W42 Biologie aan de kapstok De grote lijn in alle kleine details • Frank van Wielink – docent biologie Pax Christi College • Horst Wolter – onderwijsontwikkelaar EducatorEI EducatorEI 1/54 Intro: zes lijnen van de biologie Lijn 1: Het ‘worden’ Lijn 2: Waarnemen en (re)actie Lijn 3: ademhaling Lijn 4: voeding en vertering Lijn 5: intern transport Lijn 6: kringlopen in het externe milieu 2/54 EducatorEI Bron: Rob van Woerkom (Notre Dame des Anges), zes lijnen van de biologie. • • • • Onderbouwing/theorie Uitwerking op het Pax Christi College Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? Uw eigen kapstok maken Onderbouwing / theorie EducatorEI (wij) (u) (wij) (u) 3/54 Kennisnetwerk van beginners en experts Toepassingssituatie roept ‘automatisch’ een sterk samenhangend netwerk van bruikbare kennis op conditionalisering van kennis. EducatorEI Bron: J.D. Bransford et al (2000). “How People Learn.” 4/54 De zwevende piramide 5/54 EducatorEI Bron: M. Kamp en M. Vogelezang (2014). “De zwevende piramide”. Tijdschrift voor lerarenopleiders, 35 (3) Stelling • Als de voorkennis goed georganiseerd (gestructureerd) is stimuleert dit het verdere leerproces. Onderwijskundig Leren: + ++ -Onthouden -Begrijpen -Toepassen -Etc. Betekenisvolle kennis onderzoek: Maar wacht! Ausubel, 1960, 1978; The use of advance organizers … Novak, 2006/2008; the Er is meer! theory underlying Voorkennis Georganiseerde kennis conceptmaps Bransford, 2000; how people learn Scott, 2011; Pedagogical link-making 6/54 EducatorEI Stelling • Als de voorkennis goed georganiseerd (gestructureerd) is stimuleert dit het verdere leerproces. • Nieuw! Neurologische evidentie! 7/54 EducatorEI Schema’s en leren • Schema= je voorkennis, gestructureerd in je lange termijngeheugen • Uit de neurowetenschap: Geheugenconsolidatie 8/54 EducatorEI Figuur: Bruce Jenks, NLT-module Hersenen en Leren Schema’s en leren Waarom onthouden we schema-gerelateerde informatie beter? Onderzoek van Marlieke van Kesteren (2013): eerste neurowetenschappelijke aanwijzingen: • Nieuwe informatie passend in schema: mediale prefrontale cortex actief • Totaal nieuwe informatie: parahippocampus actief • Speculatie: • In het schema passende informatie wordt direct aan je schema gekoppeld (meer semantisch) • Nieuwe informatie wordt als aparte herinnering opgeslagen (meer episodisch) • Bovendien: meer activiteit in mediale prefrontale cortex betere studieresultaten in volgende studiejaar EducatorEI Bron: proefschrift M. Van Kesteren (2013). “Schemas in the brain: Influences of prior knowledge on learning, memory, and education.” 9/54 Schema’s en leren – speculatie (kort door de bocht) Volledig nieuwe informatie Informatie passend in bestaand schema 10/54 EducatorEI Figuur: Bruce Jenks, NLT-module Hersenen en Leren Stelling • Als de voorkennis goed georganiseerd (gestructureerd) is stimuleert dit het verdere leerproces. • Maar…hoe structureer je de voorkennis? • Advance Organizer 11/54 EducatorEI Advance Organizer = structuur die voorkennis verbindt met nieuwe kennis Twee typen: Comparing / vergelijkend • Analogiën • Metaforen • Bijvoorbeeld: genen als recept Expository / tentoonstellend • Wordt door een expert uitgewerkt. • Geeft overzicht van inhoud van nieuw te leren stof én • Geeft structuur van nieuw te leren stof. • Is abstract/overkoepelend. 12/54 EducatorEI Bron: https://en.wikipedia.org/wiki/David_Ausubel (06-01-2017) Kanttekening AO stammen uit de jaren 60. Waarom Erg onduidelijk wat zijn ze niet heel een AO precies is. De algemeen? instructies van de ‘uitvinder’ zijn erg Door vage instructies vaag. geven studies tegenstrijdige Hoewel… resultaten …de laatste metastudies positief zijn. EducatorEI Bron: Corkill A.J.; 1992; Advance organizers, facilitators of recall; Educational Psychology Review 4(1), 33-67 13/54 De zwevende piramide (II) De biologische kapstok doel De vraag eronder: kunnen wij een relevant en nuttig schema in het langetermijngeheugen van de leerlingen krijgen? EducatorEI Bron: M. Kamp en M. Vogelezang (2014). “De zwevende piramide”. Tijdschrift voor lerarenopleiders, 35 (3) 14/54 AO in het eindexamenprogramma • Systeemmatrix op basis waarvan de examenprogramma’s zijn geschreven • Organisatieniveaus vs systeemconcepten • Systeemconcepten: • • • • • • Biologische eenheid Zelfregulatie Zelforganisatie Interactie Reproductie Evolutie • NB erg docentgericht (terminologie) EducatorEI Bron: Syllabus centraal examen biologie VWO 2016 (CvE). 15/54 • • • • Onderbouwing/theorie Uitwerking op het Pax Christi College Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? Uw eigen kapstok maken Uitwerking op het Pax Christi College EducatorEI (wij) (u) (wij) (u) 16/54 Kernconcepten • Onderstaande kernbegrippen worden geïntroduceerd in het opstartblok (start H4 en V4). • NB dit is natuurlijk een discutabele keuze, maar het is degene die wij gemaakt hebben. • Maar dit is niet genoeg (wel een kapstok, niks om op te hangen) • Op school bleken al veel advance organizers aanwezig op thema-niveau. • Daar gaan we eerst eens naar kijken (eindelijk aan de slag) EducatorEI 17/54 Opdracht (I) • U krijgt ieder een opdracht die past bij een van de advance organizers uit het lesmateriaal van het Pax Christi College. • Voer de opdracht uit (10 minuten). • Nabespreking: alle antwoorden komen in beeld. 18/54 EducatorEI Kernbegrippen in een konijn • • • • • Weersomstandigheden Homeostase Interactie Metabolisme Erfelijkheid Evolutie vechten? zien horen Opgegeten worden O2 CO2 Temperatuur Bloeddruk Vochtgehalte Verbranding Eiwitsynthese Paren? voedsel Opeten water DNA wegrennen poep urine Seksuele voortplanting 19/54 EducatorEI Na x (heel veel) generaties • NB zeer vergelijkbaar met de systeemmatrix uit de havo-en vwoexamenprogramma’s. • Wel andere termen gekozen (meer leerlinggericht) • Ingevuld tot en met opstartblok 20/54 EducatorEI evolutie oorspronkelijk ontwikkeld door … moderne variant van de evolutietheorie wordt genoemd richting waarin evolutie plaats vindt afhankelijk van werkt op het niveau van … omgevingsfactoren zijn veranderingen in mutaties bepalen … zorgen voor selectie codeert voor … zorgen voor verschillende eigenschappen van cellen bij voortplanting leidt ertoe dat bepaalde … krijgen meer nakomelingen dan andere daardoor ontstaan na verloop van tijd (genetische) isolatie … (veranderde) … bepalen EducatorEI … door de natuur bepaald bestaan uit … in allerlei (genetische) variaties door mensen bepaald (veredeling) ontstaan alleen bij Nieuwe … gemeenschappelijke voorouder ontstaan uit verwantschap terug te zien in (fylogenetische) stamboom Roman Schaeken/Frank van Wielink, Pax Christi College 21/54 evolutie oorspronkelijk ontwikkeld door richting waarin evolutie plaats vindt afhankelijk van werkt op het niveau van Omgevingsfactoren kunnen veroorzaken Charles Darwin populaties moderne variant van de evolutietheorie wordt genoemd ingevuld zijn veranderingen in mutaties bepalen DNA zorgen voor selectie neodarwinisme zorgen voor bepaalde varianten krijgen meer nakomelingen dan andere allopatrische soortvorming daardoor ontstaan na verloop van tijd Op dezelfde plek Geografisch geìsoleerd leidt ertoe dat verschillende eigenschappen van cellen bij voortplanting sympatrische soortvorming (genetische) isolatie EducatorEI Natuurlijke selectie (veranderde) eiwitten bepalen Individuen in allerlei (genetische) variaties Kunstmatige selectie door de natuur bepaald bestaan uit codeert voor door mensen bepaald (veredeling) ontstaan alleen bij Nieuwe soorten Gemeenschappelijke voorouder ontstaan uit verwantschap terug te zien in (fylogenetische) stamboom Roman Schaeken/Frank van Wielink, Pax Christi College 22/54 genoom replicatie DNA genregulatie transcriptie transcriptoom RNA translatie proteoom eiwit metaboloom EducatorEI Eigenschappen van cellen splicing processing/ posttranslationele modificaties 23/54 levensloop (mitose) (diploïd = 2n) * † (meiose) (bevruchting) levenscyclus (haploïd = n) 24/54 EducatorEI 25/54 EducatorEI Energievoorziening • Om dingen op te bouwen heb je energie nodig. Waar komt die vandaan? • Dieren: eten • andere dingen (organismen) afbreken (levert energie). Heterotroof • Planten: zonlicht • fotosynthese Autotroof EducatorEI “voeden met anderen” “zichzelf voeden” 26/54 Hoe zijn de verschillen te verklaren op celniveau? In een plantaardige cel: Overdag: als te weinig CO2 in cel dan opname ‘s Nachts: altijd CO2afgifte CO2 en H2O Energie uit zonlicht Overdag: als meer O2 gevormd dan gebruikt dan afgifte fotosynthese C6H12O6 en O2 Overig (mineralen) Aërobe dissimilatie ATP ‘s nachts: altijd O2-opname Voortgezette assimilatie: Eiwitten koolhydraten vetten Energie in vorm van warmte Autotroof “zichzelf voeden” © Micha Ummels (module “eiwitten op je bordje”) 27/54 Hoe zijn de verschillen te verklaren op celniveau? In een dierlijke cel: Dag en nacht: CO2 -afgifte voeding CO2 en H2O C6H12O6 en O2 Dag en nacht: O2-opname Overig (mineralen) Aerobe dissimilatie ATP Voortgezette assimilatie: Eiwitten koolhydraten vetten Energie in vorm van warmte Heterotroof “voeden met anderen” © Micha Ummels (module “eiwitten op je bordje”) 28/54 BINAS 68, 69 (VWO) • assimilatie = opbouw; kost energie • C-assimilatie (fotosynthese): energie 6CO2 + 6 H2O koolstofdioxide + water (+ zonlicht) C6H12O6 + 6O2 glucose + zuurstof • Voortgezette assimilatie: alle opbouwprocessen behalve C-assimilatie • dissimilatie uit zonlicht: fotosynthese = afbraak; levert energie uit chemische reacties: chemosynthese • Aerobe dissimilatie: 38ADP + 38 Pi 38 ATP C6H12O6 + 6O2 glucose + zuurstof 6CO2 + 6 H2O koolstofdioxide + water (+ energie) • Anaerobe dissimilatie (gisting): 2ADP + 2Pi 2ATP C6H12O6 (glucose) C6H12O6 (glucose) EducatorEI 2C3H6O3 (melkzuur) (melkzuurgisting) 2C2H6O (alcohol) + 2CO2 (alcoholgisting) 29/54 Extern milieu Intern milieu osmose, diffusie act. transport gaswisseling Intracellulair milieu* filtratie, resorptie resorptie ultrafiltratie, terugresorptie 30/54 EducatorEI © 10voorbiologie Afbeelding: http://www.10voorbiologie.nl/index.php?cat=9&id=1488 INPUT OUTPUT prikkels reactie receptor zintuig: ontvangt input EducatorEI Black box conductor hormoonstelsel, zenuwstelsel of combinatie van beide: signaalverwerking effector spier of klier: verzorgt output Bron: project “regeling door hormonen”, M.Ummels, M.Jansen; H.Wolter; F. van Wielink 31/54 Uit de gedragsleer INPUT Black box OUTPUT Input: signaal uit de omgeving Black box: verwerking in het organisme Output: reactie Klassieke gedragsleer bekijkt alleen prikkels en gedragingen, niet de verwerking van prikkels in het lichaam EducatorEI 32/54 Reageren op je omgeving In de black box receptor conductor effector •Receptor • =ontvanger • zintuig • ontvangt de input EducatorEI 33/54 Bron: project “regeling door hormonen”, M.Ummels, M.Jansen; H.Wolter; F. van Wielink In de black box receptor conductor effector Conductor =geleider Zenuwstelsel en/of hormoonstelsel geeft het signaal door en verwerkt het EducatorEI Bron: project “regeling door hormonen”, M.Ummels, M.Jansen; H.Wolter; F. van Wielink 34/54 In de black box receptor conductor effector Effector =uitvoerder spier of klier Zorgt voor de output EducatorEI Bron: project “regeling door hormonen”, M.Ummels, M.Jansen; H.Wolter; F. van Wielink 35/54 Receptor, conductor en effector in een homeostatisch regelmechanisme conductor receptor conductor receptor effector effector Negatieve feedback norm receptor effector EducatorEI effector conductor Bron: project “regeling door hormonen”, M. Ummels, M. Jansen; H. Wolter; F. van Wielink 36/54 Bloedsuikerspiegel: glucagon en insuline conductor: insuline ↑, glucagon↓ receptor conductor: insuline ↑, glucagon↓ effector Receptoren in eilandjes van Langerhans (β -cellen): Bloedsuiker is hoog BINAS tabel 89A! receptor Lever en spieren: opname glucose en omzetting in glycogeen effector Receptoren in eilandjes van Langerhans (β -cellen): bloedsuiker is hoog Lever en spieren: opname glucose en omzetting in glycogeen norm: Bloedsuikerspiegel Lever en spieren: glycogeen omgezet in glucose en afgifte aan bloed effector Receptoren in eilandjes van Langerhans (α -cellen): bloedsuiker is laag receptor Lever en spieren: glycogeen omgezet in glucose en afgifte aan bloed effector conductor: glucagon ↑, insuline ↓ EducatorEI Bron: project “regeling door hormonen”, M. Ummels, M. Jansen; H. Wolter; F. van Wielink 37/54 BINAS tabel 89A! Bloed calciumgehalte: PTH (parathyroid hormoon, parathormoon) en calcitonine conductor: Calcitonine ↑, PTH ↓ conductor: Calcitonine ↑, PTH ↓ receptor effector receptor C-cellen in de schildklier: bloed Ca2+ = hoog Botten: Ca2+-opname Nieren: Ca2+-resorptie ↓ effector Schildklier: bloed Ca2+ = hoog Botten: Ca2+-opname Nieren: Ca2+-resorptie ↓ norm: Calciumgehalte in het bloed Botten: Ca2+-afgifte Nieren en darmen: Ca2+-resorptie ↑ effector Bijschildklier: bloed Ca2+ = laag Botten: Ca2+-afgifte Nieren en darmen: Ca2+-resorptie ↑ receptor effector conductor: PTH ↑, Calcitonine ↓ EducatorEI (in de darmen via vorming vitamine D) Bron: project “regeling door hormonen”, M. Ummels, M. Jansen; H. Wolter; F. van Wielink 38/54 BINAS tabel 89A! Waterbalans in het bloed: ADH conductor: meer ADH receptor conductor: meer ADH effector Osmoreceptoren hypothalamus: Osm. waarde = hoog receptor effector Osmoreceptoren hypothalamus: Osm. Waarde = hoog Nieren: Waterresorptie ↑ Nieren: Waterresorptie ↑ norm: Osmotische waarde bloed Osmoreceptoren hypothalamus: Osm. waarde = laag Nieren: Waterresorptie ↓ effector receptor Nieren: Waterresorptie ↓ effector conductor: minder ADH EducatorEI Bron: project “regeling door hormonen”, M. Ummels, M. Jansen; H. Wolter; F. van Wielink 39/54 • • • • Onderbouwing/theorie Uitwerking op het Pax Christi College Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? Uw eigen kapstok maken (wij) (u) (wij) (u) Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? EducatorEI 40/54 De zwevende piramide (III) De grote lijn: de hoofdtermen (evolutie, erfelijkheid, metabolisme, interactie en homeostase) ‘Middenlijn’ met de grote lijn en met de details verbinden Elke hoofdterm: een suborganizer Leerlingen (niet-experts) zien vooral de onderkant van de piramide: de details; de kleine lijnen Veronderstelling: Door een degelijke kennisstructuur wordt het makkelijker kennis aan de werkelijkheid te koppelen. EducatorEI 41/54 Waar gaat biologie over? eindconceptmap opstartblok (bijvoorbeeld) organismen Reageren op hun omgeving interactie houden hun inwendig milieu constant nemen stoffen op, zetten stoffen om, geven stoffen af metabolisme = stofwisseling homeostase veranderen in de loop van de generaties geven eigenschappen door aan volgende generaties evolutie richting waarin evolutie plaats vindt afhankelijk van erfelijkheid met levende omgevingsfactoren biotische factoren met levenloze omgevingsfactoren opbouwprocessen gereguleerd met behulp van afbraakprocessen assimilatie abiotische factoren dissimilatie levert verbruikt energie negatieve feedback EducatorEI bepaalt eigenschappen staan (deels) opgeslagen in DNA variatie in eigenschappen selectie zorgen voor zijn veranderingen in mutaties 42/54 Hoe past dit alles in elkaar? (vakstructuur biologie op het PCC) organismen Reageren op hun omgeving interactie houden hun inwendig milieu constant nemen stoffen op, zetten stoffen om, geven stoffen af metabolisme = stofwisseling homeostase veranderen in de loop van de generaties geven eigenschappen door aan volgende generaties erfelijkheid met levende omgevingsfactoren met levenloze omgevingsfactoren opbouwprocessen gereguleerd met behulp van In detail (later in programma) biotische abiotische uitgewerkt factoren factoren in (sub-)organizers homeostase/interactie negatieve feedback afbraakprocessen In detaildissimilatie (later in programma) verbruikt uitgewerktlevert in (sub-)organizers energie metabolisme assimilatie evolutie richting waarin evolutie plaats vindt afhankelijk van In detail bepaalt (later in programma) variatie in selectie eigenschappen uitgewerkt in eigenschappenIn detail (sub-)organizers staan (deels) (laterinin programma zorgen voor opgeslagen evolutie uitgewerkt in mutaties zijn veranderingen in DNA (sub-)organizers erfelijkheid 43/54 EducatorEI De hoofdlijn in een konijn 44/54 EducatorEI eiwitsynthese Vervolg: de cel (op het PCC) • Bij start nieuw thema: waar past dit in deze matrix? • Bijvoorbeeld: genetica gedrag • Na afloop van een thema: waar passen begrippen in dit schema? • Bijvoorbeeld: mutatie? variatie? selectie? eiwitsynthese? immuun? resistent? 45/54 EducatorEI • • • • Onderbouwing/theorie Uitwerking op het Pax Christi College Hoe vormen deze opdrachten de kapstok? Uw eigen kapstok maken Uw eigen kapstok maken EducatorEI (wij) (u) (wij) (u) 46/54 De opgebouwde leerlijn tot nu opstartblok 1. Opstartblok: a. Herhaling: wat is leven? Wat zijn de levenskenmerken? b. Koppelen van de levenskenmerken aan overkoepelende biologische termen (kernbegrippen: homeostase/interactie, metabolisme, erfelijkheid, evolutie) NB kernbegrippen ≈ systeemconcepten c. Uitwerken van de kernbegrippen (+ al verdieping bij ordening en evolutie) d. Invullen systeemmatrix met (hoofd-) matrixconcepten, maken conceptmap “waar gaat biologie over?” EducatorEI 47/54 De opgebouwde leerlijn tot nu vervolg 2. Bij volgende thema’s organiseren we op verschillende manieren: a. Via de “systeemmatrix” bij opstart en afronding van een thema en bij voorbereiding van grote SE’s b. Via andere advance organizers: • Onder de kernbegrippen vallen andere advance organizers. • Deze komen aan de orde bij relevante hoofdstukken . • de meeste komen (veel) vaker terug. 48/54 EducatorEI Advance Organizer: ontwerpeisen voor lesmateriaal 1. 2. 3. 4. Het ontwerp houdt rekening met het einddoel én met wat de leerling al weet (1) Het ontwerp zet een logische lijn neer die toekomstige onderwerpen verbindt (2) De hoofdlijn bestaat uit een beperkt aantal, maar overkoepelende concepten (1) Leerlingen moeten eerst deze begrippen (kunnen) duiden op basis van hun voorkennis (2) Algemene didactiek: 1. Achteraf reflecteren op de AO (metacognitie) 2. Meerdere representatievormen (tekstueel, grafisch, schematisch, etc.) 3. De hoofdlijn (door expert gemaakt) wordt een onderdeel van een product van de leerling zelf. EducatorEI Bron 1: E. Searls; 1980; Using Advance Organizers in the classroom, university of South Florida Bron 2: R.Mayer; 1979; Can Advance Organizers Influence Meaningful Learning; Review of Educational Research 49/54 Ontwerpen van een kapstok in vier stappen STAP 1: STAP 2: STAP 3: STAP 4: Presentatie en opbouw van de grote lijn, leerlingen koppelen hun kennis aan deze lijn. Begeleid uitbouwen van de grote lijn: nieuwe kennis koppelen aan de hoofdlijn begeleid door docent. NB Deze stap moet vaak herhaald worden, voordat we overgaan naar de volgende stap. Zelfstandig uitbouwen van de grote lijn Of gaat dit te (niet in het huidige materiaal). ver voor het Kritisch kijken naar de grote lijn VO? (niet in het huidige materiaal). EducatorEI 50/54 Opdracht (II) • Werk nu zelf aan een advance organizer-opdracht voor uw leerlingen • Dat mag een grote kapstok-opdracht zijn of een themaorganizer. • Werk tenminste in tweetallen. • Gebruik de eisen uit de vorige dia’s en de instructie uit de komende dia’s • Tijd: … Zie boekje EducatorEI 51/54 Opdracht (II) Ontwerpstappen 1. Selecteer welke concepten je in je organizer kwijt wilt (o.a. maak je een hoofdlijn- of een middenlijn-organizer?) 2. Hoe zorg je voor samenhang tussen de gekozen concepten? Denk ook aan visualisering en koppeling aan de werkelijkheid. 3. Wanneer in het curriculum introduceer je deze organizer? Op welke momenten herhaal je deze? 4. Hoe zorg je dat leerlingen de organizer zelf mee moeten opbouwen? Zie boekje Didactiseer je organizer. EducatorEI 52/54 Opdracht (II) Hulpmiddelen • • • • • • Aanwezige collega’s (inclusief ons) Tabel examensyllabus Tabel PCC-lijn Konijnposter BINAS … Zie boekje EducatorEI 53/54 Ter afsluiting • Nabespreking mits tijd • Papieren materiaal mag mee • Pdf-presentatie en opdrachtenboekje volgt op de NIBI-site • Heet u verdere vragen (ook naar lesmateriaal): • [email protected] • [email protected] 54/54 EducatorEI