“Ontwerpen is het aangeven van de beste oplossing om aan een behoefte te voldoen. Daarbij worden beschikbare hulpmiddelen gebruikt. Daarnaast wordt er rekening gehouden met o.a. natuurkundige en maatschappelijke factoren. Vanuit een probleemdefinitie worden eisen en beperkingen verkend. Meerdere ideeën worden gegenereerd en op basis van geïnformeerde keuzes omgezet in een concrete oplossing.”
(Gebaseerd op definitie in: Zeiler, W. (2022). Basisboek ontwerpen. Utrecht: Noordhoff Uitgevers. (Blz. 56).

Bij het ontwerpen maken leerlingen gebruik van probleemoplossende strategieën zoals verkennen en verhelderen van het probleem, analyseren van het probleem, mogelijke (deel-)oplossingen inventariseren, afwegen van de mogelijke oplossingen … en dat via modellen, stappenplan, schema’s, schetsen, tekeningen …

Het ontwerpproces staat in dit leerplandoel centraal. In hun drang om tot een oplossing te komen, zullen de leerlingen mogelijk uitgaan van een oplossing die aansluit bij het buikgevoel. Dat is een valkuil. Om creatieve denkvaardigheden te ontwikkelen is het belangrijk om aandacht te besteden aan verschillende fasen in een ontwerpproces. Het is vooral belangrijk dat leerlingen breed kijken en diverse invalshoeken aan bod laten komen.

Ook te veel nadruk op de productkwaliteit van het resultaat kan een valkuil zijn^[1]. Bij het evalueren van het leerplandoel speelt het resultaat in de vorm van bv. een model, een methodiek, een prototype een rol. Minstens even belangrijk is de procesevaluatie: de mate waarin de leerlingen het ontwerpproces methodisch hebben doorlopen.

Je kan de leerlingen stimuleren om het ontwerpprobleem grondig te verkennen en verschillende elementen in kaart brengen: wensen van de gebruiker(s), gewenste kwaliteit (duurzaamheid, betrouwbaarheid ...), economische overwegingen (kosten-baten), eisen op vlak van milieu en veiligheid, esthetische eisen, schaalbaarheid ...
Op die manier krijgen ze zicht op het pakket aan eisen waaraan het ontwerp moet voldoen (het ‘eisenprogramma’).

Om de verkenning of de analyse van het probleem of de uitdaging te begeleiden kan je leerlingen vragen aanreiken. Voorbeelden:

• Voor wie wordt de oplossing ontworpen: voor de leerling zelf, een gekende gebruiker of doelgroep, een ongekende gebruiker of doelgroep?
• Hoe kunnen we de behoefte(n) van de doelgroep(en) bepalen? Is er bv. een bevraging of een plaatsbezoek nodig?
• Bestaan er al oplossingen voor gelijkaardige problemen of uitdagingen of gaat het over een nieuw probleem?
• Doet het probleem zich in alle omstandigheden en/of alle omgevingen voor?
• Zijn er tegengestelde belangen? Bv. negatieve gevolgen van een mogelijke oplossing voor personen of de omgeving?
• Aan welke eisen en beperkingen moet de oplossing voldoen?
  • Gewenste functionaliteit, kwaliteit, veiligheid, duurzaamheid ….
  • Beperkingen op vlak van kostprijs
  • Eisen en beperkingen vanuit regelgeving
  • Eisen met betrekking tot planning in ruimte en tijd

In een volgende fase formuleren leerlingen ideeën voor taken en eigenschappen waaraan het ontwerp moet voldoen. Vervolgens leren ze meerdere mogelijke (deel)oplossingen tegenover elkaar afwegen. Op die manier leren ze hun (oorspronkelijk) oordeel uitstellen.

Het is belangrijk om aandacht te besteden aan het proces dat leerlingen doorlopen bij het ontwerpen van een oplossing. Ze kunnen sporen van hun denkproces verzamelen zoals foto’s nemen van deeloplossingen; documentatie verzamelen; tekeningen, schema’s, eenvoudige berekeningen maken; een proefmodel samenstellen … Die elementen zijn belangrijk voor de evaluatie.

Het Gemeenschappelijk funderend leerplan bevat een aantal leerplandoelen die in samenhang aan bod kunnen komen. Denk aan doelen over onderliggende vaardigheden: creatieve denktechnieken en informatievaardigheden.

• LPD 10 De leerlingen genereren creatieve ideeën om een probleem op te lossen en bespreken de uitvoerbaarheid ervan aan de hand van criteria.
• LPD 21 De leerlingen zoeken doelgericht informatie in diverse bronnen. 

Zelfstandig problemen kunnen oplossen motiveert leerlingen. Door creatief en flexibel denken komen ze los van oplossingen die voortvloeien uit het buikgevoel. Je legt daarbij ook nadruk op het gebruik van betrouwbare kennis. Ze baseren beslissingen in het ontwerpproces op betrouwbare informatie en ze testen aannames uit alvorens ze voor waar aan te nemen. Aandacht voor een werkwijze die ‘evidence informed’ is, zorgt ervoor dat leerlingen hun aanpak beter kunnen beargumenteren.

Onderstaande fasen schetsen het algemeen verloop van een ontwerpproces dat de leerling doorloopt. Deze fasen geven aan hoe de focus verschuift doorheen het proces. Dat is geen vast ritueel of recept. Delen van eerdere fasen kunnen gedeeltelijk worden hernomen of verfijnd. Stappenplannen en zoekstrategieën kunnen het ontwerpproces ondersteunen, maar vervangen het creatief denken niet. Bij het aanleren van deelvaardigheden kan je ook apart de focus leggen op deelfasen (cyclus-zooming).

• Fase 1: het ontwerpprobleem analyseren en beschrijven

• Fase 2: een programma van eisen opstellen waaraan het ontwerp moet voldoen

• Fase 3: ideeën bedenken voor de taken en eigenschappen waaraan het ontwerp moet voldoen

• Fase 4: een ontwerpvoorstel uitwerken op basis van een goede combinatie van deeluitwerkingen

• Fase 5: (een deel van) het ontwerp realiseren als model, methodiek, prototype

• Fase 6: het ontwerp toetsen aan het eisenprogramma en zo nodig met verbetervoorstellen komen

• Fase 7: het ontwerpresultaat en het gelopen proces voorstellen/presenteren

• Fase 8: reflecteren op het ontwerpproces

De diepgang en de bijbehorende tijdsbesteding waarmee dit leerplandoel aan bod kan komen hangt af van de graad, de studierichting en het geheel van de inhoudsgebonden doelen in het betrokken leerplan. De verwachtingen bij een leerplan Natuurwetenschappen met specifieke inhouden STEM zijn anders dan bij een basisleerplan Natuurwetenschappen.
Zoals al aangegeven kan het in functie van de beschikbare onderwijstijd ook zinvol zijn om een bestaande situatie te verkennen waarin al stappen zijn gezet om tot een oplossing te komen. 
Het leerplandoel specificeert niet welke specifieke natuurwetenschappelijke inhouden (biologie, chemie, fysica) geïntegreerd worden. 
Er kan ook gezocht worden naar een haalbaar aantal problemen in een graad binnen weloverwogen contexten. Daar liggen keuzemogelijkheden voor leraren en scholen.

Mogelijkheden voor leerlijnen over de graden heen

• De mate waarin de opdracht voortbouwt op voorkennis en verworven vaardigheden versus de nood om op een flankerende manier bijkomende kennis en vaardigheden te verwerven.

• De complexiteit van het probleem of uitdaging (beperkt of uitgebreid eisenprogramma).

• De autonomie van de leerlingen: de mate waarin leerlingen ondersteund en begeleid worden doorheen het ontwerpproces versus verwachtingen over autonoom en teamgericht handelen.

• De mate waarin het ontwerpproces methodisch wordt benaderd: bijvoorbeeld door keuzebepalend onderzoek, aanwenden van methoden om ideeën te genereren, ideeën te selecteren, methodisch uit te werken, gebruik te maken van technieken om te modelleren …

• Om transfer van ontwerpvaardigheden te stimuleren is het aangewezen om kennis van de betrokken concepten en ontwerpvaardigheden in te oefenen in contexten die voldoende gevarieerd zijn. Het is zinvol om aandacht te besteden aan eventuele gelijkenissen en verschillen die daaruit voortvloeien.
  Een weloverwogen keuze van contexten is dan ook relevant voor het ontwikkelen van leerlijnen. Relevante contexten kan je vooral vinden in de leefwereld, bij maatschappelijke uitdagingen of bij de context van onderzoek voeren in schoolopdrachten.

• De opdracht afstemmen op de beginsituatie:
  • relevante voorkennis en verworven vaardigheden actief ophalen en het belang ervan toelichten;
  • vanuit aandacht voor alle leerlingen in de klas;
  • de opdracht en de werkvormen afstemmen op de beginsituatie en de beschikbare tijd.

• Inspelen op motivatie
  • Autonomie: ruimte laten voor eigen keuzes en leerlingen daarin begeleiden.
  • Verbondenheid: samen ontwerpen met aandacht voor interactie en feedback; een contextrijke opdracht of een inhoudelijke invulling die betekenisvol is of kan worden voor de leerling.
  • Competentie: kiezen voor een opdracht die kan aansluiten bij de beginsituatie en die geleidelijk kan worden aangepakt; vanuit voldoende begeleiding en feedback kunnen leerlingen succes ervaren. Aandacht voor differentiatie is hier belangrijk.
    Belangrijke overwegingen bij de beginsituatie:
      - relevante voorkennis vanuit hun leefwereld;
      - al verworven vakwetenschappelijke kennis die kan worden ingezet;
      - relevante kennis over praktisch werk en labovaardigheden.

• Het is zinvol om aandacht te besteden aan het verkennen van de context bij de probleemstelling, bijvoorbeeld aan de hand van observaties of metingen tijdens een plaatsbezoek, gebruik van beeldmateriaal, een beknopt gesprek voeren met eventuele probleemeigenaar(s) …

• Je kan de complexiteit van de probleemstelling in de beginfase beperken (om cognitieve overbelasting te voorkomen) en tijdens het verdere proces enkele bijkomende eisen toevoegen aan het ‘programma van eisen’.

• Het is aangewezen om een informatierijke omgeving aan te reiken: bestaande oplossingen voor deelproblemen, informatie over gelijkaardige problemen, informatie over bruikbare hulpmiddelen en onderzoeksmethoden (bv. observeren, meten).
  AI kan een zinvol hulpmiddel zijn doorheen meerdere fasen van het ontwerpproces. Bij het gebruik van AI is het belangrijk om aan te geven hoe dat mag en voor welke onderdelen van de opdracht. Geef aan wat thuis mag gebeuren en wat moet onder toezicht in de klas.

• Je kan hulpmiddelen introduceren om het probleem beter in kaart te brengen, bijvoorbeeld om deelaspecten te onderzoeken zodat leerlingen geïnformeerde keuzes kunnen maken tijdens het ontwerpen. Je kan het doel verhelderen door na te denken over criteria zoals gewenste functies, kwaliteit, financiële beperkingen, beschikbare tijd, nodige informatie.

• Je kan de deelfuncties waaraan de oplossing moet voldoen laten bepalen en in verband brengen met de eisen.

• Ontwerpproblemen kennen geen unieke oplossingen. Het gaat over de zoektocht naar het beste alternatief uit meerdere mogelijke uitwerkingen.

• Creatief denken bestaat uit meerdere ideeën ontwikkelen (divergent denken) en ideeën kiezen (convergent denken).

• De leerlingen documenteren de stappen in hun denkproces tijdens het ontwerpen door bv. schetsen en aantekeningen te maken, tussentijdse resultaten te fotograferen … Op die manier ontstaat een ‘verhaallijn’ die de leraar helpt om zicht te krijgen op het leerproces en die ook het denken van de ontwerpende leerling voortstuwt.

• Doorheen het ontwerpproces kan je leerlingen stimuleren om hun ontwerp af te stemmen op specifieker wordende eisen. Tussentijdse en gedeeltelijke resultaten kunnen een stimulans zijn om nieuwe ideeën te genereren.

• Het is aangewezen om te streven naar een afwisseling tussen denken en doen: analytisch en planmatig denken loopt parallel met doe-activiteiten.

• Het is zinvol om denkpauzes in te lassen. Leerlingen reflecteren daarbij regelmatig over de voortgang van hun werk en dat van anderen.

• Je kan tussentijdse ideeën uitwisselen in groepjes en leerlingen elkaar feedback laten geven. Je kan in groep sterke en zwakke kanten van verschillende ontwerpideeën bespreken.