordt geïntroduceerd en de leerlingen worden gestimuleerd ‘op onder‐zoek uit te gaan’.
1. ConfrontatieHet probleem of verschijnsel wordt geïntroduceerd en de leerlingen krijgen een gesloten vraag of opdracht aangereikt.
1. Confrontatie Het probleem of verschijnsel wordt geïntroduceerd en de leerlingen krijgen een open vraag of opdracht aangereikt.
2. Verkennen Vrije exploratie van het probleem of verschijnsel om voorkennis te activeren en zelf onderzoeksvragen en hypotheses te bedenken
2. Verkennen–
2. Verkennen De leerlingen voeren verkennende experimenten uit met de simulatie om voorkennis te activeren en zelf hypotheses te bedenken.
3. Opzetten van een experiment Bepalen hoe de onderzoeksvragen of hypotheses beantwoord kunnen worden (systematisch experimen‐teren), en de praktische voorberei‐dingen hiervoor treffen (materialen en instrumenten verzamelen)
3. Opzetten van een experimentMet behulp van aanwezige materia‐len wordt een proefopstelling of instrument gebouwd.
3. Opzetten van een experimentBepalen hoe de hypotheses ge‐toetst kunnen worden (systema‐tisch experimenteren).
4. Uitvoeren van een experiment Het onderzoek wordt uitgevoerd en de resultaten worden genoteerd.
4. Uitvoeren van een experimentHet proefje wordt uitgevoerd en het resultaat wordt genoteerd.
4. Uitvoeren van een experimentHet onderzoek wordt uitgevoerd en de resultaten worden genoteerd.
5. Concluderen De resultaten worden geïnterpre‐teerd in het licht van de hypothe‐ses. Dit kan leiden tot nieuwe vragen of hypotheses, die onder‐zocht kunnen worden door fase 1‐4 opnieuw te doorlopen
5. ConcluderenHet resultaat moet door de leerlingen worden verklaard.
5. Concluderen De resultaten worden geïnterpre‐teerd in het licht van de hypothe‐ses. Dit kan leiden tot nieuwe vragen of hypotheses, die onder‐zocht kunnen worden door fase 3 en 4 opnieuw te doorlopen
6. Presenteren van resultaten De opzet en uitkomsten van het onderzoek worden aan de hele klas gepresenteerd.
6. Presenteren van resultatenDe ervaringen worden uitgewisseld (meestal in een kringgesprek).
6. Presenteren van resultatenDe ervaringen worden uitgewisseld (meestal in een kringgesprek).
7. Verdiepen en verbredenDe leerkracht bespreekt de resultaten van alle leerlingen in samenhang en legt verbanden met andere onderwerpen of gebruikscontexten.
7. Verdiepen en verbredenDe leerkracht legt uit wat er tijdens het proefje gebeurde en waarom.
7. Verdiepen en verbreden De leerkracht bespreekt de resultaten van alle leerlingen in samenhang en legt verbanden met andere onderwerpen of gebruikscontexten.
Noot. De linker kolom toont het algemene model voor onderzoekend leren van Van Graft en Kemmers (2007). In de middelste kolom zijn de fasen uit dit model ingevuld voor de gangbare manier van een proefje doen; in de rechter kolom staat de invulling voor het didactisch ‘tussenmodel’ van onderzoekend leren met simulaties.
1.3ProefjesensimulatiesHet model van Van Graft en Kemmers (2007) geeft een beschrijving van de manier waarop
onderzoekend leren in het ideale geval verloopt. In de praktijk blijkt dit echter vaak moeilijk te
realiseren vanwege een gebrek aan lestijd en geschikte materialen, en komen kinderen vrijwel
8
alleen in aanraking met onderzoek door het uitvoeren van eenvoudige proefjes. Uit een door
ons uitgevoerde quick scan van leerling‐ en leerkrachtmateriaal blijkt dat hierbij vrijwel alle
fasen van het onderzoekend leerproces worden doorlopen; alleen de verkenningsfase ontbreekt
(zie Tabel 1.1). Het actieve gedeelte voor de leerlingen concentreert zich rondom het opzetten
en uitvoeren van een experiment. De overige fasen worden in sterk afgeslankte vorm
uitgevoerd en de leerlingen hebben hierbij een minder actieve rol: de leerkracht introduceert
het proefje en geeft na afloop uitleg over wat er gebeurde. Het proefje dient zodoende als
illustratie van de lesstof die door de leerkracht klassikaal wordt behandeld.
Op zich hoeft deze beperkte invulling van het onderzoekend leerproces geen probleem
te zijn, zo lang de leerlingen ook op andere manieren met onderzoek in aanraking komen.
Belangrijker is dat de leerlingen bij het opzetten en uitvoeren van een proefje maar weinig
oefening in de hiervoor benodigde onderzoeksvaardigheden krijgen. Verreweg de meeste tijd
gaat zitten in het bouwen van een proefopstelling. Dit is weliswaar motiverend en kan bijdragen
aan andere kerndoelen (bijvoorbeeld die voor kunstzinnige oriëntatie), maar reduceert ook de
mogelijkheid om verschillende experimenten te doen. Met hun zelf gebouwde materialen
kunnen leerlingen vaak maar één soort proefje uitvoeren, waarbij zij dus maar één waarneming
doen, één keer een uitkomst noteren en één conclusie trekken. Om deze vaardigheden goed te
oefenen, zouden de leerlingen dus vaker verschillende proefjes moeten doen en dat lijkt
vanwege een gebrek aan voorbereidingstijd en materialen moeilijk te realiseren.
Zoals eerder gezegd, kunnen computersimulaties deze praktische bezwaren voor een
belangrijk deel wegnemen. Simulaties kunnen de efficiëntie voor de leerkracht dus vergroten,
maar mogen tegelijkertijd de effectiviteit voor de leerling niet verkleinen. Wat dit laatste
betreft, bestaat er zowel in de praktijk als bij sommige onderzoekers (o.a., Flick, 1993) de
overtuiging dat leerlingen het meest leren van het werken met concrete materialen. Uit een
recente meta‐analyse blijkt echter dat leerlingen wel degelijk iets leren van het werken met een
simulatie, vooral wanneer zij er veelvuldig mee kunnen experimenteren (Scalise et al., 2011).
Ander onderzoek laat zien dat leerlingen bij het experimenteren met simulaties evenveel kennis
en onderzoeksvaardigheden opdoen als bij het experimenteren met concrete materialen (Klahr,
Triona & Williams, 2007; Triona & Klahr, 2003; Zacharias & Olympiou, 2011). In Nederland zijn
vergelijkbare resultaten gevonden bij leerlingen uit het voortgezet onderwijs (Van Klink,
Wilhelm, & Lazonder, 2010).
Op basis van deze theoretische analyse kunnen een aantal voorspellingen worden gedaan.
Verwacht wordt dat simulaties de voorbereidingstijd voor de leerkracht verminderen en de
begeleiding vereenvoudigen. Voor de leerlingen heeft het gebruik van een simulatie geen
nadelige gevolgen: verwacht wordt dat zij evenveel vakinhoudelijke kennis en onderzoeks‐
vaardigheden ontwikkelen als wanneer zij een proefje uitvoeren met echte materialen.
1.4OnderzoekendlerenmetsimulatiesIn de vorige paragraaf werd geconcludeerd dat proefjes vaker op het lesprogramma zouden
moeten staan én moeten worden aangevuld met vormen van onderzoekend leren. Volgens Van
Eijck en Van den Berg (2009, zie ook Appleton, 2008) is hiervoor een didactisch ‘tussenmodel’
9
nodig dat het omvangrijke en tijdsintensieve model van Van Graft en Kemmers (2007) beter
uitvoerbaar maakt. Simulaties kunnen ook hierbij een belangrijke rol vervullen. Net als bij het
doen van proefjes kunnen zij ervoor zorgen dat de voorbereiding van en begeleiding door de
leerkracht efficiënter verloopt. Een belangrijk bijkomend voordeel is dat simulaties de leerlingen
op een snelle en eenvoudige manier kennis laten maken met een breed arsenaal aan
onderzoeksvaardigheden.
Het soort simulaties dat wij hierbij voor ogen hebben, bevat een beperkt aantal (meestal
drie) onafhankelijke variabelen en één afhankelijke variabele. In de simulatie over zinkende
voorwerpen (zie Figuur 2.2) bijvoorbeeld, is de afhankelijke variabele de tijd waarin een
voorwerp naar de bodem zinkt. De leerlingen kunnen onderzoeken waardoor het komt dat
sommige voorwerpen sneller zinken dan andere door steeds twee voorwerpen van verschillend
materiaal, vorm of volume te laten zinken. Door de waarden van deze onafhankelijke variabelen
systematisch te variëren, kunnen de leerlingen hun invloed op de zinktijd achterhalen.
Met dit soort simulaties kunnen leerlingen in korte tijd een vrijwel volledige
onderzoekcyclus doorlopen. Het didactisch ‘tussenmodel’ dat hiervoor is ontwikkeld, is te zien
in de rechterkolom van Tabel 1.1. Dit model voorziet in tijdwinst doordat de onderzoeksvraag
vastligt: de simulatie bepaalt wat de leerlingen kunnen onderzoeken en hierdoor kunnen de
overige fasen snel en gericht worden uitgevoerd. Daarnaast zorgt de simulatie ervoor dat
leerlingen in zeer korte tijd een experiment kunnen opzetten en uitvoeren: ze kiezen een
waarde voor elke onafhankelijke variabele, stellen deze in, en klikken op de ‘start’ button. Om
de benodigde lestijd verder te verminderen is er bovendien voor gekozen om de onderzoeks‐
resultaten en ervaringen op een klassikale manier uit te wisselen.
Tijdwinst is echter niet het enige criterium waaraan een didactisch tussenmodel moet
voldoen. Kijkend naar de functie die het model zou moeten vervullen (een laagdrempelig
alternatief voor onderzoekend leren als aanvulling op het doen van proefjes), dient ook gelet te
worden op de leeropbrengsten. Dit betekent dat het tussenmodel de leerlingen in staat moet
stellen om minstens zoveel vakinhoudelijke kennis én meer onderzoeksvaardigheden te
ontwikkelen als door het uitvoeren van proefjes. De verwachting is dat het didactisch
tussenmodel aan deze voorwaarden voldoet. In het resterende deel van deze paragraaf wordt
deze voorspelling onderbouwd en aangegeven welke specifieke leerwinsten te verwachten zijn.
Wat betreft de kennisontwikkeling blijkt uit eerder onderzoek dat het didactisch tussenmodel
effectief is voor leerlingen en studenten uit het voortgezet en hoger onderwijs (o.a., Lazonder,
Wilhelm & Hagemans, 2008; Lazonder, Wilhelm, & Van Lieburg, 2009; Lazonder, Hagemans, &
De Jong, 2010; Van Klink et al., 2010). Ook bij leerlingen uit het primair onderwijs leidt het
gebruik van dit model tot een toename van vakinhoudelijke kennis (Hallerberg, 2010; Gauw,
2011; Veenman, Wilhelm, & Beishuizen, 2004). Hoe deze leerwinst zich verhoudt tot het doen
van proefjes is nog niet bekend. Uit een recente review blijkt dat het zelf onderzoeken en
ontdekken van natuurkundige verschijnselen tot meer en beter inzicht leidt (Minner, Levy, &
Century, 2010). Omdat leerlingen bij het doen van proefjes echter alleen onderzoeken dat iets
gebeurt maar niet waarom dit zo is (dit wordt door de leerkracht uitgelegd tijdens de
verbredings‐ en verdiepingsfase), ontwikkelen zij waarschijnlijk minder inzicht dan bij het
10
didactisch tussenmodel. Dit leidt tot de verwachting dat het tussenmodel qua
kennisontwikkeling beter scoort dan het doen van proefjes.
Het didactisch tussenmodel zou er bovendien voor moeten zorgen dat leerlingen meer,
en andere onderzoeksvaardigheden oefenen dan bij het doen van proefjes. Uit Tabel 1.1 blijkt
dat de grootste verschillen zich zullen voordoen bij het opstellen van hypotheses in de
verkenningsfase, het opzetten van meerdere experimenten (systematisch experimenteren), en
het koppelen van resultaten aan hypotheses om conclusies te trekken. Bovendien zullen de
leerlingen de vaardigheden die nodig zijn tijdens het uitvoeren van hun experimenten (o.a.,
waarnemen, noteren, vergelijken) vaker uitvoeren en dus beter kunnen oefenen dan bij het
doen van één proefje. Op basis van deze vergelijkingen wordt verwacht dat het tussenmodel de
leerlingen beter in staat stelt de vaardigheden die behoren bij de drie centrale processen van
onderzoekend leren te oefenen.
1.5 Onderzoeksvragen
Dit project onderzoekt de mogelijke meerwaarde van simulaties bij hands‐on activiteiten tijdens
lessen natuuronderwijs. Hierbij staat de vraag centraal of simulaties de efficiëntie voor de
leerkracht en de effectiviteit voor de leerlingen kunnen vergroten. Deze algemene onderzoeks‐
vraag is geconcretiseerd in vier deelvragen:
1. Ontwikkelen leerlingen die proefjes doen met een simulatie evenveel vakinhoudelijke
kennis en onderzoeksvaardigheden als leerlingen die proefjes doen met concrete
materialen?
2. Ontwikkelen leerlingen die onderzoekend leren met een simulatie meer vakinhoudelijke
kennis en onderzoeksvaardigheden dan leerlingen die proefjes doen met een simulatie?
3. Hoe beoordelen leerkrachten de efficiëntie van de voorbereiding en begeleiding van de
lessen?
4. Vinden leerkrachten hun inspanningen tijdens de voorbereiding en begeleiding van
lessen onderzoekend leren met simulaties redelijk en in verhouding staan tot de lestijd
en gepercipieerde leeropbrengsten?
Voor elke vraag zijn in de vorige paragrafen enkele specifieke hypotheses geformuleerd. Om de
hypotheses voor deelvraag 1 en 2 te toetsen, is een grootschalige effectstudie uitgevoerd bij
leerlingen uit groep 6 en 7. De leerkrachten van deze klassen vormden de responsgroep voor
deelvraag 3 en 4. Omdat het aantal betrokken leerkrachten te gering was voor een betekenis‐
volle kwantitatieve vergelijking, is voor dit deel van het onderzoek een case study benadering
gebruikt.
11
2.Onderzoeksmethode
2.1TotstandkomingvandeonderzoeksgroepBasisscholen zijn op twee manieren benaderd om aan het onderzoek deel te nemen: door direct
contact op te nemen met de directeur of via zogenaamde brede schoolregisseurs. Beide
wervingsacties resulteerden in 25 geïnteresseerde scholen, die in mei en juni 2011 zijn bezocht
om de doelen en werkwijze van het project verder toe te lichten.
Na dit schoolbezoek hebben 23 scholen hun medewerking toegezegd. In de meeste
gevallen ging het om één klas (groep 6 of 7); drie scholen hebben met twee klassen aan het
onderzoek deelgenomen. Van de in totaal 26 klassen zijn er 8 toegewezen aan de ‘proefjes met
simulaties’ conditie; de overige twee condities bestonden elk uit 9 klassen. Bij deze verdeling is
zo veel mogelijk rekening gehouden met de voorkeur van de leerkracht voor een bepaalde
conditie en de ICT voorzieningen binnen de school. Bovendien is geprobeerd de groepen 6 en 7
zo gelijk mogelijk over de condities te verdelen.
Vier klassen hebben bij nader inzien besloten niet aan het onderzoek deel te nemen. Dit
betrof één klas uit de ‘proefjes met echte materialen’ conditie, 2 klassen uit de ‘proefjes met
simulaties’ conditie, en één klas uit de ‘onderzoekend leren’ conditie. De leerkrachten van deze
klassen zagen af van deelname vanwege persoonlijke omstandigheden of omdat ze in hun
school een andere groep kregen (bijvoorbeeld groep 5 of 8) dan aanvankelijk gepland was. Op
één school heeft zo’n leerkrachtwissel ertoe geleid dat het onderzoek in groep 8 is uitgevoerd;
de resultaten van deze klas zijn buiten beschouwing gelaten. Als gevolg van deze wijzigingen
bestond de uiteindelijke onderzoeksgroep uit 21 klassen, afkomstig van 18 scholen.
2.2DeelnemersLeerlingen
In totaal hebben 459 leerlingen aan het onderzoek meegewerkt. De steekproef bestond uit 256
jongens (55%) en 203 meisjes, variërend in leeftijd van 8 tot 11 jaar (M = 9.42, SD = 0.71), die
klasgewijs zijn verdeeld over de drie condities. Dit heeft geleid tot 161 leerlingen in de ‘proefjes
met echte materialen’ (P‐EM) conditie, 121 leerlingen in de ‘proefjes met simulaties’ (P‐S)
conditie en 177 leerlingen in de ‘onderzoekend leren met simulaties’ (O‐S) conditie.
Leerkrachten
De leerkrachten hebben de lessen voorbereid en uitgevoerd aan de hand van de materialen die
in paragraaf 2.3 zijn beschreven. Zestien van de 21 leerkrachten (9 vrouwen en 7 mannen)
hebben bovendien hun ervaringen tijdens de lessenserie bijgehouden in een logboek. Van deze
16 leerkrachten waren er 5 afkomstig uit de P‐EM conditie, 4 uit de P‐S conditie en 7 uit de O‐S
conditie. Alle leerkrachten waren geïnteresseerd in natuur‐ en techniekonderwijs en maakten
tijdens deze lessen regelmatig gebruik van concrete materialen om de leerlingen iets te laten
bouwen of onderzoeken. Hun ervaring met lesgeven liep uiteen van enkele jaren tot ruim 20
jaar.
12
2.3LesmateriaalAlle leerlingen volgden drie lessen waarin zij achtereenvolgens de onderwerpen ‘balans’,
‘rollende voorwerpen’ en ‘zinkende voorwerpen’ hebben onderzocht. Deze onderwerpen
sluiten goed aan bij de leerlijn van de SLO voor natuur en techniek in groep 6 en 7; tijdens de
schoolbezoeken bleek bovendien dat deze onderwerpen nog niet eerder waren behandeld.
In de les over ‘balans’ onderzochten de leerlingen waardoor het komt dat een balans
(een wip) al dan niet in evenwicht blijft. De leerlingen gebruikten hierbij een vereenvoudigde
versie van de balans uit het onderzoek van Siegler en Chen (2002). Op deze balans konden zij
maximaal vier voorwerpen plaatsen; de voorwerpen verschilden in gewicht (licht of zwaar) en
konden aan de binnenkant of buitenkant van de balans worden gezet. Beide factoren bepalen of
de balans in evenwicht blijft; hun gezamenlijke invloed is door de leerlingen onderzocht.
De les over ‘rollende voorwerpen’ was gebaseerd op slope task van Chen en Klahr
(1999). In deze les lieten de leerlingen knikkers van een helling rollen en keken zij waar de
knikker uiteindelijk tot stilstand kwam. De afstand die de knikker aflegde was afhankelijk van
het gewicht van de knikker (licht of zwaar), de lengte van de helling (lang of kort) en de
hellingshoek (vlak of steil). Door deze factoren systematisch te veranderen, konden de
leerlingen erachter komen waarom voorwerpen ver of minder ver rollen.
Het onderwerp ‘zinkende voorwerpen’ was ontleend aan het onderzoek van Penner en
Klahr (1996). Anders dan bij de bekende ‘drijven en zinken’ proefjes, ging het in deze les om de
snelheid waarmee voorwerpen zinken. De voorwerpen verschilden van elkaar voor wat betreft
materiaal (licht of zwaar), vorm (rond of vierkant) en volume (klein of groot). Door goed te
experimenteren konden de leerlingen uitvinden welke invloed deze eigenschappen hebben op
de tijd om naar de bodem te zinken.
Tijdens elke les hadden de leerlingen de beschikking over experimenteermateriaal en
werkbladen. De leerkrachten hadden een leshandleiding met informatie over de voorbereiding
en uitvoering van de lessen. De aard en inhoud van deze materialen verschilde per conditie en
wordt hieronder kort beschreven1.
Proefjes met echte materialen (P‐EM)
Leerlingen in de P‐EM conditie kregen van hun leerkracht een set basismaterialen waarmee zij
zelf een proefopstelling konden bouwen. In de eerste les moesten zij met een PVC‐buisje en een
verflatje een balans maken. In de tweede les werd van een WC‐rolletje en karton een knikker‐
baan gemaakt en in de derde les zijn voorwerpen van klei gemaakt die tijdens de proefjes in een
vaas of emmer met water konden zinken. De proefopstellingen worden getoond in Figuur 2.1.
1 Alle materialen zijn beschikbaar op:
http://www.utwente.nl/gw/ist/projecten/lopende_projecten/Inquiry_learning_in_elementary_education.doc/
13
Balans Rollende voorwerpen Zinkende voorwerpen
Figuur 2.1: Proefopstellingen uit de P‐EM conditie.
Per les kregen de leerlingen een werkblad met aanwijzingen voor de activiteiten uit fase
3, 4 en 5 (zie Tabel 1.1). De aanwijzingen waren gemodelleerd naar de gangbare manier van
‘proefjes doen’. Na een korte inleiding werd stap‐voor‐stap uitgelegd hoe de proefopstelling
moest worden gemaakt. Elke handeling werd in korte, eenvoudige zinnen beschreven en
geïllustreerd met een tekening. De werkbladen gaven daarna een stapsgewijze beschrijving van
de proefjes die de leerlingen moesten uitvoeren. In elke les moesten vier proefjes worden
gedaan waarin steeds één van de factoren werd veranderd. Op het werkblad was ruimte om het
resultaat van de proefjes te noteren (“Wat gebeurt er?”) en hiervoor een verklaring te
bedenken (“Hoe denk je dat dat komt?”).
Voor de leerkrachten was een leshandleiding beschikbaar. Hierin werd uitgelegd hoe
elke les moest worden voorbereid en uitgevoerd, en werd uitleg gegeven over het natuurkun‐
dige verschijnsel dat in de proefjes centraal stond. De leshandleidingen bestond uit drie onder‐
delen: organisatie, lesplan en achtergrondinformatie. Het onderdeel ‘organisatie’ bevatte een
korte beschrijving van de les en de leerdoelen, het benodigde materiaal, de groepsindeling, de
voorbereidingsactiviteiten en een globale tijdsindeling van de les. In het onderdeel ‘lesplan’
werden suggesties gegeven voor de inleiding, kern en afsluiting van de les. De inleiding komt
overeen met de fase 1 uit Tabel 1.1, de kern betreft de fasen 3 t/m 5, en de afsluiting omvat
fase 6 en 7. In het onderdeel ‘achtergrondinformatie’ werden de resultaten van de proefjes
beschreven en werd uitgelegd hoe deze resultaten worden veroorzaakt door de factoren die
tijdens de proefjes konden worden onderzocht.
Proefjes met simulaties (P‐S)
De leerlingen in deze conditie werkten met een simulatie (zie Figuur 2.2) die van tevoren door
de leerkracht op de computers (of het netwerk van de school) was geïnstalleerd. Door het
gebruik van simulaties zijn de werkbladen en leshandleidingen op enkele punten aangepast; de
aard van de proefjes en de didactische aanpak was echter hetzelfde als in de P‐EM conditie.
Op de werkbladen was het bouwen van de proefopstelling vervangen door een korte
uitleg van de bediening van de simulatie. Vervolgens werd een stapsgewijze beschrijving
gegeven van de vier proefjes die de leerlingen moesten uitvoeren met de simulatie—dit waren
dezelfde proefjes als in de P‐EM conditie. De resultaten van de proefjes moesten op de
werkbladen worden genoteerd en voor elke uitkomst moest een verklaring worden gegeven.
14
Balans Zinkende voorwerpen
Rollende voorwerpen
Figuur 2.2: Simulaties uit de P‐S en O‐S conditie.
De leshandleidingen voor de leerkrachten waren vrijwel gelijk aan die in P‐EM conditie;
het enige verschil betrof het gebruik van de simulaties. Hierdoor was in het onderdeel
‘organisatie’ een aangepaste beschrijving opgenomen van de benodigde materialen,
voorbereidingsactiviteiten en het tijdschema. In het onderdeel ‘lesplan’ waren alle suggesties
die betrekking hadden op het bouwen van de proefopstelling vervangen door tips voor het
omgaan met de simulatie. Het onderdeel ‘achtergrondinformatie’ bleef ongewijzigd.
Onderzoekend leren met simulaties (O‐S)
De lessen in de O‐S conditie zijn opgezet aan de hand van het didactisch tussenmodel uit Tabel
1.1. De fasen 2 t/m 5 zijn opgenomen in de werkbladen, de overige fasen zijn beschreven in de
leshandleidingen voor de leerkracht.
De werkbladen waren verdeeld in 4 onderdelen: proberen, denken, meten, weten. Het
onderdeel ‘proberen’ bestond uit een korte instructie over de bediening van de simulatie (die
gelijk was aan de P‐S conditie) en aanwijzingen om enkele verkennende experimenten te doen.
De uitkomsten konden in een tabel worden genoteerd en dienden om voorkennis te activeren
15
en hypotheses te bedenken (fase 2). De onderdelen ‘denken’, ‘meten’, ‘weten’ (fase 3 t/m 5)
zijn apart uitgewerkt voor elke factor die met de simulatie kon worden onderzocht. In de les
over ‘zinkende voorwerpen’ kregen de leerlingen dus een apart werkblad voor materiaal, vorm
en volume, waarop per factor werd uitgelegd hoe een hypothese kon worden opgesteld
(‘denken’), proefjes konden worden gedaan om die hypothese te onderzoeken (‘meten’) en
conclusies konden worden getrokken (‘weten’). Anders dan in de P‐EM en P‐S conditie, waar per
factor één proefje werd gedaan, moesten de leerlingen elke factor onder alle mogelijke
omstandigheden onderzoeken. Bij ‘zinkende voorwerpen’ werd de invloed van het soort
materiaal onderzocht bij grote en zware voorwerpen én bij ronde en vierkante voorwerpen. Dit
leidde tot drie proefjes per factor, dus negen proefjes in totaal voor alle drie de factoren.
In de handleidingen voor de leerkrachten was het onderdeel ‘organisatie’ op dezelfde
manier ingevuld als in de P‐S conditie, met uitzondering van het tijdschema voor de les. Het
onderdeel ‘lesplan’ bevatte extra aanwijzingen om te controleren of de leerlingen de proberen‐
denken‐meten‐weten methode begrepen en gebruikten. Bovendien was de afsluiting van de les
veranderd: in plaats van uit te leggen ‘hoe het zit’ kregen de leerkrachten tips om de leerlingen
zelf verklaringen te laten geven op basis van hun eigen resultaten en conclusies. Het onderdeel
‘achtergrondinformatie’ bleef wederom ongewijzigd.
2.4MeetinstrumentenVoor de leerlingen zijn toetsen ontworpen om de ontwikkeling van vakinhoudelijke kennis en
onderzoeksvaardigheden te meten. Voor de leerkrachten zijn logboeken gemaakt waarin zij hun
ervaringen tijdens de voorbereiding en uitvoering van de lessen konden bijhouden.
Vakinhoudelijke kennis
De kennis van de leerlingen over de onderwerpen ‘balans’, ‘rollen’ en ‘zinken’ is op drie
momenten gemeten: aan het begin van de lessenserie (voortoets), direct na de les (natoets) en
na afloop van de lessenserie (retentietoets). Per toets werd over elk onderwerp acht vragen
gesteld. Bij de eerste vier vragen moesten de leerlingen de uitkomst van een experiment
voorspellen, bij de overige vragen moesten zij de uitkomst van een experiment controleren. In
Figuur 2.3 wordt van beide vraagtypen een voorbeeld getoond. In dit figuur is bovendien te zien
dat alle items hetzelfde format hadden: een plaatje van een proefopstelling, een vraag, en vier
antwoordmogelijkheden. De leerlingen konden de vragen beantwoorden door een antwoord
aan te kruisen en de bijbehorende zin af te maken. Door deze combinatie van meerkeuzevragen
en open vragen is het mogelijk een onderscheid te maken tussen ‘weten’ (meerkeuze) en
‘begrijpen’ (open vraag). In de scoring is echter de nadruk gelegd op het begrip.
16
Wat gebeurt er als je de weegschaal loslaat? Kruis aan en vul in:
De weegschaal klapt naar links want . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
De weegschaal klapt naar rechts want . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
De weegschaal blijft in evenwicht, want . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ik weet het niet.
Staat de weegschaal in de goede stand? Kruis aan en vul in:
Ja, hij staat goed, want . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nee, hij staat fout, want . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ik weet het niet.
Figuur 2.3: Voorbeeldvragen uit de toets over ‘balans’. Bij de eerste vraag (links) moet de uitkomst van het
experiment worden voorspeld, bij de tweede vraag (rechts) moet de uitkomst worden gecontroleerd.
De moeilijkheidsgraad van de items werd bepaald door het aantal factoren dat werd
gevarieerd. In een eenvoudig item werd slechts één factor veranderd, in een moeilijk item twee.
De eerste vraag in Figuur 2.3 is een voorbeeld van een moeilijk item: hier verschilt zowel het
gewicht als de positie van de voorwerpen. De tweede vraag is een eenvoudig item waarin alleen
de positie van de voorwerpen verschilt. Per onderwerp werd over elke factor één eenvoudige
vraag gesteld; de overige items waren moeilijke vragen.
De voortoets bevatte de items over alle onderwerpen. De volgorde van de vragen kwam
overeen met de volgorde waarin de onderwerpen in de lessen aan bod kwamen. De natoetsen
bevatten alleen de acht items over het onderwerp uit de voorbije les. Deze items waren
inhoudelijk gelijk aan de items uit de voortoets, maar werden in een andere volgorde
gepresenteerd. Bovendien was bij elk item het plaatje met de proefopstelling gespiegeld. De
retentietoets was volledig identiek aan de voortoets.
De begripsvaliditeit van de toetsen is gewaarborgd door nauwkeurig aan te sluiten op de inhoud
van de lessen en gebruik te maken van wetenschappelijke inzichten over de voorkennis van de
doelgroep. Naar de ontwikkeling van de kennis over ‘balans’ is uitgebreid onderzoek gedaan (zie
voor een overzicht Siegler & Chen, 2002). Hieruit blijkt dat leerlingen uit groep 6 en 7 drie regels
gebruiken bij het oplossen van balansproblemen. De zogenaamde gewichtregel (“de kant met
het meeste gewicht zakt naar beneden”) wordt consequent toegepast. De positieregel (“de kant
waar het voorwerp het meest aan de buitenkant zit zakt naar beneden”) wordt eveneens
toegepast, maar nog niet in alle gevallen. Het gebruik van de combinatieregel (“gewicht en
positie bepalen samen of en naar welke kant de balans naar beneden zakt”) begint zich rond het
tiende levensjaar te ontwikkelen; de rekenkundige regel waarin de effecten van gewicht en
positie correct zijn verdisconteerd, wordt zelfs in de adolescentiefase nog weinig gebruikt. Op
licht licht zwaar
licht
licht
17
basis van deze inzichten is besloten de lessen en toetsitems toe te spitsen op de positie‐ en
combinatieregel.
Het onderwerp ‘rollende voorwerpen’ is veelvuldig gebruikt door Klahr (zie bijvoorbeeld
Klahr & Li, 2005; Klahr & Nigam, 2004). Omdat de nadruk in deze onderzoeken ligt op het leren
ontwerpen van systematische experimenten, is niet in detail bekend hoeveel voorkennis
leerlingen van 9 en 10 jaar hebben. Wel is duidelijk dat kinderen in deze leeftijdsgroep geen
volledig begrip van het onderwerp hebben. Dit werd bevestigd door het onderzoek van Gauw
(2011) bij leerlingen uit groep 7 en 8.
Uit het onderzoek van Penner en Klahr (1996) blijkt dat 10‐jarigen ‘gewicht’ als enige
reden zien waarom voorwerpen snel of langzaam zinken. Ook de meeste 12‐jarigen noemden
gewicht als enige factor. Na geëxperimenteerd te hebben met voorwerpen van verschillende
materialen, vormen en afmetingen, noemden alle 10‐jarigen tenminste 2 factoren; de meeste
12 jarigen noemden er drie. Deze resultaten laten zien dat de leerlingen in ons onderzoek
waarschijnlijk weinig over ‘zinkende voorwerpen’ weten, maar wel in staat zijn hun kennis te
vergroten door te experimenteren.
De betrouwbaarheid van de toetsen is bepaald door (1) een schatting op basis van een enkele
testafname, (2) de test‐hertest betrouwbaarheid, en (3) de betrouwbaarheid van het scorings‐
protocol.
Voor een schatting van de betrouwbaarheid op basis van een enkele testafname is per
toets en per onderwerp de Guttman’s Lambda‐2 berekend (Sijtsma, 2009). Tevens is de
Spearman‐Brown split‐half betrouwbaarheid berekend voor de items waarin de uitkomsten van
een experiment moesten worden voorspeld en gecontroleerd. De resultaten uit Tabel 2.1 laten
zien dat de betrouwbaarheidsindices geleidelijk toenemen en pas bij de retentietoetsen het
vereiste minimum niveau bereiken. Hierbij dient opgemerkt te worden dat sprake is van een
beperkt aantal items en een doelgroep waarvan bekend is dat zij minder consistent zijn in de
toepassing van hun kennis dan volwassenen.
De test‐hertest betrouwbaarheid is berekend met correlaties tussen de scores op de
voortoets, natoetsen en retentietoets. Uit de resultaten in Tabel 2.2 blijkt dat het verband
tussen de scores op de voor‐ en natoetsen en de voor‐ en de retentietoets weliswaar significant,
maar niet bijzonder sterk is. Dit is te verklaren door de interventie (de lessen) die in de
tussentijd zijn gevolgd. Kennelijk is de prestatie op de voortoets geen goede voorspeller voor de
Tabel 2.1
Guttman’s Lambda‐2 en Spearman‐Brown split‐half coëfficiënt van de toetsen.
Balans Rollende voorwerpen Zinkende voorwerpen
2 S‐B n ‐2 S‐B n ‐2 S‐B n
Voortoets .50 .56 400 .56 .59 400 .581 .69 399
Natoets .57 .61 384 .59 .64 401 .63 .68 373
Retentietoets .62 .67 373 .65 .70 372 .65 .72 369
Noot. 2 = Guttman’s Lambda‐2. S‐B = Spearman‐Brown coëfficiënt. 1 Op basis van 7 items in plaats van 8.
18
Tabel 2.2
Pearson correlaties tussen de scores op de voortoets, natoetsen en retentietoets.
Balans Rollende voorwerpen Zinkende voorwerpen
r n r n r n
Voortoets ‐ Natoets .36 381 .38 381 .36 370
Voortoets ‐ Retentietoets .32 371 .45 371 .35 371
Natoets ‐ Retentietoets .58 367 .60 359 .64 357
Noot. Alle correlaties zijn significant, p < .01 (tweezijdig)
mate waarin de leerlingen profiteren van de instructie. De correlaties tussen de scores op de
natoetsen en de retentietoets waren eveneens significant. De hoogte van de correlaties was
redelijk, wat betekent dat de scores op beide toetsen tamelijk stabiel zijn. Ondanks het feit dat
de items in de natoetsen en de retentietoets wel inhoudelijk maar niet exact identiek zijn, lijken
de instrumenten het kennisniveau dus redelijk betrouwbaar te meten.
Tot slot is de betrouwbaarheid van de scoring van de toetsen bepaald. Op basis van de
antwoorden op de voortoets is in twee rondes een scoringsprotocol ontwikkeld. Per item kon 1
punt worden gehaald voor een correct antwoord; de juistheid van de antwoorden werd bepaald
op basis van het antwoord op zowel de meerkeuzevraag als de open vraag. Twee leden van het
projectteam die betrokken waren bij het ontwerp van het scoringsprotocol hebben
onafhankelijk van elkaar de voortoetsen van 60 leerlingen gescoord. Cohen’s kappa over alle
items bedroeg .82. Voor ‘balans’ was dit .87, voor ‘rollende voorwerpen’ .87 en voor ‘zinkende
voorwerpen’ .73. Op basis van deze gegevens werd het scoringsprotocol als voldoende
betrouwbaar beschouwd. Wel is het protocol bijgesteld op basis van de geconstateerde
verschillen in scoring tussen de twee beoordelaars. Aangezien de overeenstemming al hoog was
en de aanpassingen minimaal waren, is de interbeoordelaarsovereenstemming niet opnieuw
berekend.
Onderzoeksvaardigheden
In de voortoets en retentietoets waren zes vragen opgenomen om de onderzoeksvaardigheden
van de leerlingen te meten. (Omdat onderzoeksvaardigheden zich langzaam ontwikkelen, zijn
deze vragen niet in de natoetsen opgenomen). De vragen hadden betrekking op de
vaardigheden ‘hypotheses opstellen’, ‘experimenteren’ en ‘conclusies trekken’. Per vaardigheid
werden twee meerkeuzevragen gesteld die de leerlingen konden beantwoorden door één van
de vijf antwoorden aan te kruisen. Wisten zij het antwoord op een vraag niet, dan konden zij de
zesde antwoordmogelijkheid (“Ik weet het niet”) kiezen.
Alle vragen waren ingebed in een bekende activiteit: vliegtuigjes gooien. De leerlingen
kregen vier vliegtuigjes te zien die verschilden voor wat betreft het soort materiaal (papier of
karton) en de vorm van de vleugels (smal of breed). Bij de vragen over ‘hypotheses opstellen’
moesten zij aangeven welke hypothese met deze vliegtuigjes kon worden onderzocht
(bijvoorbeeld “Vliegtuigjes van karton vliegen verder dan vliegtuigjes van papier”). Bij de vragen
over ‘experimenteren’ moest worden aangegeven met welke combinatie van vliegtuigjes een
gegeven hypothese kon worden getest. Bij de vragen over ‘conclusies trekken’ werden de
19
resultaten van twee proefjes gegeven en moesten de leerlingen aangeven welke conclusie kon
worden getrokken.
De begripsvaliditeit wordt gewaarborgd doordat de vragen ingaan op de onderzoeks‐
vaardigheden die centraal stonden in de O‐S conditie. Om eventuele storende invloeden van
vakinhoudelijke kennis uit te sluiten, is gekozen voor een alledaags onderwerp dat niet in de
lessen is gebruikt. De effecten van de factoren ‘materiaal’ en ‘vorm van de vleugels’ zijn arbitrair
en naar verwachting even plausibel. De betrouwbaarheid van de items was redelijk. De
Guttman’s Lambda‐2 en Spearman‐Brown coëfficiënt op de voortoets waren respectievelijk .50
en .42. Op de retentietoets zijn waarden van .59 en .59 gevonden. De correlatie tussen de
scores op beide toetsen was redelijk hoog, r = .59, p < .01.
Logboeken
Voor de leerkrachten is een logboek gemaakt met vragen over de voorbereiding en uitvoering
van elke les. Bij het onderdeel ‘lesvoorbereiding’ zijn meerkeuzevragen gesteld over de tijd die
het de leerkrachten kostte om de materialen te verzamelen en de les verder voor te bereiden.
Bij de lesuitvoering hadden de meerkeuzevragen betrekking op de tijd die de les duurde, of de
leerlingen individueel of in groepjes hadden gewerkt, en of er tijdens de les assistentie was van
bijvoorbeeld een collega of stagiair. Bij de open vragen is de leerkrachten gevraagd voor de
lesvoorbereiding en de lesuitvoering steeds drie positieve ervaringen (‘tops’) en drie negatieve
ervaringen (‘tips’) te beschrijven. In de instructie bij de logboeken is aangegeven dat de
logboeken ook gebruikt zouden worden tijdens de afsluitende focusgroepbijeenkomst.
2.5ProcedureHet onderzoek is uitgevoerd in de eerste zes weken van het schooljaar 2011‐20122. Aan het eind
van de zomervakantie zijn alle materialen naar de scholen gestuurd of gebracht. De zending
bevatte een draaiboek waarin de leerkrachten precies konden zien wat zij per week moesten
doen. Volgens dit draaiboek hebben de leerlingen in de eerste week de voortoets gemaakt. De
leerkrachten hebben een lijst met leerlinggegevens ingevuld. Naast algemene kenmerken als
geslacht en leeftijd hebben zij een algemene inschatting gegeven van het cognitieve niveau van
de leerlingen. In de drie daarop volgende weken zijn de lessen over ‘balans’, ‘rollende
voorwerpen’ en ‘zinkende voorwerpen’ gegeven. Aan het einde van elke les hebben de
leerlingen de natoets gemaakt. De lessen zijn zoveel mogelijk op een vaste dag in de week
gegeven. De leerkrachten hebben hun ervaringen tijdens de voorbereiding en uitvoering van de
lessen bijgehouden in het logboek. In de vijfde week hebben de leerlingen de retentietoets
gemaakt.
Tijdens de zesde week is met de leerkrachten een afsluitende focusgroepbijeenkomst
gehouden. Deze bijeenkomst vond plaats op een centrale locatie en duurde 3 uur. Het doel van
de bijeenkomst was om ervaringen uit te wisselen en met collega’s uit dezelfde conditie tot een
synthese te komen van de positieve en minder positieve aspecten van de lessenserie. De
aantekeningen uit de logboeken dienden als hierbij als geheugensteun.
2 In twee klassen uit de P‐S conditie zijn de lessen op een later tijdstip gegeven.
20
3.Resultaten
De onderzoeksvragen hebben betrekking op de leerlingen en de leerkrachten. Bij de
beantwoording van deze vragen worden de resultaten voor beide doelgroepen apart
beschreven. Bij de analyses van de leerlingen wordt eerst een controle uitgevoerd op de
vergelijkbaarheid van de condities (paragraaf 3.1). Vervolgens wordt in paragraaf 3.2 ingegaan
op de ontwikkeling van vakinhoudelijke kennis en onderzoeksvaardigheden. De vakinhoudelijke
kennis over de onderwerpen ‘balans’, ‘rollende voorwerpen’ en ‘zinkende voorwerpen’ is op
drie momenten gemeten: voorafgaand aan de lessenserie (voortoets), direct na de betreffende
les (natoets) en na afloop van de lessenserie (retentietoets). Onderzoeksvaardigheden
ontwikkelen zich doorgaans langzamer en zijn daarom alleen gemeten met de voortoets en de
retentietoets. De resultaten voor de leerkrachten worden beschreven in paragraaf 3.3. Dit
onderdeel bestaat uit een overzicht en synthese van de mening van de leerkrachten over de
lessen.
3.1VergelijkbaarheidvandeconditiesOmdat de leerlingen per klas zijn toegewezen aan een bepaalde conditie, is gecontroleerd in
hoeverre de drie condities onderling vergelijkbaar waren. Dit bleek redelijk het geval te zijn. In
elke conditie zaten naar verhouding evenveel jongens als meisjes, 2(2) = 2.84, p = .24, met
relatief gelijk cognitief niveau, 2(4) = 3.92, p = .42. De condities verschilden echter qua leeftijd, F(2, 456) = 16.57, p < .001, wat waarschijnlijk is veroorzaakt door de klassen die op het laatste
moment hebben afgezegd. De gemiddelde leeftijd in de P‐EM conditie lag 4.8 maanden lager
dan in de P‐S conditie (p < .001) en 2.4 maanden lager dan in de O‐S conditie (p = .023). Het
leeftijdsverschil tussen deze laatste twee condities bedroeg 3.2 maanden (p = .002).
Vervolgens is gekeken of de verschillen in leeftijd een storende invloed hadden op de
vakinhoudelijke kennis en onderzoeksvaardigheden. Hoewel de totale scores op de voortoets
significant verschilde tussen de condities, F(6, 902) = 2.38, p = .028, bleek dit verschil te worden
veroorzaakt door de vragen over ‘zinkende voorwerpen’, F(2, 452) = 4.60, p = .010; de scores
voor ‘balans’ en ‘rollende voorwerpen’ waren vergelijkbaar (balans: F(2, 452) = 1.99, p = .137;
rollen: F(2, 452) = 1.62, p = .200). Uit post hoc analyses bleek dat alleen de leerlingen uit de P‐
EM conditie significant minder wisten over ‘zinkende voorwerpen’ dan leerlingen uit de O‐S
conditie (p = .008). Omdat deze condities niet worden vergeleken bij de beantwoording van de
onderzoeksvragen, is besloten de vakinhoudelijke kennis zonder verdere correcties te
analyseren; het leeftijdsverschil tussen de condities heeft niet geleid tot relevante verschillen in
voorkennis.
De onderzoeksvaardigheden verschilden eveneens tussen de condities, F(2, 452) = 5.96,
p = .003. Dit verschil werd veroorzaakt doordat leerlingen uit de P‐S conditie significant lager
scoorden dan leerlingen uit de O‐S conditie (p = .002), alle andere verschillen waren niet
significant (p > .189). Omdat het niet aannemelijk is dat dit verschil samenhangt met de leeftijd
van de leerlingen (oudere kinderen zouden juist onderzoeksvaardiger moeten zijn), hoeft ook
hier geen statistische correctie van de scores plaats te vinden. Bij de analyses wordt bovendien
21
gekeken naar de relatieve toename van onderzoeksvaardigheden binnen elke conditie zodat de
aanvankelijke verschillen worden verdisconteerd.
3.2ResultatenvandeleerlingenBij de analyse is gekeken of de gemiddelde toetsscores in de drie condities zich op eenzelfde
manier ontwikkelen in de tijd. Hierbij is gebruik gemaakt van een gemengd onderzoeksdesign
met conditie als between‐subject factor en tijd als within‐subject factor. Omdat hier sprake is
van een herhaalde meting, zijn de scores van leerlingen die een of meer toetsen niet hebben
gemaakt bij de betreffende analyses buiten beschouwing gelaten. Hierdoor verschilt het aantal
leerlingen per analyse.
Vakinhoudelijke kennis
Figuur 3.1 toont de totaalscores op de voortoets, de gezamenlijke natoetsen, en de
retentietoets. In alle drie de condities waren de scores op de natoetsen hoger dan op de
voortoets, wat betekent dat de leerlingen tijdens de lessen iets hebben geleerd over de
onderwerpen die ze hebben onderzocht. De scores op de retentietoets zijn weliswaar iets lager
dan die van de natoetsen, maar wel hoger dan de voortoetsscores. Dit betekent dat de kennis
die tijdens de lessen is opgedaan voor een groot deel beklijft.
Figuur 3.1: Gemiddelde scores voor vakinhoudelijke kennis op de voortoets,
de gezamenlijke natoetsen en de retentietoets.
Om te bepalen of de toetsscores significant van elkaar verschillen, zijn twee mixed
design MANOVAs uitgevoerd. Uit de eerste MANOVA blijkt dat de scores op de natoetsen
significant hoger zijn dan op de voortoets, F(3, 402) = 127.31, p < .001. Er is dus sprake van een
significante kennistoename. Daarnaast blijkt dat de toetsscores in de drie condities van elkaar
verschilden, F(6, 806) = 4.02, p = .001, terwijl de tijd conditie interactie niet significant was, F(6, 806) = 0.94, p = .469. Dit betekent dat de toetsscores in de drie condities niet even hoog
waren, maar dat er geen significante onderlinge verschillen waren in de toename in kennis over
tijd.
22
Tabel 3.1
Gemiddelden (en standaarddeviaties) van de scores op de vakinhoudelijke kennistoetsen
Conditie
Proefjes met echte
materialen (P‐EM)
Proefjes met
simulaties (P‐S)
Onderzoekend leren
met simulaties (O‐S)
Balans
Voortoets 2.82 (1.11) 2.64 (1.05) 2.82 (1.10)
Natoets 2.70 (1.40) 2.82 (1.44) 3.05 (1.30)
Retentietoets 3.01 (1.31) 3.13 (1.43) 3.21 (1.11)
Rollende voorwerpen
Voortoets 2.23 (1.65) 2.15 (1.45) 2.51 (1.58)
Natoets 3.52 (1.83) 3.39 (1.80) 3.84 (1.66)
Retentietoets 2.93 (1.87) 3.09 (1.89) 3.55 (1.75)
Zinkende voorwerpen
Voortoets 1.79 (1.04) 2.08 (1.33) 2.20 (1.26)
Natoets 2.93 (1.50) 3.45 (1.68) 3.52 (1.32)
Retentietoets 2.89 (1.63) 3.35 (1.76) 3.17 (1.37)
Noot. Op elke toets kon per onderwerp maximaal 8 punten worden gehaald.
Voor een meer precieze duiding van deze effecten zijn de toetsscores voor de onder‐
werpen ‘balans’, ‘rollende voorwerpen’ en ‘zinkende voorwerpen’ apart geanalyseerd; de
gemiddelde scores worden weergegeven in Tabel 3.1. Uit de univariate ANOVAs blijkt dat de
kennistoename significant was voor de onderwerpen ‘rollende voorwerpen’, F(1, 404) = 179.28,
p < .001, en ‘zinkende voorwerpen’, F(1, 404) = 248.85, p < .001, maar niet voor ‘balans’,
F(1, 404) = 1.75, p = .187. De verschillen tussen de condities waren eveneens significant voor
‘rollende voorwerpen’ en ‘zinkende voorwerpen’, F(2, 404) = 3.35, p = .036 respectievelijk F(2,
404) = 8.49, p < .001. De toetsscores voor ‘balans’ verschilde niet significant tussen de condities,
F(2, 404) = 1.75, p = .175. Post‐hoc analyses lieten zien dat leerlingen in de O‐S conditie meer
wisten over ‘rollende voorwerpen’ dan leerlingen uit de P‐S conditie (p = .050). Bij het
onderwerp ‘zinkende voorwerpen’ scoorden O‐S leerlingen even goed als P‐S leerlingen
(p = 1.00), die op hun beurt betere scores hadden dan de P‐EM leerlingen (p = .011).
De tweede mixed design MANOVA vergeleek de scores van de natoetsen met die van de
retentietoets. Uit de resultaten bleek dat het verschil in toetsscores over de tijd significant was,
F(3, 368) = 15.93, p < .001, de scores in de drie condities significant van elkaar verschilde,
F(6, 738) = 3.27, p = .001, en het interactie‐effect niet significant was, F(6, 738) = 1.73, p = .112.
Dit betekent dat lichte daling van de scores uit Figuur 3.1 significant is, de scores in de drie
condities niet gelijk zijn, maar gemiddeld wel evenveel afnemen in de tijd.
Uit analyse van de afzonderlijke onderwerpen bleek dat de daling van scores van natoets
naar retentietoets zich bij alle drie de onderwerpen voordeed, F(1, 370) > 9.32, p < .001. De
verschillen tussen de condities waren significant voor ‘rollende voorwerpen’, F(2, 370) = 3.72,
p = .025, en ‘zinkende voorwerpen’, F(2, 370) = 6.81, p = .001, en bijna‐significant voor ‘balans’,
F(2, 370) = 2.90, p =.057. Post‐hoc vergelijkingen lieten zien dat de verschillen bij ‘rollende
voorwerpen’ zich alleen voordeden tussen de P‐EM en O‐S conditie (p = .024). Op de toetsen
23
over ‘zinkende voorwerpen’ presteerden de O‐S leerlingen even goed als de P‐S leerlingen
(p = 1.00), terwijl de P‐S leerlingen hogere scores hadden dan de P‐EM leerlingen (p = .003).
Onderzoeksvaardigheden
De voortoets en retentietoets bevatten zes vragen over het doen van onderzoek; de gemiddelde
scores op deze vragen staan in Tabel 3.2. De scores op de voortoets waren relatief laag: in alle
drie de condities lagen de gemiddelde scores slechts 1 punt boven kansniveau. Dit betekent dat
de leerlingen aan het begin van de lessenserie over weinig onderzoeksvaardigheden beschikten.
Op de retentietoets werd een bescheiden toename van de scores gemeten, wat aangeeft dat de
leerlingen na afloop van de lessenserie over (iets) meer onderzoeksvaardigheden beschikten.
De scores uit Tabel 3.2 zijn geanalyseerd met een mixed‐design ANOVA. Uit de
resultaten bleek dat de leerlingen significant beter scoorden op de retentietoets dan op de
voortoets, F(1, 409) = 7.37, p = .007. Het verschil in scores tussen de drie condities was
eveneens significant, F(2, 409) = 3.58, p = .029, terwijl het interactie‐effect niet significant was,
F(2, 409) = 1.56, p = .211. Uit post‐hoc vergelijkingen bleek verder dat leerlingen uit de P‐EM en
P‐S conditie over evenveel onderzoeksvaardigheden beschikten (p = 1.00) en dat deze vaardig‐
heden tijdens de lessen even veel zijn verbeterd. De scores uit Tabel 3.2 geven echter aan dat
de feitelijke toename van onderzoeksvaardigheden niet bijzonder groot was. De vergelijking
tussen de O‐S en P‐S conditie laat een soortgelijk beeld zien. Weliswaar beschikten de leerlingen
uit de O‐S leerlingen over meer onderzoeksvaardigheden dan de leerlingen uit de P‐S conditie
(p = .039), maar het niet‐significante interactie effect geeft aan dat het vaardigheidsniveau al
voor aanvang van de lessenserie verschilde en tijdens de lessen evenredig is toegenomen.
3.3ResultatenvandeleerkrachtenDe onderzoeksvragen voor de leerkrachten hadden betrekking op de voorbereiding en
begeleiding van de lessen. Door middel van de logboeken en de focusgroep bijeenkomst is
geïnventariseerd hoeveel tijd de leerkrachten nodig hadden voor het voorbereiden en uitvoeren
van de lessen, welke positieve en negatieve ervaringen zij hierbij hebben opgedaan, en hoe de
leerkrachtinspanningen zich verhouden tot de gepercipieerde leeropbrengsten.
Tabel 3.2
Gemiddelden (en standaarddeviaties) van de scores op de onderzoeksvaardigheden toetsen
Conditie
Proefjes met echte
materialen (P‐EM)
Proefjes met
simulaties (P‐S)
Onderzoekend leren
met simulaties (O‐S)
Voortoets 2.10 (1.40) 1.78 (1.52) 2.38 (1.56)
Retentietoets 2.20 (1.60) 2.23 (1.61) 2.50 (1.68)
Noot. De maximale score voor beide toetsen was 6 punten.
24
Tabel 3.3
Mediaan (en modus) van de tijd voor lesvoorbereiding en –uitvoering.
Conditie
Proefjes met echte
materialen (P‐EM)
Proefjes met
simulaties (P‐S)
Onderzoekend leren
met simulaties (O‐S)
Materiaal verzamelen 30‐60 min. ( 30 min.) 30 min. ( 30 min.) 30 min. ( 30 min.)
Les voorbereiden 30 min. ( 30 min.) 30 min. ( 30 min.) 30 min. ( 30 min.)
Les uitvoeren 60‐90 min. (60‐90 min.) 30‐60 min. (30‐60 min.) 30‐60 min. (30‐60 min.)
Noot. P‐EM: n = 5; P‐S: n = 4; O‐S: n = 7
Tabel 3.3 geeft een indruk van de tijd die de leerkrachten nodig hadden om de lessen
voor te bereiden en te geven. De positieve en negatieve ervaringen die zij hierbij hebben
opgedaan zijn samengevat in Tabel 3.4 en 3.5. In al deze tabellen zijn de drie lessen
samengenomen omdat afzonderlijke analyses weinig betekenisvol zouden zijn vanwege het
geringe aantal leerkrachten per conditie.
Uit de resultaten in Tabel 3.3 blijkt dat leerkrachten uit de P‐EM conditie meer tijd nodig
hadden om de benodigde materialen te verzamelen dan leerkrachten uit de beide simulatie
condities. Hoewel dit resultaat overeen komt met de verwachtingen, bestaat er ook een
aanzienlijke spreiding in de scores (de mediaan is namelijk hoger dan de modus). Deze
diversiteit is ook terug te zien in de positieve en negatieve ervaringen tijdens de
lesvoorbereiding (zie Tabel 3.4). Sommige leerkrachten vonden het verzamelen en voorbereiden
van de materialen voor de proefjes relatief eenvoudig terwijl andere leerkrachten hierbij op
problemen stuitten en hulp van een stagiair of conciërge hebben moeten inroepen. Deze
verschillen werden deels veroorzaakt door de proefjes zelf: voor het maken van een balans zijn
andere materialen nodig dan voor een knikkerbaan of waterbak, en het ene materiaal is
gemakkelijker te verzamelen dan het andere.
Uit Tabel 3.4 blijkt verder dat de voorzieningen op de scholen van elkaar verschilden.
Sommige leerkrachten hadden het benodigde materiaal gewoon op school voorhanden of
konden dit gemakkelijk aanschaffen terwijl andere leerkrachten dit meer tijd en moeite heeft
gekost. Eventueel zouden de leerlingen zelf wat materiaal kunnen verzamelen (één leerkracht
had hier positieve ervaringen mee), maar de meer specifieke materialen zoals hoge glazen
vazen, PVC koppelstukjes, en een speciaal soort klei zijn veelal door de leerkracht zelf
verzameld. En dit heeft sommige leerkrachten relatief veel tijd en moeite gekost.
In de beide simulatie condities vormde het verzamelen van materialen geen probleem.
Dit is logisch omdat alle materialen werden aangeleverd en alleen moesten worden geïnstal‐
leerd en gekopieerd. Dit was voor de meeste leerkrachten geen probleem, wat blijkt uit de vele
positieve opmerkingen over de simulaties en bestanden op de USB stick. Slechts op één school
bleek het niet mogelijk de simulaties op het netwerk te installeren vanwege de instellingen van
de server. Andere leerkrachten waren zeer tevreden over de eenvoudige manier waarop de
simulaties op het netwerk van de school konden worden gezet. Mede hierdoor werden door de
leerkrachten uit de beide simulatie condities zeer weinig negatieve ervaringen gerapporteerd en
waren er geen negatieve ervaringen die meer dan twee keer werden genoemd.
25
Tabel 3.4
Overzicht van de meest genoemde positieve en negatieve ervaringen tijdens de lesvoorbereiding.
Conditie
Proefjes met echte
materialen (P‐EM)
Proefjes met
simulaties (P‐S)
Onderzoekend leren
met simulaties (O‐S)
Positieve ervaringen
(10) Het materiaal voor de leer‐kracht (lesplan, achtergrond‐informatie, draaiboek voor de lessen, lijst benodigde mate‐rialen) was duidelijk en goed.
(8) Alle materialen stonden over‐zichtelijk op de USB stick en konden direct worden geprint en gekopieerd.
(10) Het materiaal voor de leer‐kracht (lesplan, achtergrond‐informatie, draaiboek voor de lessen) was duidelijk en goed.
(9) De materialen voor de leerlingen waren gemakkelijk te verkrijgen, of door de kinderen van huis mee te nemen.
(7) Het materiaal voor de leerkracht (lesplan, achtergrondinformatie, draaiboek voor de lessen) was duidelijk en goed.
(5) Alle materialen waren overzich‐telijk en werden op een duide‐lijke, goed gestructureerde manier aangeleverd.
(3) De werkbladen waren al geprint, dat maakte het kopiëren eenvoudig.
(3) De simulaties konden direct vanaf de USB stick worden gestart, bevatte duidelijke animaties en werden duidelijk op het beeldscherm gepresenteerd.
(5) De USB stick werkte prima en de simulatie kon gemakkelijk op de schoolserver worden gezet.
(3) De tijdsinvestering was beperkt en organisatorisch was het prima te doen.
(4) De werkbladen konden direct gekopieerd worden.
(3) Hulp van anderen bij het verzamelen en voorbereiden van de materialen.
Negatieve ervaringen
(8) Vooral de specifieke materialen kostten veel tijd en moeite om te verzamelen.
(6) Het voorbereiden van de materialen (pasvormen, mallen en steuntjes maken) is teveel werk en te moeilijk om door de leerlingen zelf te laten doen.
(4) De benodigde materialen en ruimte waren soms niet gedetailleerd genoeg beschre‐ven, waardoor de proefjes moeilijk(er) konden worden uitgevoerd.
Noot. De getallen tussen haakjes geven aan hoe vaak de betreffende ervaring werd genoemd. Ervaringen die minder dan 3 keer en/of door slechts 1 leerkracht per conditie werden genoemd, zijn niet in de tabel opgenomen.
26
Uit Tabel 3.3 blijkt verder dat de lesvoorbereiding in alle drie de condities gemiddeld
even veel tijd in beslag nam. Deze uitkomst is enigszins verrassend omdat leerkrachten in de O‐S
conditie de lessen op een andere manier moesten geven dan ze gewend waren. De verwachting
was dat de didactiek van de Denken‐Meten‐Weten methode extra voorbereidingstijd zou
kosten, maar dit bleek niet het geval te zijn. De relatief korte voorbereidingstijd hang wellicht
samen met de kwaliteit van de leshandleiding, die maar liefst tien keer werd genoemd als
positief punt tijdens de voorbereiding (zie Tabel 3.4). Ook in de andere twee condities werd de
kwaliteit van het leerkrachtmateriaal door veel leerkrachten gezien als een pluspunt.
De lessen zelf duurden gemiddeld 30 tot 90 minuten. Tijdens de lessen hebben de leerlingen in
elke klas samengewerkt in groepjes van twee tot vier leerlingen; alle leerkrachten hebben de
lessen zonder extra hulp van een collega, ouder of stagiair gegeven. Uit de logboeken ontstaat
verder het beeld dat de lessen in alle condities leuk en boeiend werden gevonden (zie Tabel
3.5). De leerlingen waren oprecht geïnteresseerd in de onderwerpen en zeer gemotiveerd om
zelf proefjes te doen. Ze werkten hierbij goed samen en zijn actief en serieus met de opdrachten
aan de slag gegaan.
Per conditie zijn nauwelijks verschillen gevonden in de tijdsduur voor de drie
afzonderlijke lessen. Tussen de condities bestond wel een verschil: de gemiddelde lesduur in de
P‐EM conditie was hoger dan in de P‐S conditie, wat er op wijst dat het maken van en werken
met een ‘echte’ proefopstelling meer tijd kost dan het experimenteren met een simulatie. Net
als bij de lesvoorbereiding waren de ervaringen van de leerkrachten uit de P‐EM conditie
verdeeld. Uit Tabel 3.5 blijkt dat sommige leerkrachten vonden dat hun leerlingen de
opdrachten uit de werkbladen goed en zelfstandig konden uitvoeren terwijl andere leerkrachten
rapporteerden dat de leerlingen dit moeilijk vonden en veel begeleiding nodig hadden. Deze
laatste leerkrachten kwamen tijdens de les vaak letterlijk handen tekort. Daarnaast leidde het
gebruik van de echte materialen soms tot rommelige situaties, bijvoorbeeld doordat de proefjes
met de knikkerbaan op de gang of het schoolplein moesten worden uitgevoerd, of omdat de
proefjes met klei en water een kliederboel werden. Desondanks waren er geen aanwijzingen dat
de P‐S leerlingen meer of betere mogelijkheden hadden om vakinhoudelijke kennis en
onderzoeksvaardigheden te ontwikkelen dan de P‐EM leerlingen; hooguit was de efficiëntie wat
hoger doordat dezelfde proefjes in minder tijd konden worden uitgevoerd.
Opvallend is verder dat de lesduur in de beide simulatie condities niet verschilde,
ondanks het feit dat de leerlingen in de O‐S conditie meer en op een andere manier moesten
experimenteren. Wellicht vergt dit weinig extra tijd en/of levert het uitgebreid experimenteren
volgens de Denken‐Meten‐Weten methode tijdwinst op tijdens het afsluitende klassengesprek.
Een ander resultaat was dat de leerlingen uit de O‐S conditie hun aanvankelijke motivatie en
goede werkhouding niet tot het einde van de les konden vasthouden. Dit hangt mogelijk samen
met de complexiteit van de werkbladen (die inderdaad veeleisender waren dan in de andere
condities) en het feit dat de simulaties soms vastliepen.
27
Tabel 3.5
Overzicht van de meest genoemde positieve en negatieve ervaringen tijdens de lesuitvoering.
Conditie
Proefjes met echte
materialen (P‐EM)
Proefjes met
simulaties (P‐S)
Onderzoekend leren
met simulaties (O‐S)
Positieve ervaringen
(11) De opdrachten waren duidelijk en konden zelfstandig worden uitgevoerd.
(8) Het inleidende en afsluitende kringgesprek ging goed.
(9) De simulaties waren duidelijk, mooi van kleur, en gemakkelijk om mee te werken.
(8) De leerlingen waren gemoti‐veerd voor de proefjes en geïnteresseerd in de onder‐werpen.
(5) De simulaties waren duidelijk, en gemakkelijk om mee te werken.
(8) De groepjes werkten zelf‐standig en goed samen.
(4) De groepjes werkten goed samen.
(5) De leerlingen waren gemoti‐veerd voor de proefjes en geïnteresseerd in de onder‐werpen.
(7) De leerlingen waren gemoti‐veerd voor de proefjes en geïnteresseerd in de onder‐werpen.
(4) De leerlingen hadden een goede werkhouding (actief, goed overleg).
(4) De leerlingen hadden een goede werkhouding (aandachtig, veel inzet).
(4) De leerlingen hadden een goede werkhouding (serieus, betrokken).
(4) De leerlingen hebben zelf ontdekt ‘hoe het zit’.
(3) De leerlingen hebben spon‐taan eigen proefjes bedacht.
Negatieve ervaringen
(9) Het uitvoeren en begeleiden van de proefjes.
(6) Veel leerlingen wilden te snel beginnen achter de computer. Het was moeilijk om ze tot lezen en denken aan te zetten.
(17) De werkbladen waren te ingewikkeld; de opdrachten moeten in kleinere stapjes worden gepresenteerd en zonder terugverwijzingen naar eerdere bladzijden.
(4) De leerlingen hadden veel moeite met het bouwen van de proefopstelling.
(3) Het verschil in werktempo tussen de leerlingen was groot.
(7) De leerlingen konden de con‐centratie en motivatie niet de hele les vasthouden.
(3) Samenwerken in groepjes van 4 is moeilijk; tweetallen is beter.
(6) De simulaties liepen soms vast of deden onverwachte dingen.
Noot. De getallen tussen haakjes geven aan hoe vaak de betreffende ervaring werd genoemd. Ervaringen die minder dan 3 keer en/of door slechts 1 leerkracht per conditie werden genoemd, zijn niet in de tabel opgenomen.
Tijdens de afsluitende focusgroep bijeenkomst hebben de leerkrachten uit elke conditie
gediscussieerd over wat zij de vijf meest belangrijke voor‐ en nadelen van hun lesmethode
vonden. De resultaten zijn te zien in Tabel 3.6 en dienen ter validatie van de hierboven
gepresenteerde synthese uit de logboeken. Door de vele afzeggingen voor deze bijeenkomst
moeten de resultaten echter met enige voorzichtigheid worden geïnterpreteerd.
28
Tabel 3.6
Belangrijkste voor‐ en nadelen van de lesmethode in de drie condities volgens deelnemers aan de
focusgroepbijeenkomst. Conditie
Proefjes met echte
materialen (P‐EM)
Proefjes met
simulaties (P‐S)
Onderzoekend leren
met simulaties (O‐S)
Voordelen
1. De werkbladen bevatten duidelijke opdrachten.
1. Het materiaal was aanwezig; geen zoekwerk.
1. De opdrachten stimuleerden overleg tussen leerlingen.
2. De opdrachten leidden tot kennisontwikkeling.
2. De lessen vergden weinig voorbereiding.
2. De Denken‐Meten‐Weten methode stimuleerde de leerlingen tot oorzaak‐gevolg denken.
3. De proefjes waren leuk en leerzaam, het ‘wetenschap‐pelijke’ kwam goed tot zijn recht.
3. De simulaties waren duidelijk. 3. De leshandleiding was duidelijk.
4. De opdrachten stimuleerden overleg tussen leerlingen.
4. De leshandleiding was duidelijk. 4. De simulaties waren aantrekkelijk en motiverend.
5. Alle toetsen hadden eenzelfde vraag‐antwoord format.
5. De lessen waren motiverend. 5. De simulaties waren eenvoudig en snel te installeren.
Nadelen
1. Het voorwerk was te tijdrovend om door de leerlingen te laten doen. En ook voor de leerkracht.
1. Het project startte in de eerste week van het schooljaar.
1. De werkbladen maakten de systematiek van de Denken‐Meten‐Weten methode onvoldoende duidelijk; ondersteuning door de leerkracht was noodzakelijk.
2. De voortoets was te moeilijk. 2. De toetsen waren (te) lang. 2. De simulaties werden op den duur wat eentonig.
3. Stapsgewijze begeleiding door de leerkracht was noodzakelijk.
3. De werkbladen bevatten te weinig proefjes.
3. De lessen en simulaties waren zo motiverend dat de leerlingen ‘vergaten’ de werkbladen te lezen.
4. Samenwerken met meer dan 2 leerlingen was nodig door gebrek aan materiaal, maar was moeilijk voor de leerlingen.
4. De toetsvragen waren (te) open geformuleerd.
4. De simulaties bevatten geen differentiatiemogelijkheden (slimme leerlingen waren snel klaar).
5. De toetsvragen over onder‐zoeksvaardigheden waren te moeilijk.
5. De simulaties konden niet op elke school via het netwerk worden geïnstalleerd.
5. De voortoets was lang en moeilijk.
Uit de P‐EM conditie was slechts één leerkracht aanwezig; zij heeft met een van de
onderzoekers gesproken over haar ervaringen. De voordelen die door deze leerkracht werden
genoemd geven aan dat de kwaliteit van het lesmateriaal hoog was. De leerlingen konden er
goed mee uit de voeten en leerden op een leuke manier iets nieuws over het onderwerp én
over het doen van onderzoek. De nadelen van deze lesmethode lagen vooral op het terrein van
29
de leerkracht: er ging veel werk zitten in de voorbereiding van en begeleiding tijdens de lessen.
De beschikbaarheid van sommige materialen leidde er bovendien toe dat de leerlingen in
viertallen moesten samenwerken, wat minder goed verloopt dan wanneer in tweetallen wordt
gewerkt. Ook de toetsen werden moeilijk gevonden.
De leerkrachten uit de P‐S conditie waren duidelijk enthousiast. Hun voorbereiding van
de lessen verliep snel en doeltreffend, mede dankzij een duidelijke leshandleiding. De simulaties
waren eenvoudig en motiverend om mee te werken. De genoemde nadelen hadden vooral
betrekking op de eisen en randvoorwaarden van het onderzoeksproject (planning, toetsen).
Daarnaast vonden de leerkrachten het aantal proefjes te beperkt, wat direct aansluit bij het
idee dat door het gebruik van simulaties meer proefjes per les kunnen worden gedaan. Eén
leerkracht had problemen met de installatie van de simulaties via het netwerk. Dit had te maken
met de instellingen van het netwerk, op alle andere scholen, ook uit de O‐S conditie, lukte dit
zonder problemen.
De leerkrachten uit de O‐S conditie waren positief over de Denken‐Meten‐Weten
methode. De eerste twee voordelen uit Tabel 3.6 laten zien dat deze methode de leerlingen
echt uitdaagde om dieper over de lesstof na te denken en verbanden te leggen, bijvoorbeeld
tussen hypotheses en onderzoeksopzet, of tussen de resultaten en de conclusie. Dit soort
uitdagingen krijgen de kinderen te weinig bij andere lessen of lesmethoden. De leerkrachten
konden dit zogenoemde oorzaak‐gevolg denken goed begeleiden, mede dankzij de goede
leshandleidingen. Wat betreft de simulaties werden twee belangrijke voordelen genoemd: zij
waren motiverend voor de leerlingen en eenvoudig te installeren door de leerkrachten.
De simulaties hadden echter ook één nadeel: ze waren zo motiverend dat de leerlingen
er direct mee aan de slag gingen zonder eerst de werkbladen te lezen. Als de leerkracht hen
hiertoe aanzette, bleek dat de systematische manier van onderzoek doen volgens de Denken‐
Meten‐Weten methode onvoldoende duidelijk werd; hierbij moesten de leerkrachten
herhaaldelijk uitleg geven. Volgens twee leerkrachten zou een betere structurering van de
werkbladen uitkomst bieden, de derde leerkracht had goede ervaringen met het geven van een
klassikale demonstratie.
De leerlingen in de O‐S conditie hebben meer, en op een andere manier proefjes moeten
doen. Deze werkwijze had als nadeel dat de leerlingen na verloop van tijd ‘uitgekeken’ raakten
op de relatief eenvoudige simulaties; het zou motiverender zijn als de interface veranderd zou
kunnen worden, bijvoorbeeld door halverwege de les een andere balans of helling te gebruiken.
Een tweede nadeel was dat slimme leerlingen veel eerder klaar waren; in een commerciële
versie van de simulaties zouden differentiatiemogelijkheden moeten worden ingebouwd.
Tijdens de focusgroep bijeenkomst is bovendien gevraagd of de leerkrachten hun eigen
inspanningen in verhouding vonden staan tot de leeropbrengsten van de leerlingen. De
leerkracht uit de P‐EM conditie vond de lessen wel de moeite waard, maar zou het voorwerk
voor de leerlingen (het maken van de proefopstelling) en de leerkrachten (het verzamelen en
klaarzetten van de materialen) wel beperkter willen zien. De leerkrachten uit de P‐S conditie
vonden de voorbereiding en uitvoering van de lessen zeker in verhouding staan tot de
leeropbrengsten. Zij waren zeer positief over de lessen en de weinige voorbereiding waardoor
30
ze de lessen volgend jaar zo weer zouden geven. De leerkrachten uit de O‐S conditie
beantwoordden deze vraag met een volmondig ‘ja’. De leerlingen vonden de lessen over het
algemeen leuk en motiverend en uit de afsluitende kringgesprekken bleek dat ze er ook wat van
hadden opgestoken. De leerkrachten vonden de voorbereiding en uitvoering van de lessen
eenvoudig en gemakkelijk.
31
4.Conclusiesendiscussie
In dit project is onderzocht of simulaties een meerwaarde kunnen hebben bij hands‐on lessen
natuuronderwijs. De centrale vraag was of simulaties, al dan niet gecombineerd met een
didactisch tussenmodel voor onderzoekend leren, de efficiëntie voor de leerkracht en de
effectiviteit voor de leerlingen kunnen vergroten. Deze algemene onderzoeksvraag is
beantwoord aan de hand van de volgende vier deelvragen:
1. Ontwikkelen leerlingen die proefjes doen met een simulatie evenveel vakinhoudelijke
kennis en onderzoeksvaardigheden als leerlingen die proefjes doen met concrete
materialen?
2. Ontwikkelen leerlingen die onderzoekend leren met een simulatie meer vakinhoudelijke
kennis en onderzoeksvaardigheden dan leerlingen die proefjes doen met een simulatie?
3. Hoe beoordelen leerkrachten de efficiëntie van de voorbereiding en begeleiding van de
lessen?
4. Vinden leerkrachten hun inspanningen tijdens de voorbereiding en begeleiding van
lessen onderzoekend leren met simulaties redelijk en in verhouding staan tot de lestijd
en gepercipieerde leeropbrengsten?
In dit afsluitende hoofdstuk worden de belangrijkste resultaten voor elke deelvraag kort
samengevat, en worden conclusies getrokken in het licht van de centrale onderzoeksvraag.
Voor het antwoord op deelvraag 1 is gekeken naar de leerprestaties in de P‐EM en P‐S conditie.
Bij de analyse van de toetsscores uit deze condities werden geen significante interactie‐effecten
zijn gevonden, wat betekent dat de ontwikkeling van vakinhoudelijke kennis en onderzoeksvaar‐
digheden in de P‐EM en P‐S conditie niet verschilde. In beide condities was de vakinhoudelijke
kennis op de natoets groter dan op de voortoets, en bleef het verval op de retentietoets
beperkt tot ongeveer 1 punt. Bij de onderzoeksvaardigheden werd in beide condities een lichte
stijging van de scores van voortoets naar retentietoets gemeten. Tezamen bevestigen deze
resultaten de verwachting dat leerlingen evenveel leren van proefjes met een simulatie als van
proefjes met echte materialen.
Deze conclusie komt overeen met bevindingen uit eerder onderzoek waarin echte
materialen en simulaties zijn vergeleken (o.a., Klahr et al., 2007; Triona & Klahr, 2003; Van Klink
et al., 2010; Zacharias & Olympiou, 2011). In al deze studies deden de leerlingen op uitgebreide
schaal onderzoek en doorliepen daarbij een (vrijwel) volledige empirische cyclus. Voor de
ontwikkeling van zowel vakinhoudelijke kennis als onderzoeksvaardigheden maakte het hierbij
geen verschil of de leerlingen hun onderzoek uitvoerden met echte materialen of een simulatie.
De resultaten van het huidige onderzoek laten zien dat de vergelijkbaarheid van simulaties en
echte materialen ook geldt voor het doen van slechts enkele, door de onderzoekers bedachte
proefjes. Hierdoor kunnen tevens kritische kanttekeningen geplaatst worden bij de conclusie
van Scalise et al. (2010), die vonden dat leerlingen vooral iets leren van simulaties als zij er
32
veelvuldig mee kunnen experimenteren. De huidige resultaten laten echter zien dat leerlingen
ook iets leren door het doen van slechts een paar proefjes, en dat het gebruik van simulaties of
echte materialen hierbij geen verschil maakt.
Voor de beantwoording van deelvraag 2 zijn de leerprestaties van leerlingen uit de P‐S en O‐S
conditie vergeleken. De verwachting was dat wanneer simulaties worden gecombineerd met
een didactisch tussenmodel voor onderzoekend leren (de Denken‐Meten‐Weten methode), de
leerresultaten beter zullen zijn dan wanneer simulaties worden gebruikt voor het doen van
eenvoudige proefjes. Dit bleek echter niet het geval te zijn: de toename van vakinhoudelijke
kennis en onderzoeksvaardigheden in de P‐S en O‐S conditie was vergelijkbaar. Voor wat betreft
de vakinhoudelijke kennis zou dit deels te verklaren zijn vanuit de algemene lesopzet: tijdens
het klassikale nagesprek hadden de leerkrachten uit de P‐S conditie de gelegenheid om uit te
leggen wat er in de proefjes gebeurde. Het nagesprek fungeerde zodoende als ‘vangnet’ om er
zeker van te zijn dat de leerlingen alle kennis uit de betreffende les aangeboden kregen.
Wellicht dat hierdoor de natoetsscores vergelijkbaar waren.
De vergelijkbare scores voor onderzoeksvaardigheden zijn enigszins verrassend omdat
de leerlingen uit de O‐S conditie vaker en vollediger hebben geëxperimenteerd dan de P‐S
leerlingen. Desondanks werd ook in de O‐S conditie maar een geringe stijging van de
toetsscores gevonden. Dit zou kunnen betekenen dat de duur van de lessenserie te kort was om
meer of betere onderzoeksvaardigheden te ontwikkelen. In vergelijkbare studies waren
leerlingen gedurende 8 tot 20 lessen met hun onderzoek bezig (o.a., Keselman, 2003; Kuhn &
Dean, 2005) of kregen zij gerichte instructie of aanwijzingen om hun onderzoeksvaardigheden te
verbeteren (o.a., Klahr & Nigam, 2004). Met een uitbreiding van het aantal lessen of door
toevoeging van explicietere uitleg zouden de O‐S leerlingen uit het huidige project wellicht
beter hebben gepresteerd dan de P‐S leerlingen.
Uit de reacties van de leerkrachten blijkt dat het geven van extra ondersteuning
inderdaad noodzakelijk is. Hoewel de Denken‐Meten‐Weten methode de leerlingen stimuleerde
om op een systematische manier onderzoek te doen, hadden veel leerlingen moeite met deze
nieuwe werkwijze. Sommige leerkrachten hebben hierop geanticipeerd, bijvoorbeeld door extra
hulp te bieden, uitleg te geven, of van tevoren één experiment klassikaal te doen. Daarnaast
werd het herhaaldelijk uitvoeren van ogenschijnlijk dezelfde proefjes door sommige leerlingen
saai gevonden. Door deze ‘aanloopproblemen’ heeft de Denken‐Meten‐Weten methode
wellicht niet tot de verwachte, grotere toename van onderzoeksvaardigheden geleid. Het zou
interessant zijn om te onderzoeken hoe leerlingen (beter) kunnen worden voorbereid op en
begeleid bij het meermaals doorlopen van een volledige onderzoekscyclus, en of deze
maatregelen ertoe leiden dat leerlingen met de Denken‐Meten‐Weten methode betere
onderzoeksvaardigheden ontwikkelen dan door het doen van enkele proefjes.
Een alternatieve verklaring voor de vergelijkbare onderzoeksvaardigheden is de aard van
de toetsvragen. Bij de constructie van de toetsen is er bewust voor gekozen om leerlingen hun
(opgedane) onderzoeksvaardigheden te laten toepassen in de context van een eenvoudige,
bekende taak (vliegtuigjes vouwen). De fouten die zij hierbij hebben gemaakt kunnen deels het
gevolg zijn van het ontbreken van kennis over het doen van onderzoek, en deels van het
33
verkeerd toepassen van aanwezige, ‘correcte’ kennis. In het eerste geval weet een leerling
bijvoorbeeld niet hoe je de resultaten van 3 proefjes moet vergelijken; in het tweede geval
heeft de leerling deze kennis wel, maar past hij/zij deze kennis op een verkeerde manier toe bij
het beantwoorden van de vraag. Een toets waarin leerlingen in eigen woorden kunnen
beschrijven wat ze weten over de drie centrale vaardigheden bij het doen van onderzoek, zou
misschien een beter beeld geven van de onderzoeksvaardigheden die tijdens de lessen zijn
ontwikkeld. Voor een grootschalig onderzoek is deze methode echter minder geschikt omdat
een dergelijke toets het best mondeling kan worden afgenomen (leerlingen uit groep 6 en 7 hun
gedachten laten opschrijven leidt tot een onvolledig en weinig valide beeld van ze daadwerkelijk
weten). Met de 459 leerlingen uit dit onderzoek was zo’n mondelinge afname praktisch niet
haalbaar. In vervolgonderzoek zou bij een kleinere groep leerlingen kunnen worden onderzocht
of een mondelinge afname van de huidige toets tot vergelijkbare resultaten leidt, danwel of de
hierboven beschreven alternatieve toets een beter beeld geeft van de aanwezige onderzoeks‐
vaardigheden.
Bij deelvraag 3 is gekeken naar de mening van de leerkrachten over de efficiëntie van de
voorbereiding en begeleiding van de lessen. De verwachte meerwaarde van simulaties bij het
voorbereiden van de lessen werd duidelijk bevestigd door de resultaten. Leerkrachten uit de
beide simulatie condities waren zeer tevreden over de snelle en eenvoudige manier waarop de
simulaties gebruiksklaar konden worden gemaakt. Hun collega’s uit de P‐EM conditie hadden
aanzienlijk meer tijd nodig voor de lesvoorbereiding, wat voornamelijk veroorzaakt werd door
het verzamelen en prepareren van de benodigde materialen. Hoewel sommige leerkrachten het
materiaal relatief snel konden vinden, gaf het merendeel van de P‐EM leerkrachten aan dat dit
veel tijd en moeite kostte. Zodoende kan geconcludeerd worden dat simulaties de efficiëntie
van de lesvoorbereiding vergroten en vooral tijdwinst opleveren bij proefjes waarvoor de
materialen niet direct voorhanden zijn of moeten worden voorbewerkt.
Uit de vergelijking tussen de P‐EM en P‐S conditie blijkt dat het gebruik van simulaties
geen invloed had op de tijd voor de didactische voorbereiding van de lessen. Dit werd van
tevoren ook niet verwacht, en onderstreept nogmaals de meerwaarde van simulaties tijdens de
lesvoorbereiding: de tijdwinst bij het verzamelen van materialen wordt niet teniet gedaan door
een langere didactische voorbereiding. Opvallend was wel dat de didactische voorbereiding in
de O‐S conditie evenveel tijd kostte als in de P‐S conditie. De didactische aanpak van de lessen
in deze condities was wél verschillend en de O‐S leerkrachten waren niet vertrouwd met de
Denken‐Meten‐Weten methode. De vergelijkbare voorbereidingstijd suggereert echter dat deze
didactiek dermate helder was beschreven in de leshandleidingen en werkbladen dat het de
leerkrachten geen extra tijd heeft gekost om de lessen voor te bereiden. De vele positieve
opmerkingen over de leshandleiding bevestigen dit beeld. De Denken‐Meten‐Weten methode
lijkt hierdoor een didactisch tussenmodel dat door leerkrachten relatief eenvoudig kan worden
gebruikt.
Deze conclusie wordt ten dele ondersteund door de ervaringen tijdens de lesuitvoering.
Geen van de leerkrachten uit de O‐S conditie rapporteerde moeilijkheden of negatieve
ervaringen met de toepassing van de Denken‐Meten‐Weten methode. In de P‐S conditie
34
verliepen de lessen eveneens vrij soepel, terwijl sommige leerkrachten uit de P‐EM conditie
letterlijk handen tekort kwamen om de proefjes te begeleiden. Dit heeft waarschijnlijk
bijgedragen aan de langere lesduur, wat nogmaals aangeeft dat simulaties de efficiëntie van
praktische lessen natuuronderwijs kan vergroten. Opvallend is wel dat de lestijd in O‐S conditie
niet verschilde van de P‐S conditie: de leerlingen uit de O‐S conditie moesten immers veel meer
proefjes doen. Het kan zijn dat de klassikale nagesprekken hierdoor sneller verliepen, maar
andere, minder positieve verklaringen zijn ook denkbaar. Veel O‐S leerkrachten meldden
namelijk dat de werkbladen moeilijk waren voor de leerlingen en dat hun motivatie afnam
doordat ze veel soortgelijke proefjes moesten doen. Wellicht heeft dit er toe geleid dat de
leerlingen een deel van het werk hebben ‘afgeraffeld’, wat een verklaring zou kunnen zijn voor
het feit dat de leerprestaties in de O‐S conditie niet beter waren dan in de P‐S conditie. In
vervolgonderzoek zou de vormgeving van de werkbladen kritisch moeten worden bekeken, en
zouden manieren moeten worden onderzocht om de motivatie van de leerlingen langer vast te
houden.
Samenvattend kan geconcludeerd worden dat de leerkrachten enthousiast waren over
het gebruik van simulaties. De simulaties maakten het mogelijk om in relatief korte tijd een
praktische les natuuronderwijs voor te bereiden en te geven, en bieden hierdoor goede
mogelijkheden om leerlingen vaker zelf een onderzoekje te laten doen. De Denken‐Meten‐
Weten methode werd eveneens waardevol gevonden omdat het de leerlingen stimuleerde om
goed over de lesstof na te denken. Ondanks de eerder genoemde kritische kanttekeningen biedt
dit didactisch tussenmodel in elk geval vanuit het perspectief van de leerkrachten goede
mogelijkheden om leerlingen kennis te laten maken met een breed scala aan onderzoeks‐
vaardigheden.
Het antwoord op deelvraag 4 werd gegeven tijdens de focusgroep bijeenkomst. Omdat relatief
weinig leerkrachten aan deze bijeenkomst hebben deelgenomen, moeten de resultaten met
enige voorzichtigheid worden geïnterpreteerd. Desondanks bevestigen de reacties van de
aanwezige leerkrachten het algemene beeld dat uit de vorige deelvragen naar voren komt. De
P‐EM leerkracht was enigszins sceptisch: de lessen waren de moeite waard, maar het
verzamelen en prepareren van de materialen zouden minder tijd moeten kosten. De
leerkrachten uit de beide simulatie condities waren unaniem van mening dat hun eigen
inspanningen relatief laag waren, en de leeropbrengst voor de leerlingen relatief hoog. Met
enige voorzichtigheid zou hieruit geconcludeerd kunnen worden dat simulaties en de Denken‐
Meten‐Weten methode door leerkrachten worden gezien als een efficiënte manier om
leerlingen zelf onderzoek te laten doen en hierdoor iets te leren over de materialen of
verschijnselen die zij onderzoeken.
Het blijft echter de vraag of leerkrachten dezelfde mening zouden hebben wanneer zij
wisten hoe goed de leerlingen hadden gepresteerd op de natoetsen. Voor hun eigen
inspanningen maakt dit uiteraard geen verschil, maar de mening over de leeropbrengsten zou
kunnen veranderen wanneer de leerkrachten naast hun eigen indrukken ook zicht hadden op de
toetsscores. In dit project was het helaas niet mogelijk om alle toetsen na te kijken voordat de
focusgroep bijeenkomst werd gehouden; vandaar dat naar de gepercipieerde leeropbrengsten
35
is gevraagd. Daar staat tegenover dat toetsscores alleen iets zeggen over de cognitieve
leeropbrengsten: zaken als motivatie tijdens de lessen, geconcentreerd samenwerken en een
positieve houding ten opzichte van natuur‐ en techniekonderwijs behoren eveneens tot de
leerresultaten, en hier hadden de leerkrachten wél zicht op. Bovendien hebben zij tijdens de
lessen en de nagesprekken ongetwijfeld een indruk gekregen van de kennis die de leerlingen
hebben opgedaan. Het lijkt daarom aannemelijk dat de bovenstaande conclusie ook geldt voor
de relatie tussen leerkracht‐inspanning en feitelijke leeropbrengsten, maar of deze
veronderstelling klopt zal in vervolgonderzoek moeten worden aangetoond.
Het is eveneens de vraag of leerkrachten dezelfde mening zouden hebben wanneer zij
niet één, maar alle drie de lesmethodes hadden gebruikt. In dat geval was een preciezere
vergelijking tussen de methodes mogelijk geweest. Praktisch gezien was het echter niet mogelijk
om de leerkrachten per les een andere methode te laten proberen, niet in de laatste plaats
omdat dit de meting van de leerresultaten bij de leerlingen onmogelijk had gemaakt.
De centrale vraag van dit project was of simulaties, al dan niet gecombineerd met een
didactisch tussenmodel voor onderzoekend leren, de efficiëntie voor de leerkracht en de
effectiviteit voor de leerlingen kunnen vergroten. Het antwoord op deze vraag is overwegend
positief. Simulaties maken het voor leerkrachten eenvoudiger om leerlingen in korte tijd enkele
proefjes te laten doen. Omdat leerlingen evenveel leren van deze proefjes als wanneer zij met
echte materialen aan de slag gaan, bieden ‘proefjes met simulaties’ goede mogelijkheden om
leerlingen vaker op een actieve manier met onderzoek bezig te laten zijn. Daarnaast werd het
didactisch tussenmodel voor onderzoekend leren positief beoordeeld door de leerkrachten. In
tegenstelling tot het volledige zevenstappen model van van Graft en Kemmers (2007) kon dit
model in relatief weinig tijd worden doorlopen, waardoor leerlingen meermaals een volledige
onderzoekscyclus hebben uitgevoerd. Hoewel dit volgens de toetsscores niet heeft geleid tot
meer vakinhoudelijke kennis en onderzoeksvaardigheden, zullen zij wellicht een beter beeld
hebben gekregen van wat ‘onderzoek doen’ inhoudt. De opmerking van de O‐S leerkrachten dat
hun leerlingen “echt werden uitgedaagd om over de proefjes na te denken” is wat dat betreft
illustratief.
Deze laatste conclusie onderstreept het belang van een goede didactiek voor het leren van
onderzoeksvaardigheden. De (verdere) ontwikkeling van deze didactiek zou gekoppeld kunnen
worden aan het opzetten van een leerlijn voor de bovenbouw van het primair onderwijs, met
referentieniveaus voor de groepen 6 tot en met 8. Voor de vakinhoudelijke kennis is door de
SLO een voorbeeldleerlijn ontwikkeld (zie http://tule.slo.nl); een soortgelijk voorbeeld voor
onderzoeksvaardigheden ontbreekt echter nog. De resultaten uit het huidige onderzoek bieden
enkele goede aanknopingspunten voor het ontwerpen van een dergelijke leerlijn. Zo zou de
werkwijze uit de ‘proefjes met simulaties’ conditie gebruikt kunnen worden om leerlingen uit
groep 6 veelvuldig een klein onderzoekje te laten doen; het gebruik van simulaties zorgt ervoor
dat de leerkrachten deze proefjes binnen de beschikbare tijd kunnen organiseren en laten
uitvoeren. In groep 7 kunnen de proefjes met simulaties geleidelijk vervangen worden door
‘onderzoekend leren met simulaties’ waardoor leerlingen de gelegenheid krijgen de nog
36
ontbrekende onderzoeksvaardigheden te ontwikkelen. Leerlingen uit groep 8 tenslotte zouden
aan het eind van het schooljaar in staat moeten zijn om zelfstandig een volledige
onderzoekscyclus te doorlopen.
37
5.Referentielijst
Appleton, K. (2008). Developing science pedagogical content knowledge through mentoring
elementary teachers. Journal of Science Teacher Education, 19, 523‐545.
Beishuizen, J., Wilhelm, P., & Schimmel, M. (2004). Computer‐supported inquiry learning:
Effects of training and practice. Computers & Education, 42, 389‐402.
Chinn, C. A., & Malhotra, B. A. (2002a). Children’s responses to anomalous scientific data: How
is conceptual change impeded? Journal of Educational Psychology, 94, 327‐343.
Chinn, C. A., & Malhotra, B. A. (2002b). Epistemologically authentic inquiry in schools: A
theoretical framework for evaluating inquiry tasks. Science Education, 86, 175‐218.
van Eijck, T., & van den Berg, E. (2009). Het effect van nascholingen onderzoekend en
ontwerpend leren op de lespraktijk van leraren in het primair onderwijs – een nulmeting.
In H. van Keulen en J. Walma van der Molen (Eds.), Onderzoek naar wetenschap en
techniek in het Nederlands basisonderwijs (pp. 67‐76). Den Haag: Stichting Platform Bèta
Techniek.
van Eijck, T., & van den Berg, E. (2010). Resultaten nascholing van leraren. In Expertisecentrum
Wetenschap en Techniek Noord‐Holland Flevoland (Eds.), Stuiteren en spiegelen.
Wetenschap en techniek op pabo’s en basisscholen (pp. 32‐45). Amsterdam:
Expertisecentrum Wetenschap en Techniek.
Flick, L. B. (1993). The meanings of hands‐on science. Journal of Science Teacher Education, 4, 1‐
8.
Gauw, M. (2011). Ontwerp, ontwikkeling en evaluatie van lesmateriaal voor onderzoeken leren
in het basisonderwijs. Ongepubliceerde Masterthese, Universiteit Twente, Enschede.
van Graft, M., & Kemmers, P. (2007). Onderzoekend en ontwerpend leren bij natuur en techniek.
Den Haag: Stichting Platform Bèta Techniek.
de Haan, D., & Kuiper, E. (2008). Leerkracht in beeld. Assen: Van Gorcum.
Hallerberg, J. (2010). Peer or adult collaboration? What works best to enhance evidence
evaluation skills? Ongepubliceerde Bachelorthese, Universiteit Twente, Enschede.
de Jong, T. (2006). Computer simulations: Technological advancements in inquiry learning.
Science, 312, 532‐533.
van Joolingen, W. R., de Jong, T., Lazonder, A. W., Savelsbergh, E., & Manlove, S. (2005). Co‐Lab:
Research and development of an on‐line learning environment for collaborative
scientific discovery learning. Computers in Human Behavior, 21, 671‐688.
Keselman, A. (2003). Supporting inquiry learning by promoting normative understanding of
multivariable causality. Journal of Research in Science Teaching, 40, 898‐921
Klahr D., & Li, J. (2005). Cognitive research and elementary science instruction: From the
laboratory, to the classroom, and back. Journal of Science Education and Technology, 14,
217‐238.
Klahr, D., & Nigam, M. (2004). The equivalence of learning paths in early science instruction:
Effects of direct instruction and discovery learning. Psychological Science, 15, 661‐667.
38
Klahr, D., Triona, L. M., & Williams, C. (2007) “Hands on what? The relative effectiveness of
physical versus virtual materials in an engineering design project by middle school
children. Journal of Research in Science Teaching, 44, 183‐203.
van Klink, M., Wilhelm, P., & Lazonder, A. W. (2010). Met je blote handen of met de muis?
Didactief, 40(5), 23‐24.
Kuhn, D., & Dean, D. (2005). Is developing scientific thinking all about learning to control
variables? Psychological Science, 16, 866‐870.
Lazonder, A. W. (in druk). Inquiry learning. In M. Spector, M. D. Merrill, J. Elen & M. J. Bishop
(Eds.), Handbook of research on educational communications and technology. New York:
Springer.
Lazonder, A. W., Hagemans, M. G., & de Jong, T. (2010). Offering and discovering domain
information in simulation‐based inquiry learning. Learning and Instruction,20, 511‐520.
Lazonder, A. W., & Kamp, E. (ingediend). All at once or bit by bit? Splitting up the inquiry
question to promote children’s scientific reasoning. Manuscript ingediend voor
publicatie.
Lazonder, A. W., Wilhelm, P., & Hagemans, M. G. (2008). The influence of domain knowledge on
strategy use during simulation‐based inquiry learning. Learning and Instruction, 18, 580‐
592
Lazonder, A. W., Wilhelm, P., & Van Lieburg, E. (2009). Unraveling the influence of domain
knowledge during simulation‐based inquiry learning. Instructional Science, 37, 437‐451.
Ministerie van OC&W (2006). Kerndoelen primair onderwijs. Den Haag: Deltahage
Minner, D. D., Levy, A. J., & Century, J. (2010). Inquiry‐based science instruction—what is it and
does it matter? Results from a research synthesis years 1984 to 2002. Journal of
Research in Science Teaching, 47, 474‐496.
Meelissen, M., & Drent, M. (2008). TIMSS‐2007 Nederland. Trends in leerprestaties in exacte
vakken in het basisonderwijs. Enschede: Universiteit Twente.
National Science Foundation (2000). Foundations: Inquiry – Thoughts, views, and strategies for
the K‐5 classroom. Arlington: NSF.
Penner, D. E., & Klahr, D. (1996). The interaction of domain‐specific knowledge and domain‐
general discovery strategies: A study with sinking objects. Child Development, 67, 2709‐
2727.
Scalise, K., Timms, M., Moorjani, A., Clark, L., Holtermann, K., & Irvin, P. S. (2011). Student
learning in science simulations: Design features that promote learning gains. Journal of
Research in Science Teaching, 48, 1050‐1078.
Siegler, R. S., & Chen, Z. (2002). Development of rules and strategies: balancing the old and the
new. Journal of Experimental Child Psychology, 81, 446‐457.
Sijtsma, K. (2009). Over misverstanden rond Cronbachs alfa en de wenselijkheid van
alternatieven. De Psycholoog, november, 561‐567.
Thijssen, J., van der Schoot, F., Verhelst, N., & Hemker, B. (2004). Balans van het natuurkunde‐
en techniekonderwijs aan het einde van de basisschool 3: Uitkomsten van de derde
peiling in 2002 (PPON‐reeks, deel 26). Arnhem: Citogroep.
39
Triona, L. M., & Klahr, D. (2003). Point and click or grab and heft: Comparing the influence of
physical and virtual instructional materials on elementary school students’ ability to
design experiments. Cognition and Instruction, 21, 149‐173.
de Vaan, E., & Marell, J. (2006). Praktische didactiek voor natuuronderwijs. Bussum: Coutinho.
Veenman, M. V. J., Wilhelm, P., & Beishuizen, J. J. (2004). The relation between intellectual and
metacognitive skills from a developmental perspective. Learning and Instruction, 14, 89‐
109.
VTB‐Pro (2008). Uitwerking van het theoretisch kader voor de professionalisering van
leerkrachten op het gebied van wetenschap en techniek. Verkregen op 7 oktober 2010
van http://www.vtbpro.nl/docs/VTB‐Pro/Theoretisch%20Kader%20VTB‐Pro.doc.pdf
VTB‐Pro (2011). Over programma VTB. Verkregen op 10 mei 2011 van
http://www.vtbprogramma.nl
White, B. Y., Shimoda, T. A., & Frederiksen, J. R. (1999). Enabling students to construct theories
of collaborative inquiry and reflective learning: Computer support for metacognitive
development. International Journal of Artificial Intelligence in Education, 10, 151‐182
Zacharia, Z. C., & Olympiou, G. (2011).Physical versus virtual manipulative experimentation in
physics learning. Learning and Instruction, 21, 317‐331.
Zimmerman, C. (2007). The development of scientific thinking skills in elementary and middle
school. Developmental Review, 27, 172‐223.
Top Related