Er is behoefte aan mensen die bijdragen leveren aan de ontwikkeling van technische producten en processen. Onderwijs heeft de opdracht de technische geletterdheid van leerlingen te ontwikkelen en te zorgen dat ze zich prettig voelen bij het hanteren van techniek. Deze studie focust op de bijdrage die Mindtools hieraan leveren. Mindtools zijn op ICT gebaseerde leermiddelen die samenwerkend constructivistisch leren en hoger-orde (kritisch en creatief) denken stimuleren. Het begrip Direct Manipulation Environments (DME's), een subklasse van Mindtools, kenmerkt concrete leermiddelen zoals de microwerelden "Lego Mindstorms" en "Techno Logica". Deze microwerelden functioneren op basis van een materieel technisch model dat direct via een computer¬programma bestuurd wordt en taken kan uitvoeren (robots). De leertaak voor de leerling kan zich bewegen op het continuüm van het zelf programmeren van een kant-en-klaar materieel model dat bepaalde taken moet uitvoeren tot en met het zelf bedenken, bouwen en programmeren van een dergelijk model dat een of meer taken kan uitvoeren. Op grond van eerder literatuuronderzoek en een casestudie veronderstellen we dat het educatief toepassen van DME's bijdraagt aan de ontwikkeling van de technische geletterdheid van leerlingen. Hoewel definiëring van technische geletterdheid meer aandacht vraagt, zijn de volgende drie dimensies voor onze analyses bruikbaar gebleken: inhoud (zoals feiten, concepten, voorschriften), praktijk (het handelen, het materiële, doen en realiseren) en de cognitieve dimensie (denkvaardigheden en denkhoudingen). Het is aannemelijk dat door het toepassen van DME's domeinspecifieke concepten en kennis ontwikkeld wordt. Het denken van leerlingen is gekoppeld aan contexten en taken en moet niet geïsoleerd worden bestudeerd. We concentreren ons in deze studie vooral op onderzoek naar de dimensie van de denkvaardigheden en denkhoudingen (het denken van leerlingenduo's bij het oplossen van een probleemtaak) door het analyseren van de verbale interactie op kenmerken van kritisch - en creatief denken. Er is gebruik gemaakt van een Techno Logica leeromgeving bestaande uit een computer met software, een interface, bestuurbare materialen zoals lampjes en motors, en een zelfinstructie handleiding. Twee in complexiteit toenemende probleemtaken, ieder gebaseerd op een kant-en-klaar materieel model (Verkeerslicht en Reuzenrad), zijn gebruikt om de leerlingen besturingen te laten ontwerpen en testen. Dit proces werd op video opgenomen. We veronderstellen dat Techno Logica een bruikbare Mindtool is wanneer werken ermee bijdraagt aan technologische geletterdheid, in de zin dat er sprake is van probleemoplossen en hoger orde denken. Om dit te operationaliseren ontwierpen we een gestructureerd observatie-instrument op basis van het IOWA Integrated Thinking Model en de theorie over denkhoudingen (Costa, 2000). Hiermee werd het voorkomen en de diversiteit van denkvaardigheden en denkhoudingen in de verbale acties en interactie gescoord. Op basis van onze waarnemingen concluderen we dat veel interactie en handelen eerder geduid kan worden als uitingen van denken dan trial and error. Er zijn indicaties dat de leeromgeving en probleemtaken leiden tot ontwikkeling van expertise waardoor een nieuwe (moeilijkere) probleemtaak efficiënter en effectiever opgelost wordt. We vragen we aandacht voor de rol van de docent. We ervaren immers dat nieuwe leermiddelen niet gemakkelijk geadopteerd worden door leerkrachten.
This study investigates what pupils aged 10-12 can learn from working with robots, assuming that understanding robotics is a sign of technological literacy. We conducted cognitive and conceptual analysis to develop a frame of reference for determining pupils' understanding of robotics. Four perspectives were distinguished with increasing sophistication; psychological, technological, function, and controlled system. Using Lego Mindstorms NXT robots, as an example of a Direct Manipulation Environment, we developed and conducted a lesson plan to investigate pupils' reasoning patterns. There is ample evidence that pupils have little difficulty in understanding that robots are man-made technological and functional artifacts. Pupils' understanding of the controlled system concept, more specifically the complex sense-reason-act loop that is characteristic of robotics, can be fostered by means of problem solving tasks. The results are discussed with respect to pupils' developing technological literacy and the possibilities for teaching and learning in primary education.
LINK
Dit rapport beschrijft uitvoerig een onderzoek naar mogelijkheden en opbrengsten van het inzetten van Professionele Simulatie Ontwerpsoftware in de bovenbouw van de basisschool. Deze casestudie is opgebouwd in vijf fasen waarvan de laatste fase antwoord geeft op de kracht van dit instrument voor het onderwijs. De studie mikt zowel op de didactische inzetbaarheid door de leerkracht als de bijdrage aan het ontwikkelen van denkvaardigheden bij leerlingen. De studie past in het onderzoek naar Mindtools en DME's en is grensverleggend in vergelijking tot gangbaar gebruik van ICT. De gebruikte software is van een hoog abstractieniveau maar blijkt door leerlingen al goed te gebruiken om hun talenten aan te spreken. In de eindconclusies worden perspectiefvolle resultaten genoemd. In de rapportage wordt ook geanticipeerd op verdere ontwikkelingen. Tijdens de casestudie zijn immers aanwijzingen gevonden dat leerlingen zeer geboeid kunnen zijn door het gebruik, dat ze sterke cognitieve redenatiepatronen kunnen opbouwen, analytische vaardigheden toepassen, dat ze uitvoerige kritische discussies met elkaar aangaan enz. Met andere woorden een dergelijk pakket zet leerlingen bij de juiste instrumentatie en begeleiding wel aan tot hoger orde denken. De abstracties van een dergelijk pakket gaat sommige leerlingen goed af. Ze vinden uiteindelijk de 3D weergave wel de kers op de appelmoes. Inzetten van dit soort software kan zeker aangemerkt worden als onderwijs inhoudelijk transitief. Het is interessant om t.z.t de diverse video-opnames uitvoeriger te analyseren op zowel de cognitieve als onderwijskundige opbrengsten. In de bijlagen zijn ontwikkelde ondersteunende materialen en resultaten van leerlingen opgenomen.
