Denk- en werkwijzen

werkwijzen_kop2

Wetenschap is meer dan een hoeveelheid kennis, opgeslagen in boeken. Wetenschap is een methode, een manier van werken, om tot betrouwbare en verifieerbare kennis te komen. Het lijkt evident dat in wetenschapsonderwijs deze manier van werken expliciet wordt aangebracht aan de leerlingen.

Door vertrouwd te zijn met de manieren waarop wetenschap tot resultaten komt, en hoe deze resultaten gebruikt worden als startpunt voor discussies en verder onderzoek, krijgen leerlingen meer inzicht in de waarde en het belang van wetenschap. Zij krijgen een besef van het dynamische en evoluerende aspect van wetenschappen, en zien de noodzaak in van een aanmerkelijke dosis creativiteit en verbeeldingskracht. Ook de sociale en culturele aspecten van wetenschap kunnen in de verf gezet worden, hoe wetenschap het werk is van een hele gemeenschap, met een specifieke taal en manier van communicatie.

Maar hoe werkt een wetenschapper? Hoe ziet die wetenschappelijke methode eruit? Daar wordt het complex. Als we de literatuur erop naslaan, dan zijn de meeste auteurs het erover eens dat er niet zoiets bestaat als dé wetenschappelijke methode. Wetenschappers in verschillende domeinen werken op verschillende manieren, en zelfs binnen één domein kan er  grote verscheidenheid aan werkwijzen zijn. (Wong and Hodson, 2009).

werkwijzen_wrong

Het meest volledige beeld van hoe een wetenschapper werkt vinden wet terug in het model van Osborne (Osborne, 2013) en overgenomen en uitgebreid in het STEM-framework van de Next Generation Science Standards (Schweingruber et al., 2012).

Werkwijzen_Osborne

In dit model worden drie “spheres of activity” geïdentificeerd:

  • Enerzijds is er aan de linkerkant een luik rond “onderzoeken”. Vertrekkende vanuit de verwondering over de fysieke wereld, worden (onderzoeks)vragen gesteld, onderzoeken gepland, observaties verricht, experimenten uitgevoerd… Gegevens worden verzameld, gestructureerd en geanalyseerd.
  • De activiteiten aan de rechterkant draaien rond “verklaren”. Door gebruik te maken van modellen wordt getracht een dieper inzicht te verwerven hoe de realiteit werkt en in elkaar zit. Theorieën worden uitgewerkt om waargenomen fenomenen te verklaren door redeneren, deduceren en logisch denken. Voor het opstellen van deze modellen is een stevige portie verbeelding en creatief denken noodzakelijk. Om fenomenen en modellen eenduidig te beschrijven wordt dikwijls een beroep gedaan op wiskunde. Het verwerven van de nodige mathematische vaardigheden is dan ook essentieel voor elke wetenschapper. Modellen en theorieën zijn echter nooit een eindpunt, maar eerder een nieuw vertrekpunt voor het stellen van hypotheses en middelen voor het bedenken van oplossingen voor gestelde problemen. Hypotheses en oplossingen die dan door onderzoek verder kunnen getest worden…
  • Tussen onderzoeken en verklaren staat “Argumentatie en kritiek” centraal. Op een logische, heldere manier een argumentatie kunnen opbouwen om modellen en theorieën te onderbouwen, een geloofwaardige hypothese naar voor te schuiven of conclusies uit een onderzoek te verdedigen is een cruciale vaardigheid voor elke wetenschapper. Hij gaat hierbij steeds uit van feitenmateriaal, dat waarneembaar is en geverifieerd kan worden (evidence based). Ook kritiek is fundamenteel. Slechts door gefundeerde kritiek kunnen zwakke punten in argumenten, theorieën en voorgestelde oplossingen gevonden worden. Kritiek vormt de nodige basis om bestaande modellen en theorieën bij te sturen en verder uit te bouwen Het erkennen van de rol van kritiek als wijze om wetenschappelijke kennis te versterken en verder uit te bouwen is noodzakelijk om een grondige appreciatie te ontwikkelen voor de kracht van wetenschap.

Welke vaardigheden hebben leerlingen concreet nodig om volgens dit schema te kunnen werken en onderzoeken? Het K-12 Framework for Science Education geeft het volgende overzicht (klik op de links voor meer informatie en een diepgaander uitwerking):

515641_8532_Picto_Vragen Vragen stellen en problemen definiëren
515641_8532_Picto_onderzoek Onderzoek plannen en uitvoeren.
515641_8532_Picto_data Data analyseren en interpreteren.
515641_8532_Picto_argument Argumenteren op basis van bewijsmateriaal.
515641_8532_Picto_Wiskunde Wiskundig en computationeel denken.
515641_8532_Picto_Modellen Modellen gebruiken en ontwikkelen.
515641_8532_Picto_Verklaren Verklaringen geven en oplossingen bedenken.
515641_8532_Picto_Info Informatie verzamelen, evalueren en communiceren.