Een onderzoek plannen en uitvoeren

515641_8532_Picto_onderzoekWaarom onderzoeken?

Onderzoeken is een cruciale vaardigheid zowel om de werkelijkheid zo accuraat mogelijk te kunnen beschrijven, als om theorieën over hoe die wereld in elkaar zit te testen en de grenzen van hun bruikbaarheid op te zoeken en af te tasten.

Een accurate beschrijving van fenomenen kan aspecten aan het licht brengen die verdere verklaring nodig hebben, of meer vragen oproepen die een startpunt kunnen vormen van verder onderzoek.

Verklarende modellen en theorieën moeten getest worden op hun betrouwbaarheid in diverse omstandigheden, en om te bekijken of voorspellingen en hypothesen die eruit voortkomen bevestigd worden door gemeten gegevens.

Experimenten ontwerpen en observaties opzetten die geschikt zijn om gestelde vragen te beantwoorden of vooropgestelde hypotheses op betrouwbaarheid te testen zijn noodzakelijke vaardigheden die ontwikkeld moeten worden binnen het wetenschapsonderwijs.

Soorten onderzoeken

Een onderzoek bestaat uit het verzamelen van gegevens, om aan de hand van deze gegevens een conclusie te kunnen trekken, een verband te vinden, een model op te stellen, … Deze gegevens kunnen op verschillende manieren verzameld worden. Leerlingen zouden in staat moeten zijn om deze verschillende vormen van onderzoek te onderscheiden, en in te zien in welke situatie welke methode het best gepast is. In natuurweten­schappen zijn de meest gebruikte methodes:

  • De observatie. Een observatie is een onderzoek waarbij de onderzoeker geen enkele poging doet om een aspect van wat hij onderzoekt te controleren. Deze methode houdt in dat de onderzoeker gegevens verzamelt in de natuurlijke omgeving van wat hij wil observeren, zonder hierin actief en bewust in te grijpen. Een vogelobservatie, biotoopstudie, een dissectie, … vallen hieronder.
  • Het experiment. Hierbij zal de onderzoeker bewust een aantal factoren wijzigen om te bekijken hoe deze wijzigingen andere factoren beïnvloeden. Een experiment waarbij de temperatuur van een gegeven hoeveelheid gas in een constant volume gradueel wordt verhoogd, waarbij telkens gemeten wordt hoe de druk daarbij wijzigt, is een voorbeeld van een experiment. Een onderzoek waarbij je de invloed van zonlicht op fotosynthese wil nagaan, en waar je één plant continu blootstelt aan licht, één in halfschaduw plaatst en één in volledige duisternis, is eveneens een voorbeeld van een experiment.
  • Gepubliceerde data interpreteren. Het kan zijn dat de data al verzameld is, en dat het onderzoek eruit bestaat om uit de data relevante informatie te filteren, groeperen en interpreteren. Voor een onderzoek rond de evolutie van de waterkwaliteit kunnen zowel gegevens rond de waterkwaliteit verzameld door de VMM, als gegevens over de neerslag verzameld door het KMI gebruikt worden. Door beide set gegevens met elkaar te vergelijken, kan er nagegaan worden in welke mate neerslag een invloed heeft op de waterkwaliteit.
  • De enquête. Bij deze onderzoeksvorm wordt aan een groep mensen een aantal vragen voorgelegd. De antwoorden worden dan met behulp van statistiek verwerkt, waaruit dan conclusies worden getrokken. Minder prominent in natuurwetenschappen dan observaties en experimenten, kan deze onderzoeksvorm toch gebruikt worden in bv. een onderzoek naar de voedingsgewoonten van de klasgroep, sportgewoontes, milieubewustzijn, …

In vele gevallen worden bij uitgebreide onderzoeken meerdere methodes naast elkaar gebruikt. Een observatie kan leiden tot het opzetten van een experiment, resultaten uit enquêtes kunnen vergeleken worden met data uit literatuur, …

In een eerste (en tweede) graad secundair is het echter aan te bevelen van de types onderzoek goed te onderscheiden, en stap voor stap te doorlopen. Hoewel onderzoeks­opdrachten wel degelijk kunnen voortbouwen op eerder gedane onderzoeken, draag je er best zorg voor dat leerlingen door te complexe opdrachten de focus niet kwijtraken.

Onderzoek_banner

Aspecten bij opzetten van een onderzoek

Ongeacht welke onderzoeksvorm er gehanteerd wordt, zijn er een aantal duidelijke aspecten in de opzet van het onderzoek, waarrond de leerlingen gefundeerde beslissingen zouden moeten kunnen nemen. Zo dient men rekening te houden met volgende elementen:

  • Onderscheiden van variabelen. Meestal zijn er verschillende factoren die het resultaat van een onderzoek kunnen beïnvloeden. Bij een experiment is het cruciaal om te bepalen welke factoren je vrij laat evolueren (de afhankelijke variabelen) en welke factoren jij controleert en systematisch laat veranderen (de onafhankelijke variabele). Bij een ontwerp van een experiment zal men meestal één afhankelijke en één onafhankelijke variabele vooropzetten, en de andere factoren die mogelijks een invloed hebben constant houden.
  • Controle van omgevingsfactoren. Als onderzoeker heb je niet altijd alle factoren onder controle. In bepaalde gevallen, zoals in biotoopstudies en veldonderzoek, is het onmogelijk om alle omgevingsfactoren effectief te controleren. Maar in dat geval is het wel noodzakelijk om alle relevante factoren te identificeren, te bepalen en te documenteren, ook al heb je er niet direct controle over. Deze informatie kan wel van belang zijn om te vergelijken met gelijkaardige onderzoeken of om mogelijke conclusies uit te sluiten die uit je meetgegevens zouden kunnen volgen.
  • Keuze van materiaal. Eens bepaald welke factoren je in kaart wil brengen, is de cruciale volgende stap beslissen welke meetinstrumenten je daarvoor gaat gebruiken. Precisie is daarbij een belangrijke factor, en leerlingen zouden daaromtrent voldoende inzicht moeten hebben en gefundeerde beslissingen kunnen nemen, en bv. inzien dat een chronometer nauwkeurig tot op een duizendste seconde weinig meerwaarde biedt als je met de hand afdrukt en reactietijden in rekening moet brengen, weten wanneer een maatcilinder en wanneer een maatbeker te gebruiken, een multimeter juist kunnen instellen, …

Indien voor het onderzoek specifieke stoffen en materialen vereist zijn, wordt hiervan op voorhand een inventaris gemaakt, waarbij ook veiligheidsaspecten en risico’s opgelijst worden, en wat er moet gebeuren met eventueel afval.

  • Opstellen en uitvoeren meetprocedures. Eens de keuze van instrumentatie bepaald, moet vastgelegd worden hoe deze juist gebruikt zal worden. Binnen welk tijdsbestek, binnen welke tijdsintervallen, hoeveel metingen worden uitgevoerd om repliceerbaarheid te testen, hoe data zal verzameld worden,

Dit alles resulteert in een concreet werkplan, dat vervolgens nauwgezet wordt uitgevoerd. Aandacht wordt gegeven aan:

  • Nauwkeurig en objectief waarnemen en observeren
  • Zin voor nauwkeurigheid
  • Ordelijk en georganiseerd werken
  • Verantwoordelijk omgaan met materiaal

Leerlingen moeten de kans krijgen om de vaardigheden die nodig zijn bij het plannen en uitvoeren van onderzoeken te trainen en aan te scherpen. Sterke geleide onderzoeken kunnen zeker nuttig zijn, zeker in het aanbrengen en inoefenen van procedurale kennis, zoals omgaan met een microscoop, hoe een multimeter gebruiken, … Niettemin willen we hier ook wel pleiten voor meer open opdrachten. Onderzoeksvaardigheden komen maar tot hun recht als leerlingen leren nadenken en argumenteren waarom ze specifieke handelingen verrichten. Daarbij hoort ook af en toe de mist ingaan. Een onderzoek is maar mislukt als je er niks uit leert, en als cruciale conclusies kunnen getrokken worden rond het proces van onderzoeken zelf, is dat een belangrijke les. Gun het leerlingen om fouten te maken, als ze daardoor meer en meer (zelf)kritisch worden en hun vaardigheden aanscherpen, kunnen dit grote stappen zijn in hun leerproces.