STEM

STEM is een acroniem van ‘Science, Technology, Engineering en Mathematics’. Het begrip wordt voornamelijk gebruikt in context van onderwijsbeleid en curriculumkeuzes, met de bedoeling de interesse en competenties van leerlingen voor deze vakgebieden te verhogen en zo een grotere doorstroming te bekomen naar zogenaamde STEM-beroepen. In STEM-studierichtingen  ligt de nadruk op exacte wetenschappen, toegepaste wetenschappen, techniek, ICT en wiskunde. Er zijn verschillende netwerken en platformen die nadenken over wat STEM nu juist betekent. Interessant om te bekijken zijn de modellen van het netwerk STEM+ voor de basis en iSTEM voor het secundair. Wij sluiten aan bij deze modellen, maar geven hieraan een specifieke invulling.

2D_spectrum

In een STEM-project wordt er zoveel mogelijk naar gestreefd om de 4 pijlers (S, T, E en M) te integreren. Dat hoeft niet het geval te zijn in elke deelfase van een project, maar globaal bekeken komen ze wel in min of meerdere mate allemaal aan bod. STEM is echter meer dan de som van de 4 deelaspecten, want het biedt een mooi kader om 21ste-eeuwse competenties te ontwikkelen.

Leerlingen moeten problemen kunnen oplossen en daartoe correcte en noodzakelijke informatie verzamelen, onderzoek voeren, gegevens interpreteren, ontwerpen, samenwerken, communiceren, …. Het ontwikkelen van dergelijke competenties gebeurt met vallen en opstaan, met het durven maken van keuzes. De leerlingen moeten daartoe voldoende kansen krijgen en moeten uitgedaagd worden om die keuzes te maken. Vrijheid is dus een intrinsiek deel van STEM. Die vrijheid kan op verschillende manieren aangereikt worden. Hieronder onderscheiden we twee dimensies in het spectrum van mogelijkheden. Je kan vrijheid inbouwen in de opdracht en in de begeleiding. 

Openheid van opdracht

Wanneer in een opdracht de oplossing op voorhand vast ligt is er geen sprake van STEM. Een opdracht moet open genoeg zijn zodat leerlingen verschillende oplossingen voor een probleem kunnen verkennen, ze leren omgaan met falen na het volgen van een doodlopend pad, ze leren verschillende deelaspecten te onderscheiden en vervolgens leren kiezen op welke ze willen inzetten, ... 

Een grote zorg bij het aanbieden van die vrijheid is natuurlijk de onzekerheid die bij de begeleider kan ontstaan. Welke keuzes worden aangeboden? Hoe kan ik dat allemaal in de hand houden? Hoe kunnen we er zeker van zijn dat bepaalde leerdoelen bereikt worden? Moet er niet enigszins gestuurd worden?
Ook bij leerlingen leidt die vrijheid tot onzekerheid. Doe ik het goed? Wat als we de verkeerde keuze maken? Wat als onze oplossing niet voldoet? Je kan het hen niet kwalijk nemen. Ze zijn het gewoon dat er een bepaald antwoord verwacht wordt op een gestelde vraag. Vaak ligt de nadruk op het resultaat en minder op het proces.

Een mooi resultaat dat aan vooraf bepaalde normen voldoet is natuurlijk het gemakkelijkst te bereiken via het volgen van een stappenplan. Maar wat hebben leerlingen dan echt geleerd? Het aanbieden van verschillende mogelijkheden, het openen van verschillende wegen, het stellen van een zeer open vraag, … Het laat toe om de nodige vrijheid te introduceren en het geeft de leerlingen veel leerkansen. 

tabel

In de dimensie van de openheid van de opdracht onderscheiden we vier types: bevestigend, gestuurd, begeleid en open. Wat is dan een goede balans tussen een gesloten en een open vraag, tussen bevestigend/gestuurd en begeleid/open onderzoek, tussen (een stappenplan) volgen en vrij exploreren, tussen antwoorden geven en nieuwe vragen stellen, tussen informatie aanbieden en informatie laten ontdekken, tussen gesloten en open begeleiden? Op die vragen proberen we in STEM3D een antwoord te bieden. De focus ligt op het aanzetten tot denken voor, tijdens en na het doen, gebruik makend van dialoog.

Alles begint bij de initiële probleemstelling. De mate van vrijheid die in het STEM-project wordt geboden is al af te leiden uit de eerste vraag. De figuur hieronder geeft voorbeelden van initiële opdrachten/probleemstellingen/vragen op de dimensie openheid van opdracht. 
De vragen aan de linkerkant van het spectrum zijn vrij gesloten, de methode en de resultaten liggen redelijk vast. Het is duidelijk dat er een zonneboiler zal worden gemaakt. We weten hoe die er zal uitzien en dat die waarschijnlijk goed zal werken. Maar weten de leerlingen dan ook echt hoe een zonneboiler werkt? Welke factoren je kan veranderen om die efficiënter te maken? Welke wetenschappelijke principes werkzaam zijn? Wordt er inzicht gecreëerd? Misschien wel, dat is grotendeels afhankelijk van de begeleiding.

De vragen aan de rechterkant van het spectrum doen dan misschien wat vreemd aan, maar ze zetten wel onmiddellijk aan tot nadenken en dialoog. Wat het resultaat is van die denkoefening en die dialoog ligt niet vast, maar kan wel min of meer gestuurd worden. Het is helemaal niet zeker dat het eindresultaat een werkende zonneboiler is, maar het kan. De kans is wel groot dat leerlingen op zoek gaan naar kenmerken van licht en water, meer inzicht verwerven in de wetenschappelijke aspecten van licht en water, meer nadenken over de materialen die het meest geschikt zijn om een zonneboiler of een ander ontwerp te maken. De vraag kan ook leiden tot het ontwerpen van watermolen, een brandstofcel, een zonneoven of een waterzuiveringsstation, …. Veel hangt af van de leerlingen zelf en de begeleiding van de leerkracht. We bieden in STEM3D een kader en ondersteunend materiaal.

spectrum_vragen

Openheid van begeleiding

Het begeleiden van leerlingen bepaalt mee het succes van een STEM-opdracht. In STEM3D ondersteunen we leerkrachten hierin door de STEM-opdracht in 5 stappen op te delen, en door te focussen op denkhoudingen. Tijdens alle fasen wordt steeds het denken gestimuleerd via dialoog. Dat is STEM3D.

De 5 stappen die we onderscheiden kunnen in elk project een ander verhouding aannemen. De volgorde zoals hieronder voorgesteld kan wisselen, maar we geven enkele redenen waarom we in STEM3D voor deze volgorde kiezen. 

In STEM3D beginnen we met het stellen van een open vragen. Dit zorgt ervoor dat kan gepeild worden naar de voorkennis van de leerlingen. Wat weten ze of denken ze te weten? Die voorkennis, al dan niet juist, is belangrijk. Exploratie van de eigen ideeën en achterhalen van de relevante en correcte wetenschappelijke concepten is dan ook een fundamentele stap. De kennis over stoffen, materialen, processen, … die opgedaan wordt in deze fase komt handig van pas tijdens het ontwerpproces. Meer nog, om een efficiënte oplossing te vinden voor een (technisch) probleem is deze kennis absoluut nodig.

Na deze initiële fase zitten leerlingen met enkele vragen. Ze krijgen vervolgens de kans om hier zelf antwoorden op te zoeken. Deze stap zorgt ervoor dat de leerlingen voldoende tijd nemen om zelf antwoorden te bedenken op hun vragen. Aansluitend krijgen ze antwoorden op hun vragen (en meer) zoals deze begrepen worden in de wetenschap. De combinatie van voorspelling gevolgd door het echte antwoord laat krachtig leren toe. 
Bovendien krijgen a
lle leerlingen de nodige basis kennis en inzichten mee. Dit zorgt ervoor dat iedereen met dezelfde voorkennis aan de ontwerptafel komt, een noodzakelijke voorwaarde om samen iets nieuws te construeren (zij het een ontwerp of nieuwe kennis). 

Fase 4 is vaak de kern van de STEM-opdracht. Hierin werken leerlingen naar een prototype oplossing. En tenslotte worden leerlingen nog een laatste maal uitgedaagd om met dezelfde stof aan de slag te gaan in een nieuwe, bredere context. 

In STEM3D proberen we door gerichte vraagstelling de leerlingen aan te zetten tot denken. De denkhoudingen helpen om het denken te richten en te expliciteren (wat helpt om deze meta-cognitieve vaardigheden onder de knie te krijgen). De leerkracht zal de dialoog tussen (zichzelf en) de leerlingen begeleiden. In dit onderzoeksproject hebben we verschillende thema's en STEM-projecten uitgewerkt waarmee je aan de slag kan in de klas. 

5 stappen uitgewerkt