Paper voor de ORD conferentie Leuven, 2009 (aangepast 09012011) Voorbeeldleerlijnen Nieuwe Scheikunde, Bulte & de Kleijn 1 Voorbeeldleerlijnen Nieuwe Scheikunde Astrid M.W. Bulte, Freudenthal Instituut voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen & Stuurgroep Nieuwe Scheikunde, [email protected] Emiel de Kleijn, SLO, Enschede & Stuurgroep Nieuwe Scheikunde, [email protected] Inleiding Vanaf 2003 wordt de vernieuwing van het schoolvak scheikunde aangestuurd door de Stuurgroep Nieuwe Scheikunde. Deze vernieuwing is ingezet omdat de diverse stakeholders hadden geconstateerd dat de vakinhoud, de pedagogische en vakdidactische invulling niet passend zijn bij de huidige leerlingen, de huidige onderzoeks- en industriepraktijk en bij de huidige kennismaatschappij (Driessen & Meinema, 2003). Op basis van deze constatering zijn concrete plannen ontwikkeld voor een vernieuwd, vernieuwend en continu vernieuwbaar programma voor havo en vwo. Er wordt een programma ontwikkeld: dat voor alle leerlingen bijdraagt aan scientific literacy die past bij de ontwikkeling van scheikunde in de komende decennia. dat leerlingen inzicht geeft in de maatschappelijke relevantie van het vak scheikunde en het verband leert leggen tussen de leerstof in de klas en de toepassingsmogelijkheden in de wereld om hen heen. waarmee leerlingen de concepten die ze geleerd hebben kunnen herkennen en toepassen in nieuwe situaties. dat bijdraagt aan een grotere instroom in de bètaprofielen in het voortgezet onderwijs en een toename van de uitstroom naar een bèta(technische)opleiding in het hoger onderwijs. De ontwikkeling van nieuw onderwijs is gestart op een wijze dat vooral de docenten drager van het nieuwe onderwijs zijn (‘bottom-up strategie). Teams van docenten onder leiding van een coach (vaak verbonden aan een universiteit of hogeschool) dragen zorg voor het ontwerp van nieuwe context – conceptmodules (Zie figuur 1). Vanuit dit organisatiemodel is een diversiteit van modules ontworpen, is draagvlak en enthousiasme gecreëerd, maar vooral ook een verheldering van wat ‘je kunt verstaan onder nieuwe scheikunde’. Paper voor de ORD conferentie Leuven, 2009 (aangepast 09012011) Voorbeeldleerlijnen Nieuwe Scheikunde, Bulte & de Kleijn 2 Expertgroep coaches Groepering van docenten in ontwikkelteams in onder leiding van een coach & samenwerking/inbreng van industrie & kennisinstellingen Groepering van docenten in examenexperiment met een coach Figuur 1. Organisatiemodel samenwerking met docenten in teams onder leiding van een coach In het voorjaar van 2007, voorafgaand aan de start van het examenexperiment Nieuwe Scheikunde, zijn vanuit de diversiteit aan modules voorbeeldleerlijnen ontwikkeld, en een format voor curriculumontwerp. Deze ontwikkeling is gestart vanuit een aangescherpte discussie over de visie en doelstellingen van de curriculumontwikkeling (Tabel 1). Tabel 1: visie en doelen Nieuwe Scheikunde (uit discussie voorjaar 2007) Een grondige en fundamentele verandering van chemieonderwijs is nodig vanwege de veranderende pedagogische situatie in het onderwijs. Leerlingen willen/moeten meer persoonlijk betrokken worden bij wat ze leren, en de verantwoordelijkheid ervaren voor dit leren: door in te zien dat wat ze leren relevant is voor hun eigen leefwereld en voor de maatschappij waarin ze leven. Onderwijs moet daarom starten met de eigen, authentieke vragen. Nieuwe Scheikunde bouwt op die vragen en biedt leerlingen een goede uitdaging om chemische concepten te leren. Om zelfverantwoordelijk en beargumenteerd een eigen standpunt in te nemen, en als voorbereiding op vervolgstudie. Het leren van leerlingen moet plaats vinden in een meester-gezel dialoog tussen leerlingen en docenten. Nieuwe Scheikunde omvat daarom: A. Nieuwe vakinhouden: a. Hedendaagse wetenschap en technologie met een focus op activiteiten zoals: productie, synthese, analyse, ontwikkelen/ontwerpen, en niet op ‘kennisreproductie’. b. Met een focus op een samenhangende conceptuele structuur die start vanuit de observeerbare fenomenen om begrip te verwerven over de modelmatige wereld van materie. B. Een vakdidactische innovatie: a. Onderwijs moet starten vanuit interessante, innovatieve, authentieke, betekenisvolle, herkenbare, relevante contexten; een zoektocht naar het leren van scheikunde vanuit de leefwereld van leerlingen. b. Aandachtspunt: Leerlingen leren concepten. Maar, welke selectie en organisatie van de concepten, en hoe te integreren in een module? c. Een duidelijk module-format d. Nieuwe toetsvormen e. Een duidelijk verschil tussen havo en vwo f. In samenhang met andere schoolvakken C. Een duurzame en dynamische ontwikkeling van de gemeenschap van docenten als dragers van een curriculum. a. Chemieonderwijs gaat over hedendaagse chemie; dat betekent een regelmatige vervanging van ‘oude’ modules door nieuwe in een continu en dynamisch ontwikkelproces, ook als een inspirerend leerproces voor docenten. b. ER moet nieuwe élan komen voor het beroep van doceren. ‘Docent zijn’ betekent het onderwijzen van een aantrekkelijk schoolvak en een eigentijdse didactiek: zowel voor leerlingen als docenten inspirerend. Intern document maart 22 2007 Paper voor de ORD conferentie Leuven, 2009 (aangepast 09012011) Voorbeeldleerlijnen Nieuwe Scheikunde, Bulte & de Kleijn 3 Het organisatiemodel van ontwerpteams met coaches is uitgebreid met een ‘expertgroep coaches’ en drie teams van docenten die deelnemen aan het examenexperiment (zie het organisatiemodel in Figuur 1). Deze paper geeft een overzicht van de vormgeving van voorbeeldleerlijnen vanaf het voorjaar 2007, de achterliggende argumentatie, en de dilemma’s die spelen bij de ontwikkeling. Theoretische achtergrond, ontwerp en argumentatie Het Nederlandse chemieonderwijs volgt een internationale trend om bètaonderwijs ingrijpend te vernieuwen op basis van contexten (Pilot & Bulte, 2006).Verschillende interpretaties van contexten (Gilbert, 2006) kunnen op diverse manieren in een format voor een module kunnen worden uitgewerkt. Gekozen is voor een veelzijdige interpretatie van het Chemie im Kontext format, dat bestaat uit vier ‘leerfasen’ (Parchmann, Bünder et al., 2006; Parchmann, Gräsel et al., 2006): 1. Contextfase 2. Nieuwsgierigheid- en planningfase 3. Fase van nieuwe ervaringen en kennisuitbreiding 4. Fase van abstraheren en inbedden van concepten Binnen dit format hebben de ontwerpteams de ruimte genomen voor eigen interpretatie in de ontwikkeltijd tussen 2004 en 2006. Vanaf 2007 is de behoefte ontstaan voor een eenduidig pakket van eisen voor een module, of een set van modules. De expertgroep coaches heeft dit pakket ontwikkeld en (voorlopig) vastgesteld (Tabel 2). Tabel 2. Samenvatting / Hoofdcriteria pakket van eisen voor een set van twee modules 1. 2. 3. 4. 5. Plaats van de module – in Koppel van twee - in een voorbeeldleerlijn, het afdekken van (sub)domeinen uit examenprogramma, het bouwen op voorkennis Rode draad in leerlingenactiviteiten: a. Een duidelijke focus in een onderzoek, ontwerp of adviestaak voor leerlingen; dit vormt de contextvraag b. De rode draad vormt een keten van leerlingenactiviteiten die leidt tot beantwoording van de contextvraag. c. De leerlingenactiviteiten zijn (losjes gekoppeld) aan leerfasen. Bronnen / instructieteksten; ze vormen een balans tussen structuur en openheid. De Brugmodule heeft de volgende functies: a. Nieuwe concepten expliciet maken in relatie met het examenprogramma b. De nieuwe kennis beschikbaar maken voor andere contexten c. Het toetsen van leerlingen d. Het oproepen van nieuwe contextvragen Eisen aan docentenhandleiding, TOA handleiding, overzichten experimenten, antwoorden, etc. De expertgroep coaches heeft ervoor gekozen het ChiK format op twee belangrijke punten uit te breiden (zie ook Figuur 2): 1. modules worden geclusterd in sets van twee waarin een kernconcept in opeenvolgende contexten is geïntroduceerd en uitgewerkt. 2. in een brugmodule kan dit kernconcept vanuit de twee opeenvolgende modules worden geabstraheerd. Paper voor de ORD conferentie Leuven, 2009 (aangepast 09012011) Voorbeeldleerlijnen Nieuwe Scheikunde, Bulte & de Kleijn ecoreizen materialen planten 6: KOS/STM? 7: STM 8: STM brug 5: KOS scooter brug brug Hoe ontwerp je een scooter? Welke ontwerp kennis heb je nodig om een scooter te ontwerpen? Hoe bedrijf je Duurzame landbouw? (deel 2) Hoe weet je wat planten nodig hebben? (deel 1) 4: STM Hoe produceer je biobrandstoffen Hoe pas je materiaalontwerp aan? 3: STM Hoe bereken je je groene vakantie 2: STM brug 1: STM 4 Figuur 2. Deel van ontworpen voorbeeldleerlijn eerste deel havo onderwijsprogramma (groen). Deze uitbreiding heeft als theoretische argumentatie dat begripsvorming en het abstraheren vanuit een context lastig is gebleken (Pilot & Bulte, 2006). De veronderstelling is dat begripsvorming en abstractie van kernconcepten voor leerlingen beter verloopt als deze in twee opeenvolgende contexten aan de orde komen. In de verschillende voorbeeldleerlijnen wordt gevarieerd op deze opbouw en verdeling in modules en bruggen. Direct voorafgaand aan het examenexperiment zijn er een vijftal schetsen voor voorbeeldleerlijnen gemaakt, met de startmodules waarmee de docenten in het examenexperiment vanaf sept/aug 2007 van start zijn gegaan. Gaande weg zijn de schetsen geconcretiseerd en uitgebreid. Figuur 2 geeft een deel weer van een van de groene voorbeeldleerlijn voor havo. In tabel 3 staat een overzicht van de voorbeeldleerlijnen met een voorbeeld van een kenmerkende module. Op de besloten delen van de websites www.nieuwescheikunde.nl, www.examenexperiment.nl en http://test.scheikundeinbedrijf.nl is een compleet overzicht beschikbaar van de modules, de leerlijnen en de laatste updates hiervan. Voor toegang tot 'Nieuwe Scheikunde' en 'Examenexperiment' kunt u contact opnemen met Evelien Veltman (E: [email protected] , T:+31 (0)53 4840 339 voor vragen over 'Scheikunde in Bedrijf' kunt u contact opnemen met Pauline Sloet (E: [email protected] , T: +31 (0)70-3378 782).1 In reflectie op een nadere definitie van een leerlijn in het licht van Nieuwe Scheikunde omvat een voorbeeldleerlijn: - een meerjarige opbouw in doelen en inhouden - een duidelijke voorbeeld-sequentie van modules (met ruimte) - een duidelijk visie op leren en onderwijzen in de chemie - implicaties voor de keuze van leermiddelen: type module, evt. handboek, docent handelen, leerling rollen, etc. 1 Op deze dvd is in Bijlage H een totaaloverzicht opgenomen van alle modules per 31 december 2010. Paper voor de ORD conferentie Leuven, 2009 (aangepast 09012011) Voorbeeldleerlijnen Nieuwe Scheikunde, Bulte & de Kleijn 5 Tabel 3. Overzicht van voorbeeldleerlijnen en een voorbeeld van een kenmerkende module Voorbeeldleerlijn Geel (vwo) Blauw (havo & vwo) Kenmerkende module Wat hebben planten nodig? (4 vwo) Gif om op te vreten (4e klas) Bont (vwo) Energie om mee te nemen (5 vwo) Groen (havo) Ecoreizen, de reis wat en hoe? (4 havo) VNCI Kunstmest (4e klas) Visie / profiel docent die mogelijk deze module kiest: Een docent kiest deze leerlijn / module als deze met de leerlingen veel aandacht wilt besteden aan het zorgvuldig ontwikkelen van begrip bij leerlingen. De docent maakt bijvoorbeeld gebruik van experimenten en historische bronnen om te laten zien hoe begrippen / concepten in de scheikunde zijn ontstaan en verder ontwikkeld. De docent wil laten zien dat ‘kennis’ niet zomaar uit een boekje komt, maar zorgvuldig is afgeleid en beargumenteerd. De docent kiest voor deze leerlijn / module als deze een spannende voor leerlingen aansprekende context als uitgangspunt wil kiezen. Er is vooral ruimte voor eigen inbreng van leerlingen, en ook de docent kan zelf bredere keuzes maken (andere praktische opdrachten, koppeling met andere hoofdstukken uit het gebruikelijke leerboek). De docent kiest voor deze leerlijn / module als deze maatschappelijke vraagstukken (nieuwe materialen / duurzaamheid) een belangrijk startpunt voor de scheikundeles vindt. De docent vindt dat leerlingen aan complexe vraagstukken uit de samenleving moet kunnen werken. Het is voor een uitdaging om eens echt op een andere manier te werken. Het liefst samen met een groep andere docenten en/of een coach. De praktijk van de chemische industrie staat centraal bij deze set van modules. De docent wil vooral met zijn/haar leerlingen werken aan hedendaagse vraagstukken waaraan op dit moment in de industrie aan wordt gewerkt. Bij de nadere vormgeving van een voorbeeldleerlijn uit de ‘los’ ontworpen modules zijn verschillende visies naar voren gekomen: 1. KOS, kennisontwikkeling in de scheikunde, waarin met leerlingen zorgvuldig begrippen afgeleid worden vanuit ervaringen en experimenten. Chemiekennis moet niet zomaar worden ‘geponeerd’. (gele- en blauwe leerlijn) 2. STM, scheikunde technologie en maatschappij, waarin vooral de maatschappelijke aspecten van de chemie naar voren komen, en waarin de leerlingen vanuit maatschappelijke relevantie het leren van chemische kennis relevant gaan vinden. (groene leerlijn) 3. een visie waarin de vakinhoudelijke opbouw van het curriculum wat losser is, een losse keuze gemaakt kan worden voor volgorde, en een ruime keuze voor docenten is voor invulling. (bonte voorbeeldleerlijn) Deze visies zijn in theoretisch opzicht te relateren aan de curriculum emphases van Roberts (Roberts, 1988). Echter in de Nederlandse praktijk zijn deze visies reeds lang bestaande (impliciete) tradities die verhelderd konden worden vanuit theoretisch perspectief. Het is ook de achtergrond van het benoemen van de voorbeeldleerlijnen met de kleurindicaties: blauw, geel, groen en bont. Bij de start van het examenexperiment – toen de discussie gevoerd is over de globale schetsen - is daarmee ruimte gemaakt voor de diverse opvattingen en voorkeuren van verschillende stromingen zonder dat er voorkeur is uitgesproken voor een van deze opvattingen. Er is nadrukkelijk gekozen voor een rijke diversiteit. Tabel 3 duidt tevens op een serie modules die nadrukkelijk in samenwerking met de industrie (VNCI) is ontwikkeld. Deze set vormt geen aparte ‘voorbeeldleerlijn’, maar levert modules die in de gele, blauwe, groene en bonte voorbeeldleerlijnen geïntegreerd kunnen worden. Elke visie heeft consequenties voor een consistente uitwerking in onderwijsmateriaal, leertaken/activiteiten, docenten rollen, etc. Deze verschillende achterliggende visies hebben geresulteerd in de verdere explicitering van de diverse ‘voorbeeldleerlijnen’. De verheldering van visies heeft verschillende keuzes legitiem gemaakt. Binnen een voorbeeldleerlijn kan er voor gekozen worden voor een combinatie van visies, echter binnen één module kan deze Paper voor de ORD conferentie Leuven, 2009 (aangepast 09012011) Voorbeeldleerlijnen Nieuwe Scheikunde, Bulte & de Kleijn 6 vermenging niet (zie Figuur 2, de afkortingen STM & KOS). Verschillende docenten kunnen ook binnen een voorbeeldleerlijn eigen aanpassingen doen. Op dit moment is een groep docenten en coaches bezig om tevens een voorbeeldlijn ‘groen’ voor vwo uit te werken, en voor havo geven sommige docenten er de voorkeur aan een deel van de groene voorbeeldleerlijn meer ‘geel’ of ‘bont’ te maken. Deze ‘emergente’ diversiteit vanuit de voorlopers (docenten uit de ca. 40 van de ca. 600 scholen) hebben daarmee een belangrijke ‘opportunity’ gecreëerd: Nieuwe Scheikunde biedt voor scholen en docenten een beargumenteerde keuzevrijheid met ruimte voor nieuwe eigen inbreng. Voorbeeldleerlijnen kunnen worden beschouwd als enkele ‘voorbeeld routes door het woud van vernieuwing’. Docenten kunnen er hier een van kiezen, maar hebben ook de mogelijkheid een eigen leerlijn te ontwerpen. Dat kan door een keuze te maken uit de beschikbare modules en deze aan te passen aan de wensen en mogelijkheden van de school, de leerlingen en niet te vergeten henzelf. De vernieuwing in het scheikundeonderwijs staat niet op zichzelf, maar wordt afgestemd op de ontwikkeling van de andere bètavakken in de bovenbouw van de tweede fase. Ook in Engeland en Duitsland vinden vergelijkbare ontwikkelingen plaats in het scheikundeonderwijs. Ervaringen, dilemma’s en reflectie Met de ontwikkeling van deze diversiteit kan een valide breed gedragen onderwijsvernieuwing worden gerealiseerd die bouwt op ontwikkelinzet en ervaringen van docenten. Er is bij de tot nu toe betrokken docenten, zeker de docenten in het examenexperiment, grote betrokkenheid. Actievere werkhouding van havo-leerlingen en een nadrukkelijke aandacht voor duurzaamheid motiveert zowel leerlingen als docenten. Dit ontwikkelproces vraagt echter wel een enorme inspanning van de betrokkenen: de inzet van menskracht is een voordurende limiterende factor. Met ook bij de deelnemende docenten in het examenexperiment grote onzekerheid over de nieuwe inhouden en onbekende werkvormen en werkwijzen. Het ‘gaande weg’ bouwen aan een onderwijsprogramma (in de vorm van leerlijnen) confronteert ons soms met ‘gaten’: stukken in het examenprogramma waarvoor nog geen modules bestonden, en een haastige ontwikkeling vragen, zonder dat zulke modules vooraf beproefd zijn. De structuur en inhoud van de werkversie van het ontwerp(examen)programma-2006 heeft een andere moeilijkheid duidelijk gemaakt, namelijk de ordening in vakinhoudelijke domeinen en thematische domeinen: - domein C: structuren - domein D: reactiviteit - domein E: chemie en leven - domein F: innovatieve materialen - domein G: duurzame ontwikkeling De uitwerking van de specificaties binnen deze domeinen is daarmee lastig. Dezelfde specificaties komen bij verschillende domeinen terug: bijvoorbeeld redox bij domein D en bij domein G. Het maken van een ‘witte vlekken’ analyse (welke modules moeten er nog ontwikkeld worden?) is daardoor bemoeilijkt. En daarmee zijn ook sommige aspecten van Paper voor de ORD conferentie Leuven, 2009 (aangepast 09012011) Voorbeeldleerlijnen Nieuwe Scheikunde, Bulte & de Kleijn 7 kwaliteitsborging nog onvoldoende ontwikkeld: bijvoorbeeld: komen de concepten voldoende naar voren? Is voorkennis voldoende gespecificeerd? De ontwikkeling van Nieuwe Scheikunde is verre van afgerond, maar heeft een substantiële start gemaakt. Door verheldering van verschillende onderwijsvisies, en het wederzijdse respect voor verschillende visies konden onderlinge spanningen tussen betrokkenen vermeden worden, en is rijkdom ontstaan. Een verdere uitwerking van visies in criteria voor modules is nodig voor de kwaliteitsborging van modules. Tevens vraagt de ontwikkeling om een ‘handboek kernconcepten chemie’, een behoefte die is uitgesproken door deelnemers aan het examenexperiment. De conceptuele domeinen en thematische domeinen moeten ontvlochten worden, en die kan leiden tot een eenduidige beschrijving van thema’s en kernconcepten, een ontwikkeling die op dit moment plaatsvindt in samenhang met de schoolvakken natuurkunde, biologie en NLT.2 De ‘emergente’ voorbeeldleerlijnen van Nieuwe Scheikunde leveren een praktische bijdrage aan onderwijspraktijk. Maar ook in theoretisch opzicht heeft de ontwikkeling beter verhelderd wat ‘je kunt verstaan onder Nieuwe Scheikunde’. Zo’n tentatieve/iteratieve manier is nodig om te komen tot de formulering van een onderwijsvisie, en een examenprogramma dat ingebed is de daadwerkelijke onderwijservaringen van docenten en leerlingen. Een nieuwe visie neerzetten ‘from scratch’ is te risicovol, mogelijk te theoretisch, mogelijk niet uitvoerbaar/onderwijsbaar/toetsbaar, en mogelijk zonder het nodige draagvlak bij docenten. De ontwikkelingen in chemieonderwijs bouwen hierbij op de goede ervaringen die in het verleden zijn opgedaan met de vorige curriculumontwikkeling (CMLS), en nemen de aanbevelingen uit de internationale literatuur ter harte (Van den Akker, 1998). Dankwoord Zonder de inzet en betrokkenheid van velen was dit werk niet mogelijk geweest. De auteurs danken alle docenten & toa’s, leerlingen, coaches, toetsmakers, syllabuscommissie, de leden en voormalige leden van de Stuurgroep Nieuwe Scheikunde, de leden van de collegabètavernieuwingscommissies en de vele andere betrokkenen van middelbare scholen, hogescholen, universiteiten, kennisinstellingen en (chemische) bedrijven. Met dank ook aan de Vereniging van de Nederlandse Chemische Industrie (VNCI) en de stichting C3, stichting Theorie uit Experimenten (TUE), SLO nationaal expertisecentrum leerplanontwikkeling, het Platform Bèta Techniek (PBT) en het ministerie van Onderwijs Cultuur en Wetenschappen (OCW) voor het mede mogelijk maken en/of de financiering van deze curriculumontwikkeling. 2 Zie ook de notitie Samenhang in het natuurwetenschappelijk onderwijs voor havo en vwo (Boersma et al., in voorbereiding) Paper voor de ORD conferentie Leuven, 2009 (aangepast 09012011) Voorbeeldleerlijnen Nieuwe Scheikunde, Bulte & de Kleijn 8 Referenties Driessen, H. P. W., & Meinema, H. A. (2003). Chemistry between context and concept, designing for renewal. (http://www.nieuwescheikunde.nl/international/). Enschede: SLO. Gilbert, J. K. (2006). On the nature of 'context' in chemical education. International Journal of Science Education, 28(9), 957 - 976. Parchmann, I., Bünder, W., Demuth, R., Freienberg, J., Klüter, R., & Ralle, B. (2006). Lernlinien zur Verknüpfung von Kontextlernen und Kompetenzentwicklung [learning lines for connecting context learing to the development of competences]. Chemkon, 13(3), 124 - 131. Parchmann, I., Gräsel, C., Bear, A., Demuth, R., Ralle, B., & group, t. C. p. (2006). Chemie im Kontext - a symbiotic implementation of a context-based teaching and learning approach. International Journal of Science Education, 28(9), 1041 - 1062. Pilot, A., & Bulte, A. M. W. (2006). The use of 'contexts' as a challenge for the chemistry curriculum: its successes & the need for further development and understanding. International Journal of Science Education, 28(9), 1087 - 1112. Roberts, D. A. (1988). What Counts as Science Education? In P. J. Fensham (Ed.), Development and Dilemma's in Science Education (pp. 27-54). London: Palmer Press. Van den Akker, J. (1998). The Science Curriculum: Between Ideals and Outcomes. In B. Fraser & K. Tobin (Eds.), International Handbook of Science Education (pp. 421 - 447). Dordrecht, the Netherlands: Kluwer Academic Press.