Het ontwerpen van iSTEM leermateriaal voor het secundair onderwijs

Om de complexe problemen van de toekomst te kunnen aanpakken, is onderwijs nodig dat leerlingen klaarstoomt om de wetenschappelijk en technisch bekwame en breed inzetbare werkkrachten te worden die de arbeidsmarkt nodig heeft. Europese rapporten benadrukken het belang van discipline-overschrijdende vaardigheden zoals probleemoplossend werken, creativiteit en kritisch denken. Ze promoten een interdisciplinaire aanpak die de werkelijkheid weerspiegelt, met onderzoeks- en ontwerpgebaseerd leren als een manier om deze aanpak vorm te geven. Interdisciplinariteit tussen wetenschappen, technologie, engineering en wiskunde (STEM) wordt verwezenlijkt in onderwijs dat de natuurlijke connecties tussen de disciplines blootlegt, dat de discipline-specifieke onderwerpen vanuit een discipline-overschrijdend perspectief benadert, kortom: dat de STEM disciplines integreert. Via betekenisvolle connecties tussen de verschillende STEM-vakken, kan geïntegreerd STEM-onderwijs (iSTEM) de interesse van leerlingen voor STEM doen oplaaien en hun inzicht in STEM-concepten versterken. Echter, zo'n nieuwe aanpak vraagt om het ontwerp van nieuwe leermiddelen. Onderzoeksliteratuur over onderwijsvernieuwing geeft aan dat het draagvlak van zulke materialen groter is wanneer leraren een stem krijgen in de beslissingen en in het ontwerpproces. De doeltreffendheid van zo'n vernieuwing wordt zowel door de professionele inbreng bepaald als door groei in kennis en attitude van de leraren zelf. Dit werk onderzoekt de strategieën en leerwinsten van leraren wanneer ze in team deelnemen in het ontwerp van iSTEM-leermaterialen.

Het doel van dit werk is STEM-leraren, lerarenopleiders en andere belanghebbenden in secundair onderwijs te voorzien van nuttige informatie om hun team een vlotte start te geven in het ontwerpen van leermaterialen voor kwalitatief iSTEM-onderwijs. Daartoe werd gedurende 4 jaar een case studie uitgevoerd, waarin vier multidisciplinaire teams van STEM-leraren van dichtbij gevolgd werden in hun poging om zulke leermaterialen te ontwerpen, waarna ze die vervolgens ook zouden uittesten in hun klassen. Via de observaties en de door de teams ontworpen leermaterialen konden belangrijke stappen en valkuilen in hun ontwerpproces vastgesteld worden, alsook vruchtbare strategieën om de verschillende STEM-disciplines met elkaar te verbinden. Deze bevindingen werden geïntegreerd in een ondersteuningsmodel voor iSTEM-lerarenontwerpteams:COOL voor iSTEM. Na de case studie werden verschillende deelnemers geïnterviewd over hun ervaringen en perceptie van eigen professionele groei met betrekking tot het ontwerpen van iSTEM-leermaterialen. Hun reflecties werden vergeleken met leraren die de leermaterialen enkel uittestten in hun klassen.

De observaties toonden dat leraren in iSTEM-lerarenontwerpteams gesprekken voeren op een discipline-overschrijdend niveau, activerende uitdagingen formuleren voor hun leerlingen, en in het licht van deze uitdagingen betekenisvolle connecties tussen de STEM-disciplines weten te leggen. Daarbij, zo getuigen de leraren, leren ze veel van hun collega's uit andere disciplines. Ze waarderen deze kruisbestuiving als een belangrijke eigenschap van hun deelname in de iSTEM-ontwerpteams. Hun aandacht moet echter regelmatig worden gevestigd op het stellen en nastreven van gewenste leerdoelen voor de leerlingen en strategieën om deze te bereiken, gezien ze neigen te focussen op het creëren of uitvoeren van praktische activiteiten met een beperkt aantal leerkansen. Bovendien moet ook een mogelijke terugval op een louter discipline-specifieke aanpak van de geformuleerde uitdaging ondervangen worden. COOL voor iSTEM geeft de belangrijke stappen van het iSTEM-ontwerpproces weer met richtlijnen en -vragen, alsook kwaliteitscontroles om de valkuilen te vermijden. Vergezeld van de nodige coördinatie kan dit instrument ingezet worden in lerarenopleidingen, gezien deelname aan iSTEM-lerarenontwerpteams veelbelovende leeropportuniteiten biedt. Leraren van succesvolle iSTEM-ontwerpteams vertonen een hoog niveau in metacognitief denken en een verbeterde attitude tegenover het aanpakken van problemen. Ze slagen erin een sterke, multidisciplinaire leergemeenschap op hun school op te richten en beschikken over de dynamiek om deze te onderhouden.

Dit werk beveelt het gebruik van COOL voor iSTEM aan als hefboom om STEM-onderwijs te transformeren naar kwalitatief geïntegreerd STEM-onderwijs, aangezien het een inventaris is van de kennis en ervaringen die verzameld werden gedurende 4 jaar van onderzoek en ontwikkeling. COOL voor iSTEM is een actieplan dat inspiratie en richting kan bieden aan het onwerpproces en kan helpen om geen belangrijke overwegingen over het hoofd te zien. Deelname in iSTEM-lerarenontwerpteams is een krachtig concept voor lerarenopleidingen en nascholingen. COOL voor iSTEM kan gebruikt worden om zulke vormingen te begeleiden, als het aangevuld wordt met regelmatige uitwisseling van feedback en dichte opvolging van de programmacoördinatoren. Het is aangeraden het gebruik van dit instrument ook na de ontwerpfase verder te zetten in de uittestfase, waarbij de ontworpen leermaterialen herzien worden in het licht van de resultaten van de leerlingen ten aanzien van de beoogde iSTEM-leerdoelen.