Onderzoekscyclus in STEM in het kader van de onderzoekscompetentie domein Mechanica-elektriciteit

Duiding bij leerplandoel: 'De leerlingen doorlopen een onderzoekscyclus in samenhang met specifieke inhouden van dit leerplan.'

Vooraf:

sla link op in klembord

Kopieer

  • Je kunt meer info en algemeenheden over de onderzoekscompetentie terugvinden op de Pro.-website onder Onderzoekscompetentie.
  • Dit document geeft duiding bij het realiseren binnen het STEM-domein voor D-finaliteit en D/A-finaliteit van de doelstelling
# De leerlingen doorlopen een onderzoekscyclus in samenhang met specifieke inhouden van dit leerplan.
  • De gekoppelde doelen uit het specifiek deel worden via het doorlopen van een onderzoekscyclus onvoldoende gerealiseerd en worden best via andere leerlingenactiviteiten vastgezet.
  • Hoe de onderzoekscompetentie in het STEM-domein praktisch aanpakken?
    • Vertrek van een goed thema. 
      • Kies een thema waarvan meerdere bronnen beschikbaar zijn.
      • Mogelijke raadpleegbare bronnen: fabrikanteninfo, technische documentatie, onderzoeksresultaten, (promo-)folders, consumentenartikelen (Testaankoop beoordeling), Wikipedia …
      • Het thema van de onderzoeksvraag is in verband te brengen met het specifieke deel van het leerplan, maar kan ook verruimend zijn.
      • Het kan een technisch thema zijn dat in een breed maatschappelijke (zie STEM-engineering doelen) context wordt geplaatst.
    • Train de leerlingen in de techniek om onderzoek te verrichten.
      • Je kunt de leerlingen trainen in bronnenonderzoek:
        • Welke bronnen kunnen worden geraadpleegd.
        • Hoe bronnen kunnen worden geïnterpreteerd en hoe er gerichte informatie kan worden uitgehaald.
        • Kritisch leren omgaan met bronnen door te achterhalen wat het doel is en wat het doelpubliek van de communicatie is.
        • Meerdere bronnen vergelijken met elkaar en de informatie kritisch analyseren. Dit betekent dat van het gekozen thema meerdere bronnen beschikbaar moeten zijn!
      • Je kunt de verschillende mogelijke onderzoeksmethodieken bespreken.
      • Je kunt de leerlingen een sjabloon aanbieden als structuur, zonder dit strikt te doorlopen.
      • Je kunt leerlingen ondersteunen bij het formuleren van een heldere onderzoeksvraag.
    • Je kunt een algemeen thema klassikaal toelichten, waarna je het op leerling-niveau scherpstelt. Groepswerk kan waardevol zijn op voorwaarde dat elke leerling werkt aan zijn onderzoekscompetentie.
  • Een onderzoekscompetentie train je met leerlingen door een onderzoekscyclus te doorlopen, deze cyclus kan onderstaande fasen bevatten:
    • Fase 1: Oriëntatie
    • Fase 2: Probleem(stelling) of onderzoeksvraag
    • Fase 3: Onderzoeksmethodes verkennen (en onderzoeksplan opstellen)
    • Fase 4: Gegevensverzameling en analyse
    • Fase 5: Conclusie en rapportering

Fase 1: Oriëntatie

sla link op in klembord

Kopieer

Oriëntatie op het onderzoeksprobleem​​

sla link op in klembord

Kopieer

  • Je kunt aan de hand van berichten, artikels, videofragmenten, promofolders, fabrikantengegevens … een thema verkennen.
  • Probeer hierbij met de leerlingen vanuit een breder probleem te versmallen naar een afgebakend probleem met duidelijke focus.

Focus op de onderzoekscyclus

sla link op in klembord

Kopieer

  • Maak de leerlingen duidelijk dat onderzoek volgens een bepaalde cyclus verloopt. Geef hen inzicht en begrip in wat onderzoek inhoudt. Laat leerlingen nadenken over de waarde van onderzoek.
  • Wijs leerlingen erop dat ze (al dan niet reeds “verworven”) kennis en vaardigheden kunnen inzetten in een onderzoekscontext en dat hier onderzoekscompetenties voor nodig zijn.
  • Laat leerlingen kennismaken met de verschillende manieren van onderzoek. Een wetenschappelijke methode is hier één van, maar zeker niet de enige die tot inzichten leidt.
  • Aandachtspunten bij het doorlopen van een onderzoekscyclus:
    • Het stringent doorlopen van een gefaseerd onderzoeksproces en het behalen van onderzoeksresultaten is geen doel op zich.
    • Het proces is belangrijker dan het product of de presentatie.
  • Onderzoekscompetenties:
    • Kritische reflectie op gehanteerde bronnen, onderzoeksmethode, analyse en conclusie.
    • Ontwikkelen van een onderzoekende houding (kritisch zijn, begrijpen, nauwkeurigheid, objectief waarnemen, planmatig werken).

Fase 2: Probleem(stelling) of onderzoeksvraag

sla link op in klembord

Kopieer

Probleemstelling

sla link op in klembord

Kopieer

Je kunt vertrekken van een uitdaging, probleem, dilemma waarop het antwoord niet gekend is.

  • Je kunt de leerlingen een technische oplossing laten afwegen met andere belangen (economisch, klimaat, milieu, sociaal, privacy, juridisch, …).
  • Je kunt de leerlingen als factcheckers wijzen op het bestaan van fakenews.
  • Je kunt leerlingen via wetenschappelijk onderzoek een uitspraak laten evalueren.
  • Leerlingen kunnen een argumentatie uitwerken om te kiezen voor een technische oplossing.

Onderzoeksvraag

sla link op in klembord

Kopieer

  • Het is voor leerlingen niet zo eenvoudig om zelf een onderzoeksvraag op te stellen. Je kunt hen daarbij ondersteunen door zelf een ruimere onderzoeksvraag te geven. De leerlingen kunnen op basis van die vraag nadenken over deelonderzoeksvragen.
  • Het is zinvol om klassikaal te reflecteren over de geformuleerde vragen: is de vraag afgebakend, eenduidig …

Voorbeelden van mogelijke (deel)onderzoeksvragen/probleemstellingen: (meer in bijlage)

sla link op in klembord

Kopieer

  • Wat is het voordeel van een windturbine met verticale as ten opzichte van een horizontale as?
    • In welke mate is de stand van de as bepalend voor het geleverd vermogen?
    • Wat zijn de variabelen in de constructie van de verschillende soorten windturbines?
    • Hoe bepalend is de stand t.o.v. de windrichting m.b.t. de opbrengst?
  • Is het zinvol om te kiezen voor zomer- en winterbanden i.p.v. all-season banden?
    • Is een winterband werkelijk veiliger in de winter zonder aangepast rijgedrag?
    • Wat is de totale meerkost bij de keuze om te wisselen van banden?
    • Wat zijn de invloedsfactoren op de remweg (bandendruk, type band, temperatuur …)?
    • Wat zijn de invloedsfactoren op de bandenslijtage (druk, type band, temperatuur …)?
  • Wat zal de rol zijn van moderne kerncentrales in de toekomstige algemene energievoorziening?
    • Welke verbeteringen hebben de 2de generatie kerncentrales t.o.v. de eerste?
    • Waar vind ik “betrouwbaar” cijfermateriaal om mijn onderzoek te staven?
    • Hoe ziet het opbrengstbeeld van alle (toekomstige) energievoorzieningen eruit?
  • Hoe kan een elektrisch voertuig zo zuinig mogelijk worden opgeladen in een residentiele situatie?
    • Wat is een verantwoorde investering om een elektrisch voertuig optimaal te laden?
    • Welke besparing levert het inzetten van elektrische voertuigen in een smart-grid?
  • Kan een ondergrondse windturbine functioneren zoals wordt voorgesteld in deze link?
    • Kan een ondergrondse windturbine technisch functioneren?
    • Kan een ondergrondse windturbine functioneren volgens wetenschappelijke onderbouwde argumenten?
    • Wat zijn de randvoorwaarden om een ondergrondse windturbine (rendabel) te laten functioneren?
  • Hoe kunnen onze rivieren gezuiverd worden?
    • Kan men riviervervuiling door technische oplossingen terugdringen?
    • Hoe kan men een gedragsverandering stimuleren om de rivieren proper te houden?
    • Welke mogelijkheden (technisch, chemisch, biologisch) zijn er om verontreinigde rivieren te herstellen?
    • Weegt de investeringskost op t.o.v. de milieuwinst?
    • Zal de invoering van statiegeld op PET- flessen de rivieren schoner houden?

Hypothese

sla link op in klembord

Kopieer

  • Probeer in deze fase met de leerlingen een hypothese te formuleren.
Je kunt de leerlingen in deelgroepen laten reflecteren om daarna klassikaal terug te koppelen.

Fase 3: Onderzoeksmethodes verkennen (en onderzoeksplan opstellen)

sla link op in klembord

Kopieer

Onderzoeksmethodes verkennen​​​​

sla link op in klembord

Kopieer

  • Verken samen met de leerlingen de verschillende mogelijke onderzoeksmethoden in functie van de onderzoeksvraag: experiment, meting, observatie, interview, enquête, algoritme, bewijs opstellen, een model opbouwen, ontwerponderzoek, interpreterend onderzoek, actie-onderzoek, (vergelijkend) literatuuronderzoek, bronnenstudie ...
  • Om leerlingen tot een gepaste onderzoeksmethode te leiden kun je volgende richtvragen gebruiken: Welke data heb je nodig om een antwoord op de onderzoeksvraag te formuleren? Welke onderzoeksmethodieken in de oriëntatiefase leerde je kennen? Zijn er experimenten die je kunt uitvoeren? Welke voor- en nadelen hebben verschillende benaderingen …
  • Kritisch reflecteren over verschillende onderzoeksmethoden helpt leerlingen om inzicht te verwerven in het onderscheid tussen kwalitatief en kwantitatief onderzoek, de verschillende onderzoeksmethoden en de te verwachten resultaten (volledig, bruikbaar betrouwbaar, objectief of eerder subjectief …), de wijze waarop je de gegevens of data van een interview, praktijkonderzoek … verwerkt.
  • Je kunt met de leerlingen in gesprek gaan en aandachtspunten voor het verzamelen van de gegevens formuleren.

Opstellen van een onderzoeksplan

sla link op in klembord

Kopieer

  • Een onderzoeksplan kan bestaan uit:
    • Een duidelijke titel die past bij het onderzoek.
    • Een omschrijving van het probleem/onderzoeksvraag en de relevante achtergrondinformatie.
    • De gekozen onderzoeksmethode, ze leggen m.a.w. vast hoe ze de gegevens zullen verzamelen.
    • Methodiek om de data/gegevens te verwerken en te analyseren.
    • Een plan van aanpak met o.a. benodigdheden, te nemen stappen, timing op basis van deadlines, een taakverdeling bij groepswerk, methodiek om voortgang te rapporteren …  
    • De vorm waarin de resultaten van het onderzoek zullen worden voorgesteld/gerapporteerd.
Je kunt het onderzoek opsplitsen in meerdere deelopdrachten/deelonderzoeken en toewijzen aan leerlingenteams.

Fase 4: Gegevensverzameling en analyse

sla link op in klembord

Kopieer

Betrouwbare gegevens verzamelen

sla link op in klembord

Kopieer

  • De leerlingen verzamelen gegevens/data in functie van de onderzoeksvraag.
    • De verzamelde data kan zowel kwantitatief of kwalitatief zijn.
    • Er zijn verschillende mogelijkheden om de data te verzamelen (zie fase 3): experiment, meting, observatie, interview, enquête, algoritme, bewijs opstellen, een model opbouwen, ontwerponderzoek, interpreterend onderzoek, actie-onderzoek, (vergelijkend) literatuuronderzoek, bronnenstudie ...
  • Bij het uitvoeren van experimenten streef er je bij voorkeur naar om dit uit te voeren in een gecontroleerde omgeving zoals een labo. Laat de leerlingen kritisch reflecteren op de verschillende variabelen en hun effect op de meetresultaten.
  • Je kunt de leerlingen bestaande bronnen laten raadplegen zoals bestaande onderzoeksresultaten, wetenschappelijke literatuur, catalogi, karakteristieken, regelgeving, promofolders …  Laat hen deze bronnen kritisch beoordelen.
  • Je kunt de leerlingen een (schaal)model laten bouwen om hierop simulaties en metingen uit te voeren.

Gegevens analyseren

sla link op in klembord

Kopieer

  • De verzamelde data worden bij voorkeur gestructureerd en verwerkt via visualisaties om het eindresultaat te concretiseren en een analyse mogelijk te maken. Dit kan in de vorm van grafieken, diagrammen, tekeningen, 3D modellen, simulaties …
  • Laat de leerlingen de gegevens verwerken met focus op de onderzoeksvraag.
  • Je kunt de leerlingen trends, evoluties, verbanden, correlaties … laten identificeren.
  • Je kunt de leerlingen kritisch laten reflecteren op de verzamelde gegevens en eventuele hiaten, meetfouten, onnauwkeurigheden, fouten in meetmethode … laten vaststellen.
  • Voor D-finaliteit: Je kunt de leerlingen een statistische analyse laten uitvoeren om het onderzoek te beoordelen (correlatiecoëfficiënt, regressie …).
  • Je kunt de leerlingen voorstellen laten formuleren voor verder onderzoek of suggesties voor verbetering.

Gegevens tussentijds voorstellen

sla link op in klembord

Kopieer

  • Je kunt de leerlingen tussentijdse conclusies laten trekken en kritisch laten reflecteren over de resultaten:
    • Zijn de gegevens/bronnen betrouwbaar/zinvol, welk soort gegevens werden gebruikt (kwantitatief – kwalitatief) …
    • Welke antwoorden vinden we op de onderzoeksvragen? Wat hebben we geleerd?
    • Toetsing van de resultaten op basis van kosten- batenanalyse, haalbaarheid, samenspel met de belanghebbenden …
    • Je kunt hiervoor meerdere technieken gebruiken zoals een tussentijdse presentatie, Flip, digitale tool, blog, wiki …
  • Je kunt deze aan elkaar voorleggen en vergelijken met gelijkaardig onderzoek.
  • Je kunt op basis van een tussentijdse (peer)evaluatie het onderzoek of de onderzoeksmethode laten bijsturen (bv. verder onderzoek nodig, extra deelvragen, verduidelijking …).

Fase 5: Conclusie en rapportering

sla link op in klembord

Kopieer

Conclusie

sla link op in klembord

Kopieer

  • Laat de leerlingen het resultaat in relatie tot de probleemstelling of de onderzoeksvraag interpreteren en conclusies formuleren.
  • Je kunt de leerlingen een appreciatie aan het resultaat laten geven.

Reflectie

sla link op in klembord

Kopieer

Je kunt de leerlingen:

  • laten reflecteren over het gelopen proces: hindernissen, bijsturingen, succeservaringen, aandachtspunten voor een volgend onderzoek … 
  • laten formuleren wat ze zouden veranderen indien ze een gelijkaardig project opnieuw doorlopen.
  • laten reflecteren op het onderzoeksplan en over de meerwaarde van de gebruikte onderzoeksmethoden.
  • laten aantonen hoe ze de tussentijdse evaluatie/feedback hebben verwerkt in het verder verloop van het onderzoek.
  • de vooropgestelde hypothese laten aftoetsen met het onderzoeksresultaat.

Rapportering

sla link op in klembord

Kopieer

  • Hou bij de rapportering vooral de focus op het formuleren van een antwoord op de onderzoeksvraag.
  • Wat de leerlingen afleveren kan vele vormen aannemen en is ondergeschikt aan de doelen van de onderzoekscompetentie. Er zijn verschillende mogelijkheden om over het onderzoek te rapporteren. Een slimme keuze is aangewezen in functie van haalbaarheid en taakbelasting. Dit kan:
    • informeel in de vorm van een blog, een artikel, een filmpje, een podcast,  (poster)presentatie, infographic, pitch …
    • formeel in de vorm van het opstellen van richtlijnen voor verdere uitvoering (lastenboek), een verslag, een onderzoeksrapport (die de volledige onderzoekscyclus documenteert, inclusief de probleemstelling, methodologie, gegevensverzameling, analyse en conclusies).

×
Kijkt als...
Niveau
Regio