STEM Concretisering
Stimulerende sneeuwcontext
Situatieschets
Het had gesneeuwd, veel gesneeuwd. Op de speelplaats van ‘De Toverdoos’ lag wel 15 cm sneeuw. Het was speeltijd en de kinderen beleefden de tijd van hun leven. Meester Bert, de turnleraar, was samen met verschillende leerlingen van 5b, druk in de weer met het creëren van een sneeuwman. De leerlingen hadden snel afgesproken wie de grootste, de grote en de kleine bal zou rollen. Bij het op elkaar zetten nam de sneeuwman steeds grotere en grotere proporties aan. Uiteindelijk torende hij boven de fietsenstalling uit. Meester Bert had het onmiddellijk gezien, het was ideale sneeuw, hij plakte goed.
Toen het belsignaal ging, hoorde juf Inge, de klastitularis van 5b, Fien zeggen: “Meester, hoe moet dat nu? We willen onze sneeuwman houden en morgen gaat het dooien, zeggen ze op de radio.” Sam, die naast Fien stond, ging er op in en opperde het idee om hem een wollen sjaal te geven. “Maar nee, hé meester,” antwoordde Fien, “ dan smelt hij nog sneller, veel te warm”.
“Ideaal,” dacht juf Inge en ze …
(Keogh, B. & Naylor, S. (2002). Concept Cartoons In Science Education : the ConCISE Project. Sandbach, Cheshire: Millgate House.
De Lange, J. (2009). Case study, the use of concept cartoons in the Flemish science education: Improvement of the tools and supporting learners' language skills through a design based research. ESERA proceedings 2009, Istanbul, Turkey)
Bij deze context kunnen heel wat vragen gesteld worden die stimuleren tot opzoekwerk om tot mogelijke verklaringen te komen:
- Welke kledij doe je het best aan wanneer het koud is? En waarom?
- Hoe hou je een drankje koel wanneer je op uitstap gaat?
- Hoe hoog kunnen we de sneeuwman maken?
- Hoe kunnen we meten hoe hoog hij is?
- ...
Zand- en zoutmengsel scheiden
Uit de review 'Goesting in STEM'
Verwonderingsvragen: zand-zout mengsel scheiden in de eerste graad secundair onderwijs:
Eén groepje gebruikt een aantal materialen zoals een magneet, een zeef, of proberen met statische elektriciteit het zand- en zoutmengsel te scheiden. Zonder dat dit resultaat oplevert. Een groepje jongens weet bij het begin van het experiment niet goed wat te doen. Quin stelt een vraag: “ Wat als we er nu water zouden in gieten?” (voorspellingsvraag). Deze vraag is een gok, omdat hij niet goed weet wat er zal gebeuren. Na enige discussie gieten enkele leerlingen water in de beker met het zand-zout-mengsel en roeren erin met een lepel.
Quin: Wat denk je dat het water zal doen? … Ik denk dat het water het zout ‘absorbeerde’.
Carl: Het vuil (zand) loste niet op, dus het vuil is gescheiden.
Quin: Maar het water zal het zout oplossen. Ik wou dat we iets hadden om dit af te gieten…
Carl: Het zout loste op. Het zit daarin.
Rick: Hoe weet je dat het daarin zit? Doe een test, Carl.
(de leerlingen gieten de zoutoplossing over in een pan)
Quin: Veel zand, maar waar is het zout naartoe?
Carl: Het zit in het water. Weg.
In de bovenstaande dialoog stelt Quin de voorspellingsvraag “Wat denk je dat al het water zal doen?”. Hij is niet zeker van het resultaat. Wat volgt, is interessant omdat hij zijn eigen vraag beantwoordt. “Ik denk dat het water het zout ‘absorbeerde’”, waarop Carl aanvult dat het water het zout oplost. Aangezien het zout niet meer waarneembaar is, stelt Rick een anomalievraag: “Hoe weet je dat het daarin zit?” Hij wil bewijs. Na het overgieten van de zoutoplossing stelt Quin opnieuw een inzichtsvraag: “Waar is het zout naartoe?”. Quin vraagt zich af hoe hij het zout kan terugwinnen uit de zoutoplossing en stelt een planningsvraag: “Hoe gaan we het terugbrengen?”. De jongens zitten vast voor een tijdje. Wat volgt is interessant omdat deze vraag Rick stimuleert om na te denken en hij suggereert aan de anderen om de zoutoplossing op te warmen. Dit is een voorbeeld waarbij een leerling (Rick) tot diepere denkprocessen wordt aangezet door de vragen van zijn medeleerlingen, wat duidelijk het effect van sociale interactie op het gebruik van probleemoplossende strategieën aantoont. Nadat Rick zijn idee toetst bij de leraar, slagen de jongens erin om het zout terug te winnen door de zoutoplossing te verhitten.
Enkele van de ideeën die aanwezig zijn bij de leerlingen worden duidelijk wanneer Rick aan Quin vraagt waar hij aan denkt. Quin zegt dat hij het water wil laten ‘smelten’. Carl verbetert hem door voor te stellen dat ‘verdamping’ een beter woord is omdat het water aan het ‘koken’ is. En Rick toont dat hij begrijpt wat er gebeurt door te zeggen dat “het zout daar zal blijven”. Dit is een mooi voorbeeld van co-constructie van kennis tijdens groepswerk, waarbij deze jongens elkaars ideeën verfijnen en bijdragen tot elkaars ontwikkeling van kennis.
Hefbomen
Fleur en Marie spelen op de wip in de speeltuin. Ze spelen een spelletje: Hoe krijgen we de wip mooi in evenwicht. Niet zo gemakkelijk, want Fleur weegt meer dan Marie. Het wordt nog moeilijker als Soetkin erbij komt. De juf beslist om daar in de klas dieper op in te gaan.
Materiaal:
- wip, bv. gemaakt met k’nex.
- 3 voorwerpen die Soetkin, Fleur en Marie voorstellen vb. Marie (50g) / Fleur (100g) / Soetkin (50g)
- weegschaal
Hoe krijgen Fleur en Marie de wip mooi in evenwicht?
Onderzoeksvraag 1. Hoe moeten de 2 kinderen nu op de wip gaan zitten? Gebruik het materiaal om jullie antwoord te bewijzen.
Soetkin komt erbij. Zij wil ook mee spelen. Kom maar bij mij zitten, zegt Marie. Maar als Soetkin erbij komt zitten, is de wip helemaal niet meer in evenwicht. Hoe krijgen Soetkin, Fleur en Marie die wip nu terug in evenwicht?
Onderzoeksvraag 2. Hoe moeten de 3 kinderen op de wip zitten opdat hij in evenwicht is? Gebruik het materiaal om jullie antwoord te bewijzen.
Leerkansen:
- Vanuit het intuïtief ervaren kan er gewerkt worden aan het begrijpen van fysische concepten.
- ontdekken van het concept hefbomen (met een langere machtarm is er winst aan macht)
- Vanuit deze context, kunnen verbanden gelegd worden met andere contexten waarin het principe van hefbomen van toepassing is. (vb. kruiwagen in de tuin, schaar en hamer bij techniekactiviteiten,…)
Zwaartekracht en wrijvingskracht
Het heeft hard gesneeuwd! Om het eerst naar beneden met de slee! De slee van Papa en Piet is dezelfde, en ze vertrekken allebei vanaf de startlijn bovenaan de helling. Wie is het eerst beneden? Wat denken jullie? Hoe gaan jullie met het materiaal jullie idee bewijzen?
Materiaal:
- Planken waar een bal van kan rollen
- verschillende ondergrond zoals papier, kunstgras, …
- verschillende voorwerpen zoals speelgoedautootjes, ballen, knikkers van verschillende grootte en gewicht
Leerkansen:
- Vanuit ervaring hebben kinderen misschien al enige voorkennis (preconcepten – misconcepten) dat als startpunt gebruikt kan worden.
- Het logisch redeneren rond variabelen (welke variabele moet in het proefopzet gevarieerd worden, welke moeten constant gehouden worden)
- Kansen voor een open onderzoek waarbij kinderen kunnen voorspellen, hypothesen formuleren, data verzamelen en voorstellen.
Slinger
Vader maakt voor Jens een schommel. Hij gebruikt hiervoor een touw en een autoband. Het touw knoopt hij vast aan een tak van een boom die verderop in de tuin staat. Vader vraagt aan Jens of hij een hoge tak met een lang touw of een lage tak met een kort touw moet nemen. Jens wil eigenlijk maar één ding: met de schommel moet hij snel heen en weer kunnen schommelen. Aan welke tak zou vader het touw dan moeten vastknopen? Kunnen jullie met het materiaal jullie idee bewijzen?
Materiaal:
- Slinger (bv. gemaakt met hout of k’nex).
- Touw
- 2 voorwerpen (vb. licht en zwaar voorwerp dat aan de schommel kan gehangen worden)
- Weegschaal
- chronometer
Leerkansen:
- Vanuit ervaring hebben kinderen misschien al enige voorkennis (preconcepten – misconcepten) waarvan gestart kan worden.
- Het logisch redeneren rond variabelen (welke variabele moet in het proefopzet gevarieerd worden, welke moeten constant gehouden worden)
- Kansen voor een open onderzoek waarbij kinderen kunnen voorspellen, hypothesen formuleren, data verzamelen en voorstellen.