Basisvorming SC06 - 1e graad A/B stroom - 2e graad D/DA/A finaliteit - 3e graad D/DA/A finaliteit
De leerlingen ontwerpen een oplossing voor een probleem door wetenschappen, technologie of wiskunde geïntegreerd aan te wenden.
Rekening houdend met concepten van de graad en de context waarin dit leerplandoel aan bod komt.
Concretisering
Dit leerplandoel, dat gedurende zes jaar voor alle leerlingen secundair onderwijs deel uitmaakt van het curriculum van de basisvorming, stimuleert leerlingen om via STEM onderwijs probleemoplossende vaardigheden te ontwikkelen (ontwerpend leren).
Wat is de invulling van het probleem binnen STEM?
Het betreft een probleem/behoefte met een maatschappelijke betekenis, die leerlingen uitdaagt tot het zoeken van een creatieve oplossing.
Het probleem/de behoefte mag niet-vastomlijnd zijn, opdat leerlingen tot de vaststelling komen dat verschillende oplossingen mogelijk kunnen zijn en leren beargumenteren waarom zij voor een welbepaalde oplossing gaan.
Het probleem/de behoefte heeft aansluiting met de leefwereld van de leerlingen.
Geen STEM zonder maatschappelijke relevantie
Het maatschappelijk karakter of belang van het probleem/de behoefte vormt het grote onderscheid tussen een STEM-project en een techniek project, omdat een techniekproject zich toespitst op het oplossen van een technisch probleem.
Voorbeelden
Zoek een creatieve oplossing voor de vermindering van de afvalberg in de school.
Zoek een creatieve oplossing voor meer duurzame mobiliteit naar school.
Wat wordt bedoeld met "wetenschappen, technologie of wiskunde geïntegreerd aan te wenden"?
Leerinhouden uit de disciplines wetenschappen, technologie of wiskunde worden samengebracht en ingezet om het probleem op te lossen.
Waarom is de geïntegreerde aanpak zo belangrijk?
De geïntegreerde benadering draagt bij aan het verankeren van de specifieke kennis en vaardigheden uit de verschillende STEM disciplines en aan het ervaren van de relevantie van wetenschappen, technologie en wiskunde.
De mate van integratie is afhankelijk van het probleem/de behoefte. Er kan evenwel maar sprake zijn van integratie wanneer ten minste twee disciplines aan bod komen. Vanaf de tweede en derde graad wordt verwacht dat elke STEM discipline ten minste eenmaal wordt ingezet bij het ontwerpen van een oplossing voor een probleem. Ook niet STEM disciplines zoals aardrijkskunde, informaticawetenschappen, bewegingswetenschappen, ... kunnen aan bod komen.
Welke stappen doorlopen de leerlingen (deels) tijdens het ontwerpen van een oplossing voor een probleem?
Probleemdefinitie
Begin met het identificeren en definiëren van een probleem dat relevant is voor de leerlingen. Bespreek het belang van het probleem en de impact die een oplossing zou kunnen hebben.
Wat is het probleem?
Wie heeft dit probleem?
Wanneer en waar ervaren zij dit probleem?
Wat is de omvang van het probleem?
Hoe gaan zij om met het probleem?
Wie heeft het probleem niet?
Waarom niet? Hebben zij het probleem ontweken, verminderd of opgelost?
Wat zijn elementen in het probleem? Denk aan: praktisch, emotioneel, ...
Waarom is het probleem nog niet opgelost?
Vraagstelling
Formuleer samen met de leerlingen specifieke vragen die het probleem afbakenen. Dit helpt om de focus te bepalen en zorgt ervoor dat de zoektocht naar oplossingen gericht en effectief is.
Ideeën verzamelen
Leid een brainstormsessie waarin leerlingen vrij ideeën kunnen genereren zonder oordeel (divergeren). Stimuleer creativiteit en out-of-the-box denken.
Laat de leerlingen de vraag in gedachten houden.
Laat de leerlingen zoveel mogelijk ideeën verzamelen.
Stel je oordeel uit en zorg voor een veilige omgeving.
Schrijf alles op.
Combineer en bouw voort op ideeën van elkaar.
Oplossing kiezen
Vervolgens bundelen leerlingen de ideeën door ze te groeperen en te filteren om de meest haalbare en innovatieve oplossingen te selecteren op basis van welbepaalde criteria. De criteria worden aangereikt, gezamenlijk opgesteld door leraren en leerlingen, of uiteindelijk volledig door de leerlingen zelf ontwikkeld.
Keuzes beargumenteren
Stimuleer leerlingen om hun keuzes te beargumenteren zodat ze analytische en kritische denkvaardigheden ontwikkelen, alsook zelfvertrouwen in hun vermogen om weloverwogen beslissingen te nemen.
Plan van aanpak
Help leerlingen een gedetailleerd stappenplan op te stellen voor het ontwikkelen van hun oplossing. Dit plan moet voor alle noodzakelijke deelproblemen een oplossing omvatten van ontwerp tot uitvoering.
Plan stap per stap uitvoeren
Laat leerlingen het plan van aanpak uitvoeren en laat hen stapsgewijs de deelproblemen oplossen zodat ze gestructureerd te werk te gaan en vooruitgang boeken.
Maak gebruik van checkpoints, dit zijn momenten waarop leerlingen hun voortgang kunnen evalueren en reflecteren op hun werk. Deze checkpoints kunnen worden geplaatst na elke belangrijke stap of na het oplossen van een deelprobleem.
Ontwerp creëren
Na het succesvol oplossen van de deelproblemen, worden de deeloplossingen samengevoegd om een ontwerp zoals een prototype, opstelling, simulatie, ... te maken dat dient als oplossing voor het probleem.
Het maken van een ontwerp als oplossing voor een probleem binnen de geïntegreerde STEM kan op verschillende manieren worden georganiseerd: zowel klassikaal, in leerlingengroepen, als individueel.
Ontwerp testen en bijsturen
Zodra het ontwerp klaar is, testen de leerlingen het om te zien hoe goed het werkt. Dit is een belangrijke fase waarin zij eventuele problemen identificeren en het ontwerp waar nodig bijsturen.
Dit test- en aanpassingsproces kan een paar keer worden herhaald. Hierdoor leren leerlingen om door te zetten en steeds te blijven verbeteren.
Specifieke vorming WD12 - 2e graad & 3e graad
Biotechnologische STEM-wetenschappen, Biotechnologische wetenschappen, Bouwwetenschappen, Technologische wetenschappen (DG); Binnenvaarttechnieken, Biotechnieken, Bouwtechnieken, Elektromechanische technieken, Elektrotechnieken, Houttechnieken, Maritieme technieken dek, Maritieme technieken motoren, Mechanische technieken, Textielontwerp en prototyping, Textielproductietechnieken, Voertuigtechnieken (DA)
Biotechnologische en chemische STEM-wetenschappen, Biotechnologische en chemische wetenschappen, Bouw- en houtwetenschappen, Informatica- en communicatiewetenschappen, Mechatronica, Technologische wetenschappen en engineering (DG); Autotechnieken, Binnenvaarttechnieken, Biotechnologische en chemische technieken, Bouwtechnieken, Dentaaltechnieken, Elektromechanische technieken, Elektronicatechnieken, Elektrotechnieken, Houttechnieken, Industriële ICT, Koel- en warmtetechnieken, Maritieme technieken dek, Maritieme technieken motoren, Mechanische vormgevingstechnieken, Optiektechnieken, Orthopedietechnieken, Podiumtechnieken, Textielontwerp en prototyping, Textielproductie-technieken, Vliegtuigtechnieken (DA)
De leerlingen ontwikkelen een oplossing voor een probleem door STEM-disciplines geïntegreerd toe te passen.
Interactie tussen onderzoeken en ontwikkelen
Modelleren
Rekening houdend met concepten van de graad en de context waarin dit leerplandoel aan bod komt.
Uitbreiding van de basisvorming
Dit leerplandoel is een logische en essentiële aanvulling op het leerplandoel van de basisvorming. In de basisvorming ligt de focus voornamelijk ontwerpend leren. Via dit leerplandoel uit de specifieke vorming wordt het ontwerpend leren verder uitgediept én gecombineerd met het onderzoekend leren.
De integratie van ontwerpend en onderzoekend leren tilt de leerlingen in de STEM-gerelateerde studierichtingen een niveau hoger. Het is vanzelfsprekend dat de twee leerplandoelen als één geheel worden gerealiseerd.
Concretisering in functie van niveauverhoging t.o.v. de basisvorming
Interactie tussen onderzoeken en ontwikkelen
Memorie van toelichting: bij het ontwikkelen van een oplossing van een probleem nemen de leerlingen een onderzoekende houding aan.
Van hypothese naar ontwerp
De leerlingen beginnen met het kiezen van een onderwerp of probleem dat hen interesseert of dat aan hen is gegeven.
De leerlingen bedenken een vraag die ze willen beantwoorden over dit onderwerp.
De leerlingen stellen een hypothese op: wat denken zij dat het antwoord op hun vraag zal zijn?
De leerlingen voeren experimenten uit om te zien of hun hypothese klopt. Dit betekent dat ze zelf gegevens gaan verzamelen die nodig zijn om hun vraag te beantwoorden.
De leerlingen analyseren de gegevens die ze uit hun experimenten hebben verzameld. Ze kijken wat deze gegevens hen vertellen over hun vraag.
De leerlingen gebruiken de informatie die ze hebben verzameld om een oplossing te zoeken voor het probleem dat ze hebben onderzocht. Ze creëren een nieuw ontwerp of passen een bestaand ontwerp aan om het probleem effectief aan te pakken.
De leerlingen denken na over wat ze hebben geleerd en hoe ze het ontwerp nog verder kunnen verbeteren.
Van ontwerp naar onderzoek
De leerlingen beginnen met een specifiek ontwerp zoals prototype, opstelling, simulatie, ... dat een antwoord biedt op een bepaald probleem.
Tijdens het testen van hun ontwerp merken de leerlingen dat er nieuwe vragen opduiken of dat er onverwachte problemen ontstaan.
Deze nieuwe vragen of problemen leiden ertoe dat de leerlingen verder onderzoek moeten doen. Ze kunnen bijvoorbeeld verschillende materialen of methoden gaan testen om te zien welke beter werkt.
De leerlingen verzamelen en analyseren nieuwe gegevens om hun ontwerp te verbeteren of om meer inzicht te krijgen in het probleem.
Gebaseerd op dit onderzoek kunnen de leerlingen hun originele ontwerp aanpassen, verbeteren, of soms zelfs volledig herzien.
Dit proces van testen, onderzoeken en aanpassen herhalen de leerlingen net zo lang totdat ze een effectieve oplossing hebben gevonden.
Modelleren
Modelleren speelt een belangrijke rol in het ontwikkelingsproces binnen geïntegreerde STEM. Het creëren van een model faciliteert het visualiseren, analyseren en doorgronden van complexe concepten en systemen door deze weer te geven in fysieke, digitale, wiskundige, conceptuele, ... modellen
Hieronder enkele voorbeelden van modellen die in STEM onderwijs kunnen worden gebruikt.
Fysieke modellen
schaalmodellen zoals een maquette
prototypemodellen zoals een constructie, apparaat of product
analoge modellen zoals "elektrische stroom als waterstroom", "verwarming van een huis als menselijk circulatiesysteem"
...
Digitale modellen
digitale ontwerpen die worden gemaakt met CAD software
digitale modellen die worden gemaakt met grafische software
digitale simulaties die de werking van een systeem of proces na te bootsen
...
Wiskundige modellen
lineaire vergelijkingen zoals een kostenanalyse
parabolische grafieken zoals een projectielbeweging
exponentiële modellen zoals de bevolkingsgroei
trigonometrische modellen (sinus- en cosinusfuncties) zoals seizoensvariaties
netwerkmodellen zoals verkeersstromen
...
Conceptuele modellen
visuele representatie zoals een schets van een ontwerp of een mindmap van een brainstorm
vereenvoudigde weergave van processen zoals de watercyclus
vereenvoudigde weergave van systemen zoals het periodiek systeem der elementen
...
Evalueer de mate van de inzetbaarheid van het model in praktijksituaties
Tijdens het ontwikkelproces van een model is het ook belangrijk om te onderzoeken in welke mate het model effectief in de praktijk kan worden ingezet. Dit omvat onder andere:
het evalueren van de praktische toepasbaarheid;
de relevantie in het dagelijkse leven;
de haalbaarheid in bestaande systemen of processen.
Dit zorgt ervoor dat het model niet alleen "op papier" werkt, maar ook nuttig en functioneel is in praktijksituaties.
Hoe maakt een school de geïntegreerde samenwerking waar?
Bij de opbouw van het schooleigen curriculum zit de school aan het stuur en is dus verantwoordelijk voor de concrete vormgeving van de geïntegreerde STEM.
Er zijn twee opties.
Leraren vanuit verschillende STEM disciplines werken samen aan de STEM-projecten als 1 team en dragen gezamenlijk de eindverantwoordelijkheid voor de geïntegreerde STEM.
Een leraar neemt één of meerdere uren STEM-onderwijs op zich en draagt de eindverantwoordelijkheid voor de geïntegreerde STEM.
Let wel in dit laatste geval is het noodzakelijk dat collega's uit andere STEM-disciplines op de hoogte zijn van de inhoud van de STEM-projecten. Want zij moeten in hun lessen bewust toewerken naar minstens één van deze projecten en zichtbaar maken hoe hun vakgebied bijdraagt aan geïntegreerde STEM.
Wat is de samenhang met de andere STEM-doelen?
Het leerplandoel "Geïntegreerde STEM: ontwerpen van een oplossing voor een probleem” maakt onderdeel uit van een set STEM-doelen. Voor iedere studierichting is de set STEM doelen visueel voorgesteld en te raadplegen via de link STEM per studierichting.
Wat is de samenhang van geïntegreerde STEM met sleutelcompetenties 5 en 15?
Wetenschappelijke publicaties over geïntegreerde STEM geven aan dat samenwerkende competenties uit de sleutelcompetentie 5 sociaal-relationele competentiets inherent verbonden is aan geïntegreerde STEM. (https://www.stematschool.be/images/visie_stem_school.pdf)
Leerplandoel:
De leerlingen werken samen met medeleerlingen aan de uitwerking van een gezamenlijk resultaat.
Ook is er een duidelijke overlap tussen het ontwerpend leren in de geïntegreerde STEM en sleutelcompetenties 15 ondernemingszin, in het bijzonder met de leerplandoelen "creatief denken" en "zin voor initiatief". (https://www.stematschool.be/images/visie_stem_school.pdf)
Leerplandoelen:
De leerlingen generen creatieve ideeën om een probleem op te lossen.
De leerlingen bespreken de uitvoerbaarheid van creatieve ideeën aan de hand van criteria.
De leerlingen werken stapsgewijs een creatief idee uit door het inzetten van tijd en middelen (enkel tweede en derde graad).
Leerlijn
Als school bouw je zelf aan een leerlijn binnen de drie graden gekoppeld aan de leerstof die aan bod komt in de verschillende graden en dit met toenemende complexiteit, praktijkervaring of externe samenwerkingen. Dit kan bijvoorbeeld betekenen dat in de derde graad projecten in samenwerking met bedrijven worden gerealiseerd.