Veel scholieren falen in natuurkunde omdat ze de fundamentele concepten verkeerd begrijpen. Een nieuwe lesmethode kan hier verandering in brengen – ETH-onderzoekers hebben nu zijn effect bewezen. Het helpt vooral intelligente meisjes om effectiever te leren.

Wat is het verschil tussen massa en gewicht? Hoe wordt kracht gedefinieerd in de natuurkunde? Zeer weinig scholieren kunnen fundamentele natuurkundige concepten goed uitleggen, niet eens de meest intelligente. Het probleem ligt niet bij de leerlingen, zegt Elsbeth Stern, Professor of Empirical Learning and Instruction Research aan de ETH Zürich:"Ons onderzoek toont aan dat wanneer goede studenten natuurkunde niet begrijpen, het komt vooral door de lesmethoden."

Een onderzoek van het onderzoeksteam onder leiding van Sarah I Hofer en Elsbeth Stern heeft nu aangetoond dat zelfs kleine veranderingen in de lessen een groot effect kunnen hebben. De resultaten zijn gepubliceerd in de Tijdschrift voor onderwijspsychologie .

Gerichte mislukking

De methode is erop gericht de leerlingen te laten worstelen met hun voorkennis. Dit is vooral belangrijk in de natuurkunde, zegt Stern:"Bij bijna geen enkel ander onderwerp liggen intuïtie en werkelijkheid zo ver uit elkaar als in de natuurkunde. Onze alledaagse ervaringen helpen niet." Het begrijpen van natuurkundige concepten vereist een enorme mentale inspanning van leerlingen. Formules uit het hoofd leren is niet genoeg:"Veel scholieren kennen de formule 'kracht is massa maal versnelling', maar ze hebben een verkeerd begrip van de concepten van kracht, massa en versnelling." Alleen degenen die deze misvattingen herkennen, zijn klaar om de natuurkunde te begrijpen.

De onderwijseenheid die is ontwikkeld in het STEM-leercentrum van ETH Zürich begint met deze misvattingen. Bijvoorbeeld, het laat de leerlingen op een specifieke manier falen:ze krijgen een taak die ze met hun bestaande kennis niet kunnen oplossen. Pas nadat ze het hebben geprobeerd, legt de leraar het onderliggende concept uit. Of ze laten de leerlingen de principes voor zichzelf uitwerken aan de hand van verschillende voorbeelden voordat ze de formule krijgen.

Succesvolle toets op school

Stern en haar groep hebben nu laten zien dat de methode zowel in de reguliere schoollessen als in het laboratorium werkt. In een experiment, de onderzoekers toonden aan dat leerlingen beter presteerden op het gebied van natuurkunde als ze les kregen volgens de in het STEM-centrum ontwikkelde methode. Ze verbeterden niet alleen hun conceptueel begrip; ze werden ook beter in rekenen.

Stern en haar groep vonden het grootste verschil in prestatie bij bijzonder intelligente meisjes – met de nieuwe methode, ze hebben de jongens aanzienlijk ingehaald. De genderkloof is niet helemaal verdwenen, maar het werd veel kleiner.

Voor het experiment, het team werkte samen met ervaren natuurkundeleraren om een ​​leseenheid te ontwikkelen met 18 lessen over Newtoniaanse mechanica. Vier leraren secundair onderwijs hebben vervolgens een dag lang getraind in de nieuwe methode voordat ze parallelle lessen gaven met de conventionele methode en met de nieuwe methode. De effectiviteit werd gemeten met drie tests, een voor de onderwijseenheid, een net nadat het was voltooid en een drie maanden later.

Natuurkundeonderwijs heroverwegen

De resultaten zijn zeer positief, maar dit is nog maar het begin, zegt Stern:"Ik weet zeker dat we de effecten van de onderwijseenheid verder kunnen vergroten." Vervolgens wil ze samen met de bij het experiment betrokken docenten de methode verder afstemmen. Ook hoopt ze dat het onderzoek mensen zal helpen hun aanpak te heroverwegen:"We gaan nu nog zelfverzekerder naar die natuurkundedocenten die het vak nog voornamelijk met rekenoefeningen onderwijzen. Die aanpak werkt niet."