Ontwikkeling van een STEM-project voor de 3de graad TSO: onderzoek naar de effecten van grondwaterwinning op verdroging en vegetatie.

Noah Fuhrmann
Persbericht

Verdroging aanpakken? Vraag het aan leerlingen!

Onze natuur redden en intussen wetenschappen en wiskunde leren? Het kan! In STEM-lessenpakketten gebruiken leerlingen wetenschappelijke en technische kennis om maatschappelijke problemen op te lossen. De educatieve masterscriptie onderzoekt de criteria voor doeltreffende STEM-projecten en ontwikkelt een lessenpakket over een brandend actueel milieuprobleem: verdroging.

Stelt u zich voor dat u opnieuw 17 jaar oud bent. Er ligt een grote stapel leerstof wetenschappen en wiskunde te wachten, die u dit jaar onder de knie moet krijgen. De leerkracht vraagt u niet om urenlang te luisteren en notities te nemen, maar wel om samen met andere leerlingen een oplossing te ontwerpen voor een probleem waar onze samenleving van wakker ligt. Hoe zou uw 17-jarige ik dan reageren?

In STEM-projecten oefenen de leerlingen zich in wetenschappen, techniek, ingenieursvaardigheden en wiskunde. Ze krijgen een moeilijke opdracht voor de kiezen, zoals: “ontwerp een tuin om de leefomgeving zoveel mogelijk te verbeteren”. Vervolgens verdiepen de leerlingen zich in leerstof die van pas komt om die opdracht te kunnen uitvoeren. Ze leren bijvoorbeeld over ecosysteemdiensten en software om geografische informatie te analyseren. Met die kennis op zak stellen de leerlingen een ontwerp op voor een ecologische tuin. Ten slotte evalueren de leerlingen of hun project voldoet aan eerder opgegeven criteria: “is onze tuin nu echt een meerwaarde voor de leefomgeving of niet?”

Aan welke criteria moet een STEM-lessenpakket voldoen zodat de leerlingen zoveel mogelijk bijleren? En wat moeten ze dan leren? Op die vragen tracht de educatieve masterscriptie een antwoord te vinden door het STEM-kader van de Vlaamse Overheid en de conclusies van onderwijsonderzoek te bestuderen. Het resultaat is een lijst met 24 succescriteria voor STEM-lessenpakketten.

De succescriteria gaan ten eerste over de leerdoelen en leerstof die het lessenpakket behandelt: die worden bijvoorbeeld best duidelijk geformuleerd en gelinkt aan de eindtermen. Een tweede groep succescriteria gaat over de mate waarin 21ste-eeuwse competenties zoals mediawijsheid, ontwerp- en onderzoekscompetenties worden geoefend. Daarbij is het onder meer belangrijk dat de leerlingen eigen ideeën moeten inbrengen en al samenwerkend leren. Ook moet het project hun metacognitieve vaardigheden versterken: daarbij leren leerlingen om na te denken over de manier waarop ze bijleren en problemen oplossen.

Andere succescriteria gaan over de maatschappelijke relevantie van het project en over de mate waarin de leerlingen ontwerp- en onderzoeksvaardigheden verwerven. Bij de laatste groep succescriteria staat de begeleiding van de leerlingen centraal: zo moeten de leerlingen voldoende, tussentijdse feedback krijgen.

De laatste jaren zijn er heel wat STEM-projecten opgesteld. In welke mate voldoen die aan de lijst met succescriteria? De educatieve masterscriptie selecteert vijf lessenpakketten uit de databanken Klascement en Stematschool, waarin leerlingen bijleren over milieuproblemen. Elk lessenpakket krijgt beoordelingen voor de verschillende succescriteria, gaande van ‘afwezig’ tot ‘sterk aanwezig’. Een deel van die evaluatie wordt als voorbeeld getoond op de figuur.

Voorbeeld van de evaluatie van een lessenpakket

Uit de analyse komen twee groepen naar voren. Bij een eerste groep van lessenpakketten ligt de nadruk vooral op het combineren van alle STEM-disciplines (wiskunde, wetenschappen, techniek en ingenieursvaardigheden) om een onderwerp diepgaand te begrijpen. Bijvoorbeeld: hoe kan je huidmondjes op bladeren tellen met artificiële intelligentie en wat zeggen die huidmondjes je over de klimaatverandering? Er is maar beperkte aandacht voor werkvormen die de leerkracht kan inzetten. Werkvormen zijn de activiteiten die de leerlingen uitvoeren om de leerstof te verwerven, bijvoorbeeld een klasgesprek of een spel.

De tweede groep lessenpakketten zetten dan weer sterk in op uitgeschreven werkvormen en op het bewust maken van de leerlingen van maatschappelijke problemen. Bijvoorbeeld: welke impact heeft de klimaatverandering in het Zuiden? Enkel de STEM-discipline ‘wetenschap’ is aanwezig in deze pakketten en die wordt veel minder uitgewerkt dan bij de eerste groep.

Een aantal succescriteria zijn in alle vijf de projecten weinig of niet aanwezig. Zo bevatten de lessenpakketten geen expliciete wenken voor de leerkrachten voor feedback, begeleiding en evaluatie. Bovendien worden er geen opdrachten teruggevonden die de leerlingen oefenen in hun metacognitieve vaardigheden. Ten slotte laten de lessenpakketten de leerlingen weinig ruimte om met eigen ideeën in te brengen om het onderzoeks- en ontwerpproces vorm te geven.

De educatieve masterscriptie gaat de uitdaging aan om een STEM-lessenpakket te ontwikkelen dat aan zoveel mogelijk succescriteria voldoet én een prangend milieuprobleem aanpakt: verdroging. In de laatste 20 jaar is in Vlaanderen de grondwaterstand significant gedaald op het merendeel van de meetplaatsen. De langere droogtes, veroorzaakt door de klimaatverandering, vergroten die probleem nog.

In het lessenpakket van de educatieve masterscriptie kruipen de leerlingen in de rol van een wetenschappers bij een studiebureau. Ze moeten onderzoeken welke effecten van het oppompen van grondwater voor een groot bouwproject heeft op de natuur in de omgeving. Om de nodige kennis te verwerven reikt het lessenpakket de leerlingen en leerkracht een cursus aan over de onderwerpen grondwater, grondwaterafhankelijke vegetatie en verdroging. Daarbij is er aandacht voor metacognitieve vaardigheden: de leerlingen krijgen de keuze om de leerstof zelfstandig of samen met de leerkracht te verwerken en reflecteren op het einde van de les over hun keuze.

Het pakket bevat ook opdrachten om de theorie uit de cursus in te oefenen. Die opdrachten zijn uitgewerkt volgens de principes van coöperatief leren: de leerlingen móeten wel samenwerken om succesvol te zijn.  

Voor de eindopdracht van het lessenpakket voeren de leerlingen hun onderzoek uit. Ze gebruiken een een berekeningsinstrument van VMM om te zien hoe ver de daling van de grondwaterstand rond het bouwproject zich uitstrekt. De leerlingen raadplegen ook de websites Geopunt en Databank Ondergrond Vlaanderen om te zien welke gevoelige vegetatie in de nabijheid van het bouwproject aanwezig is. Daarna voeren ze een excursie uit naar een natuurgebied met vegetatie die afhankelijk is van voldoende hoge grondwaterstanden. De leerlingen vergelijken de aanwezige plantensoorten in een perceel met een hoge grondwaterstand met de soorten in een verdroogd perceel. Als eindproduct schrijven ze hun bevindingen uit in een rapport.

In de loop van het lessenpakket hebben de leerlingen niet enkel een maatschappelijk probleem onderzocht, ze hebben ook bijgeleerd over de fysica van grondwaterstroming, grondwaterafhankelijke planten en software. Voelt de 17-jarige in u het al kriebelen om terug naar school te gaan?

Bibliografie

De Geest, P. et al., 2020. Pimp je tuin en verbeter je leefomgeving. MijnTuinlab.be., sl: Mijn Tuinlab-consortium
(Erasmushogeschool Brussel, KU Leuven en Natuurpunt). 
Departement Onderwijs & Vorming & Departement Economie Wetenschap & Innovatie, 2008. 
TOS21. Technische geletterdheid voor iedereen. Standaarden & referentiepunten. Eindrapport van 
Techniek op school voor de 21ste eeuw, sl: Vlaamse Overheid. 
Eeckhout, T., 2018. Professionalisering van de kwaliteit van (na)schoolse STEM-activiteiten: STEM-kompas.
Handleiding STEM-kompas, Aalst: Odisee. 
Ghesquière, N., Meeus, S., Van den Bulcke, J. & Wyffels, F., 2020. Kunstmatige Intelligentie, 
Klimaatverandering, Stomata: KIKS, sl: Universiteit Gent. 
Hattie, J., 2009. Visible Learning: A Synthesis of over 800 Meta-analysis relating to Achievement., 
Milton Park, Oxon: Routledge. 
Inverde, INBO & ANB, n.d.. Verdroging. [Online]  
Available at: https://www.ecopedia.be/encyclopedie/verdroging 
[Geopend 20 April 2022]. 
Johnson, D. & Johnson, R., 1996. Cooperation and the use of technology. In: D. Jonassen, red. 
Handbook of Research for Educational Communications and Technology. London: MacMillan, pp. 
1017-1044. 
Kagan, S., 2009. Cooperative learning. San Clemente, Californië: Kagan Publishing. 
Koehler, M. & Mishra, P., 2008. Handbook of Technological Pedagogical Content Knowledge for 
Educators. New York: Routledge. 
Lambrechts, E. & Van den Abeele, C., n.d.. Zuid-Noord Klimaatspiegel, sl: Protos & Good Planet. 
Mediawijs, 2021. Wanneer ben je mediawijs?. [Online]  
Available at: https://www.mediawijs.be/nl/dossiers/mediawijsheid 
[Geopend 6 April 2022]. 
National Academy of Engineering and National Research Council, 2014. STEM Integration in K-12 
Education: Status, Prospects, and an Agenda for Research. Washington, DC: The National 
Academies Press. 
National Research Council, 2011. Successful K-12 STEM education. Identifying Effective 
Approaches in Science, Technology, Engineering, and Mathematics. Washington, D.C.: The National 
Academies Press. 
Remans, K., 2006. Bio met Klasse. Lessenpakket Secundair Onderwijs., Berchem: Velt vzw. 
Schmidt, N., 2016. Trends in K-12 Science, Technologie, Engineering and Mathematics (STEM) 
education and student achievement: a meta-analysis, Ann Arbor, Michigan: ProQuest LLC. 
Smaldino, S., Lowther, D. & Mims, C., 2008. Instructional Technology and Media for Learning. 330 
Hudson Street, New York: Pearson. 
Stem @ School, 2018. STEMmodule Algen, sl: sn 
Surma, T. et al., 2019. Wijze Lessen. Twaalf bouwstenen voor effectieve didactiek. 1e red. Meppel: 
Ten Brink Uitgevers. 
Tomaç, C., 2019. Development of effective STEM education materials.. Turkey: Department of 
Mathematics and Science Education. Graduate school of natural and applied sciences. Middle 
East Technical University.. 
Valcke, M., 2019. Krachtige leeromgevingen. Omgaan met diversiteit in de klas. Gent: Academia 
Press. 
Vansteenkiste, M., 2015. Vitamines voor groei. Ontwikkeling voeden vanuit de zelf-determinatie 
theorie.. 1 red. Gent: Acco. 
Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming & Onderwijsinspectie, 2014. Onderwijsspiegel 
2014. Jaarlijks rapport van de onderwijsinspectie, Koning Albert II-laan 15, 1210 Brussel: Lieven 
Viaene, inspecteur-generaal. 
Vlaams Ministerie van Onderwijs en Vorming, 2015. STEM-kader voor het Vlaamse onderwijs. 
Principes en doelstellingen, Koning Albert II-laan 15, 1210 Brussel: Micheline Scheys, Secretaris-generaal
Departement Onderwijs en Vorming. 
Vlaamse Milieumaatschappij, 2021. Grondwaterstand (2000-2020). [Online]  
Available at: https://www.vmm.be/water/grondwater/grondwaterstand 
[Geopend 2 Mei 2022]. 
Vlaamse Raad voor Wetenschap en Innovatie, 2012. Kiezen voor STEM. De keuze van jongeren 
voor technische en wetenschappelijke studies. VRWI studiereeks 25, sl: sn 
You for Youth, sd STEAM. [Online]  
Available at: https://y4y.ed.gov/learn/steam/ 
[Geopend 20 03 2022]. 

Universiteit of Hogeschool
Educatieve Master in de “Wetenschappen en Technologie, afstudeerrichting Bio-engineering
Publicatiejaar
2022
Promotor(en)
Kristof Demeestere, Ann Dumoulin
Kernwoorden
Share this on: