Model-onderwijs: Ondersteunen van 21st Century Skills met Virtual Reality in de Biologie

Doel van dit project is het vergaren van nieuwe kennis over het ontwikkelen van 21st Century skills (CS) binnen het onderwijs van Moleculaire Biologie. De basishypothese is dat de skills kritisch denken, informatievaardigheden en creativiteit kunnen worden gestimuleerd door leerlingen actief, in een construerende rol en in een virtuele omgeving, te laten experimenteren met realistische simulaties van moleculaire processen. Biologiedocenten in de onderbouw van het voortgezet onderwijs geven aan behoefte te hebben aan kennis en een didactisch handelingsrepertoire om leerlingen deze vaardigheden bij te brengen als onderdeel van de ontwikkeling van een wetenschappelijke houding.
In alle wetenschappen, in het bijzonder de bètawetenschappen, spelen modellen een belangrijke rol, als middel voor representatie en ontwikkeling van wetenschappelijke kennis. Een probleem bij het bereiken van leerdoelen rond modellen is de visualisatie van processen op moleculair niveau. Met moderne technologieën (zoals VR) kunnen modellen visueel, driedimensionaal op moleculair niveau weergegeven worden en ook de beweging interactie op celniveau. Kritisch en creatief omgaan met dergelijke modellen is de kern van wetenschappelijk denken.
In dit project richt het consortium onder leiding van het lectoraat Onderwijsbehoeften en Inclusieve Leeromgevingen van Windesheim zich op de volgende praktijkvraag: ‘Op welke wijze kunnen biologie docenten hun leerlingen 21e-eeuwse vaardigheden (kritisch denken, informatievaardigheden en creativiteit) en modelbegrip bijbrengen met behulp van digitale leermiddelen (zoals VR)?’
Deze praktijkvraag valt uiteen in de volgende onderzoeksvragen:
• Welke leeractiviteiten kunnen de ontwikkeling van 21st CS ondersteunen met behulp van VR-technologie gericht op biologische modellen?
• Op welke wijze kunnen docenten deze activiteiten toepassen in concrete lessen?
• Wat is het formatieve effect van deze lessen op modelbegrip en 21st CS van leerlingen?
Het consortium bestaat uit Hogeschool Windesheim, het Freudenthal Instituut van de Universiteit Utrecht, vo scholen (Goois Lyceum en Greydanus Lyceum Zwolle) en een mkb-onderneming (Zepth, Ltd., Singapore) met expertise op het gebied van VR. Gezamenlijk werken deze partners aan het ontwikkelen en onderzoeken van lesmateriaal met behulp van de Lesson Study methode (Fernandez & Yoshida, 2004). Docenten werken in samenwerkende teams en ontwerpen lessen, voeren deze live uit, waarbij ze het leren van de leerlingen observeren. Zo wordt direct inzicht verkregen in de effecten van de formatieve didactische interventies op het leergedrag van leerlingen.
De nieuwe kennis draagt bij aan een gemeenschappelijke basis voor het biologieonderwijs in de onderbouw voor de docenten en uiteindelijk aan hogere-orde kritische denkvaardigheden voor alle leerlingen. De ontwikkelde producten bestaan uit uitdagend lesmateriaal geïntegreerd met 2D- en 3D modelleeromgevingen en simulaties ter bevordering van 21st CS en het vormgeven van wetenschappelijke praktijken in de onderbouw. De resultaten worden gepresenteerd in een openbaar toegankelijke ‘live’ onderzoeksles waarin het publiek de effecten van het ontwikkelde onderwijs direct kan observeren.