Modellenwerk deel 1: waarom en waartoe bèta-onderwijs?

Op 18 mei 2016 sprak ik mijn oratie uit als hoogleraar Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen. Op deze blog zal ik deze oratie in delen publiceren, waarbij ik soms zal uitwerken en soms zal inkorten. In dit eerste deel poneer ik de centrale vraag: wat is nu eigenlijk het doel van bèta-onderwijs? In een eerdere blog stelde ik die vraag al voor de wiskunde. Hier trek ik het breder.

Meneer de rector, geachte collega’s, lieve vrienden en familie,

26508781613_9a39dd68c9_k

Het zijn spannende tijden in de natuurkunde. In de periode dat ik deze oratie voorbereidde was er nieuws rond de succesvolle detectie van zwaartekrachtsgolven, aanwijzingen voor een nog onbegrepen verval van een deeltje in twee fotonen in CERN en werd de publicatie aangekondigd van de nieuwe theorie van zwaartekrachtsgolven. En er is veel meer: de uitvoering van het experiment van Bell zonder loopholes in Delft, majoranadeeltjes, grote stappen in de richting van quantum computing, noem maar op. Op dat soort momenten weet ik weer waarom ik ooit natuurkunde ben gaan studeren en waarom ik het nog steeds het mooiste vak van de wereld vind. Bijvoorbeeld het feit dat het mogelijk is om denkend vanuit principes zoals symmetrie en gelijkwaardigheid van waarnemers een theorie te construeren waarvan honderd jaar later een gedetailleerde voorspelling wordt geverifieerd is fascinerend.

Niet iedereen in mijn omgeving begrijpt mijn opwinding altijd, maar ik ben op zo’n moment blij met de keuze van mijn studie. Ik beweeg me niet aan het front van natuurkundig onderzoek, maar ik prijs me gelukkig dat ik me voldoende kennis ervan heb om de principes achter nieuwe ontdekkingen in de fysica te snappen en te begrijpen waarom de natuurkundige gemeenschap zo opgewonden raakt van het Higgs-deeltje, entanglement of zwaartekrachtsgolven. Het is vergelijkbaar met het feit dat ik blij ben met de muzieklessen die ik gevolgd heb. Ik heb me niet ontwikkeld tot een virtuoos gitarist, maar ik denk wel dat ik beter muziek heb leren luisteren en waarderen.

Toen het nieuws over de zwaartekrachtsgolven werd aangekondigd heb ik natuurkundedocenten aangemoedigd op de dag na de persconferenties in hun lessen aandacht te besteden aan deze ontdekking met de volgende tweet:

 Ik kreeg geen reactie, maar hoop dat docenten het zich hebben aangetrokken. De reden waarom ik dat doe is omdat ik het belangrijk vind om te laten zien dat natuurkunde een levend vak is, waarin iedere dag nieuwe dingen in worden ontdekt, van hele grote dingen zoals de voorbeelden die ik zojuist noemde, tot meer alledaagse zaken rond bijvoorbeeld het weer en elektrische auto’s.

Ik twijfel daarom weleens of de manier waarop we natuurkunde onderwijzen op school wel een goed beeld geeft van ons vak, mijn vak. Wat ik hierover ga zeggen is mogelijk in gelijke mate toepasbaar op de andere bètavakken, wiskunde, scheikunde, informatica en biologie. De curricula van deze vakken bevatten een groot aantal basale onderwerpen die belangrijk geacht worden voor het vak, vastgelegd in examenprogramma’s en syllabi. Het hoofddoel voor docenten is zoveel mogelijk leerlingen voor te bereiden voor de examens, hetgeen betekent dat zij leren de opgaven te maken die de kennis over deze onderwerpen toetsen. Om het belang van de relatie van het vak met de maatschappij te benadrukken is daarbij zelfs een aantal zogenaamde contexten voorgeschreven.

Mijn grote angst is dat een dergelijke aanpak het leven uit het vak perst. Laat ik bij mijn eigen vak blijven. Bij de recente vernieuwing van het eindexamenprogramma natuurkunde is het onderwerp quantum wereld opnieuw geïntroduceerd. Op zich is dit een goed idee, maar het resultaat was beperkt door de keuze voor een beperkt aantal deelonderwerpen: het duale karakter van materie en licht (het is een golf en deeltje tegelijk), en het kunnen rekenen aan een fictief modelsysteem, het deeltje in een doosje. Geen woord over superpositie van toestanden, over interpretatie en entanglement. Dat laatste is van belang voor moderne toepassingen van quantummechanica in quantumcomputers en quantumencryptie. Nu wil ik niet beweren dat we per se die onderwerpen moeten toevoegen aan de lijst – voor je het weet is die onwerkbaar lang. Ik wil vooral pleiten om een stap terug te doen en te kijken wat we eigenlijk willen bereiken met het onderwijs in de natuurkunde en de andere bètavakken.

De centrale vraag die mij al een tijd bezighoudt en waarvoor ik deze gelegenheid neem om mijn gedachten te ordenen en te delen is deze: “Waarom doen we eigenlijk aan onderwijs in de bètavakken?” Het standaardantwoord hierop bestaat uit een combinatie van argumenten zoals “we moeten leerlingen voorbereiden op een vervolgopleiding”, “we hebben bèta’s en ingenieurs nodig voor de economie” en “ze leren logisch denken door wiskunde”.

Deze argumenten zijn natuurlijk belangrijk, helemaal zonder basisvaardigheden in de wiskunde, en basiskennis over natuurwetenschap kan niemand. Voor vervolgopleidingen is het natuurlijk handig als beginnende studenten niet helemaal blanco binnenkomen. Toch wil ik u uitdagen na te denken over de vraag of het onderwijs dat we bieden dan wel zo goed aansluit?

Laat ik een voorbeeld noemen uit een ander vak: Engels. Niemand zal ontkennen dat het leren spreken, luisteren, lezen en schrijven in de Engelse taal belangrijk is om te functioneren in de maatschappij. Maar bij het vak Engels wordt naast de taalvaardigheid ook aandacht besteed aan Engelse cultuur, met name literatuur. Dit literatuuronderwijs staat niet ter discussie. Het zou ondenkbaar zijn dat iemand van havo of vwo af komt die nog nooit van Shakespeare, Vondel of Wolkers gehoord zou hebben. Maar waarom vinden we dat nu eigenlijk? Ik denk dat daar minimaal twee redenen voor zijn. Ten eerste is het natuurlijk belangrijk om ingewijd te raken in de cultuur. Ten tweede geeft leren over Shakespeare en andere grote schrijvers reden om de taalvaardigheid te leren. Ik ben blij dat ik Engels heb leren beheersen, niet alleen omdat ik daarmee met mensen buiten Nederland kan communiceren maar ook omdat ik bijvoorbeeld de boeken van Julian Barnes in de oorspronkelijke taal kan lezen en begrijpen. Op die manier is die taal ook een bron van plezier en genot geworden.

Plezier en genot is niet wat de meeste leerlingen associëren met  bèta-onderwijs. De focus ligt daar erg op het voorbereiden voor het eindexamen, dat grotendeels bestaat uit het maken van opgaven, al dan niet voorzien van een context. De vormende functie van bèta-onderwijs lijkt hierdoor achter te blijven. Daar waar in een vak als Engels ook het affectieve en esthetische aspect van het vak aan de orde komt, ook in de examens, blijft dat bij de bèta’s onderbelicht. De opgaven op die examens zijn vaak inwisselbaar en gaan niet echt over de kern van het vak. Bijvoorbeeld is het verhaal in onderstaande examenvraag uit het HAVO-examen 2016 overbodig voor het begrip van de som.

HAVO

Maar wat moeten we dan wel? Op die vraag wil ik in deze rede ingaan: wat we moeten we eigenlijk leren van en over bètawetenschap, en waarom dat belangrijk is en voor wie dat belangrijk is. Ook ga ik uiteraard in op het hoe van dat leren en hoe we dat kunnen onderzoeken. En het zal u niet verbazen: de rol van modellen in dit geheel speelt een grote rol. Ik ga hierop in in het vervolg op deze blog.

Een gedachte over “Modellenwerk deel 1: waarom en waartoe bèta-onderwijs?

Geef een reactie