Theorie uit Experimenten en Algemene Natuurwetenschappen

De naam zegt het al: een van de kenmerken van de methode Theorie uit Experimenten (TUE) is dat uit experimentele resultaten theoretische concepten worden afgeleid. Middels reeksen hecht gestructureerde opdrachten krijgen leerlingen in groepjes de mogelijkheid om dat deels zelf te doen, in eigen tempo en eigen leerstijl.

Al bijna 50 jaar zien generaties leerlingen, die met TUE werken, hoe natuurwetenschappelijke kennis ontstaat (ANW-domein B). Ze verzamelen gegevens, ordenen die naar eigen gekozen of aangereikte gezichtspunten en leiden daaruit wetmatigheden af. Met modellen op macro- en microniveau worden verklaringen bedacht en voorspellingen gedaan.

ANW avant la lettre

Ze vinden zelf formules voor stoffen op basis van zelf uitgevoerde experimenten (ANW-domeinen A en E). Als die moeilijk uitvoerbaar of gevaarlijk zijn kunnen ze op bij de methode ontwikkelde fotoseries bekeken worden; tegenwoordig op een beeldscherm, vroeger in fotoboeken (die nu ook nog van pas komen als het netwerk plat ligt).

Zo komen molecuulformules als H₂ en H₂O niet uit de lucht vallen; de indices krijgen een betekenis op macroniveau. (1)

Ook structuurformules worden door leerlingen zelf toegekend op basis van experimentele resultaten. (2)

Ook zonder kwantummechanische verklaringen op microniveau kunnen covalente bindingen gebruikt worden om voorspellingen te doen over het wel of niet bestaan van koolwaterstoffen. (zie intermezzo 1).

Intermezzo 1

(uit TUE-bovenbouwmodule “Koolstof”)

Dat regels zonder precieze of juiste verklaring heel goed kunnen werken kun je zien in het volgende indianenverhaal:

Een groep Indianen in Zuid-Amerika wordt door een overstroming uit z'n woongebied verdreven en strijkt neer langs de spoorlijn van Obidos naar
Manaus. De treinen komen op die plaats langs om 6.00 uur, 12.00 uur en
18.00 uur. Omdat ze geen horloges kennen maar de stand van de zon des te beter, ontstaat bij de Indianen de theorie dat de stand van de zon het verschijnen van de trein bepaalt.

Op grond van deze theorie voorspellen ze dat er in de regentijd geen treinen zullen rijden, omdat het dan alsmaar bewolkt is en de stand van de zon dan niet altijd waargenomen kan worden.

In de regentijd blijken er inderdaad geen treinen te rijden!

Dat de oorzaak van het niet rijden van de trein gelegen is in het feit dat het traject door kans op verzakkingen in de regentijd te gevaarlijk is, maakt voor de bruikbaarheid van de zonnetheorie van de Indianen niets uit. Hun theorie levert een betrouwbare voorspelling op.

a. Wat vind je van de conclusie van de Indianen dat de rijtijden van de trein door de zonnestand bepaald worden?

b. Zie je een verband tussen de theorie van de Indianen en covalentietheorie? Zo ja, welk verband?

c. Is bovenstaand verhaal een indianenverhaal in de letterlijke en/of in de figuurlijke betekenis? Licht je antwoord toe aan de hand van de volgende woordenboekomschrijving van “indianenverhaal”:
indi`anenverhaal (het; -halen) verhaal waarin indianen een rol spelen; fig. wild, onwaarschijnlijk avonturenverhaal.

De mogelijkheid voor leerlingen om op basis van eigen ervaringen zelf kennis te maken beperkt zich niet tot alleen tot de natuurwetenschappelijke inhoud. Al lang voor invoering van de Tweede Fase kregen ze die gelegenheid ook ten aanzien van actuele en maatschappelijk relevante contexten. Door aandacht voor zaken als zure depositie, aantasting van de ozonlaag en het versterkte broeikaseffect kwam destijds en komt ook nu nog het ANW-domein D Biosfeer ruimschoots aan de orde in het scheikundecurriculum. (3)

Indalen avant la lettre

Bij invoering van de basisvorming begin jaren negentig van de vorige eeuw is volgens hetzelfde TUE-stramien lesmateriaal voor het vak natuur- en scheikunde gemaakt en inmiddels zijn er ook bijpassende modules waarin de vakken techniek, natuurkunde en scheikunde in de onderbouw vanaf het eerste leerjaar geïntegreerd worden aangeboden.

Leerlingen die met TUE werken doen sindsdien al in de onderbouw hun eerste ervaringen op met eindtermen zoals verwoord in de ANW-domeinen A en B.

Ten behoeve van de Tweede Fase is voor de bovenbouw nieuw TUE-lesmateriaal ontwikkeld voor het vak scheikunde én ook voor ANW. Vanwege de overlap wat betreft inhoud en organisatievorm kon ANW desgewenst voor een gedeelte geïntegreerd met het vak scheikunde worden aangeboden. (4)

Door het extra aantal lesuren van ANW kon ruim aandacht besteed worden aan andere onderwijs- en presentatievormen zoals het maken en presenteren van posters, praktische opdrachten (zie intermezzo 2) en het voeren van debatten.
De ervaring die was opgedaan met het laten werken in groepjes kwam hierbij van pas: als de organisatie erop ingericht is, en geschikte opdrachten beschikbaar zijn, gaan leerlingen (van)zelf aan de slag. Essentieel hierbij is dat de begeleidende docent tijdens de les groepjes leerlingen snel en adequaat van feedback voorziet. We hebben gemerkt dat controle belangrijker wordt naarmate leerlingen hun onderwijs zelfstandiger mogen inrichten.

Voor de controle van het huiswerk, dat vanwege de tempodifferentiatie niet door elke leerling op hetzelfde moment gemaakt hoeft te worden, is een methodespecifiek digitaal leerlingvolgsysteem ontwikkeld.

Intermezzo 2

Onderzoek een onderzoeker

Groepjes van vier leerlingen maken een keuze uit een geselecteerd bestand van onderzoekers (in dit geval de vrouwelijke onderzoekers uit de miniaturen zoals door Marianne Offereins gepubliceerd in het boek Vrouwenminiaturen (5) en vrijwel maandelijks in NVOX in de jaren 1992 tot 2003).

Ze bestuderen elk een van de aspecten “de onderzoeker zelf”, “een tijdgenoot van de onderzoeker”, “de plaats waar de onderzoeker werkte” en “het (soort) onderzoek waaraan de onderzoeker werkte”. Van N-leerlingen wordt een uitdieping van het laatste aspect verwacht.

De studie leidt tot een groepsverslag (met een introductie van het correct vermelden van bronnen; dat komt later van pas bij het profielwerkstuk) en een groepspresentatie aan medeleerlingen.

Aan actuele contexten wordt ook aandacht besteed via toetsen. Vooraf krijgen leerlingen een artikel of videofragment aangereikt met de opdracht dat te bestuderen. Handgeschreven aantekeningen mogen bij de toets gebruikt worden. (Dat geldt trouwens tot in de examenklas ook voor andere samenvattingen als ze door de leerling zelf zijn gemaakt.)

Voordelen van het van tevoren aanreiken zijn: de aangereikte context kan uitgebreider zijn; tijdens de toets kan het leeswerk beperkt blijven (ook van belang voor dyslectici); de woordenschat wordt uitgebreid; in de toets wordt naar de betekenis van woorden gevraagd.

Dikwijls is in de toets een groepsgedeelte ingebouwd: daarin geven leerlingen bijvoorbeeld argumenten bij standpunten over de aangereikte context; soms wordt een experiment uitgevoerd waarover in het individuele toetsdeel vragen worden gesteld.

Op de TUE-website (6) worden regelmatig dit soort toetsen gepubliceerd. Een van de vaste onderdelen van de nascholingsbijeenkomsten voor TUE-gebruikers is het samen maken en evalueren van toetsen

Indalen van ANW

Met het oog op de Nieuwe Scheikunde is en wordt het TUE-lesmateriaal opnieuw aangepast, met handhaving van de aandacht voor de context “ontwikkelen van wetenschap”. Ruim voor het jubileumjaar 2018 (Theorie uit Experimenten bestaat dan 50 jaar!) ligt er een compleet lespakket klaar voor science in de onderbouw en daarop aansluitend voor scheikunde op havo en vwo. Van de scheikundemodules die in de onderbouw gebruikt worden is een Engelstalige versie beschikbaar.

De context “ontwikkelen van wetenschap” en ook andere algemene ANW-vaardigheden zijn terug te vinden in het A-domein van de nieuwe examenprogramma’s van de bètavakken. Indaling van ANW lijkt dus op papier al gerealiseerd maar in ieder geval voor het vak scheikunde zijn de overige domeinen van het nieuwe examenprogramma zodanig ingericht dat er weinig tijd beschikbaar is voor ANW-achtige activiteiten.

Uit de voorbeeldexamens wordt duidelijk dat vanaf 2015 voor havo en 2016 voor vwo ook het A-domein van de monovakken nadrukkelijk op het centraal examen bevraagd gaat worden. Om leerlingen daar goed op voor te bereiden, en daarmee ANW succesvol te laten indalen, is dan ook gelijktijdige indaling van lestijd nodig.

Noten

1. Arnold, F., van Berkel, T., Vos, M. (2009). Contexten in formules. NVOX, (34)3, 104-106

2. van Berkel, T., Arnold, F. (1989). Een formule voor 1-propylpropanoaat. NVON Maandblad, (14)4, 148-150

3. Berkel, T. (1992). Zure regen in 4-HAVO. Chemisch Magazine, maart 1992, 124-129

4. Berkel, T. (1999). Kooldioxine of kooldioxide? ANW in de praktijk! NVOX, (24)1, 25-28

5. Offereins, M. (1996). Vrouwenminiaturen. Utrecht: Centrum Vrouwen en exacte vakken

6. Stichting Theorie uit Experimenten, www.theorieuitexperimenten.nl