"Je leraar had het mis!" Het is een zin die menig middelbare school of universiteitsstudent heeft gehoord. Als praktiserende en voormalige wetenschapsleraren, we zijn al eerder met deze beschuldiging uitgedaagd.

Terwijl degenen met een geavanceerd wetenschappelijk inzicht (inclusief de docenten van de studenten en middelbare schoolleraren) heel goed kunnen zeggen dat hun vorige leraren "fout, "Incompleet" zou misschien meer geschikt zijn. Deze leraren hadden waarschijnlijk gelijk bij het selecteren van leeftijdsadequate wetenschappelijke modellen en het onderwijzen hiervan op een leeftijdsgeschikte manier.

Als we Einstein voor een klas van groep 7 zouden plaatsen, hij zou heel goed inhoud kunnen presenteren aan die studenten die hun begripsniveau ver te boven gaan. Dit wijst op een veelvoorkomend misverstand over wat wel (en niet) op scholen wordt onderwezen, en waarom.

Lesgeven op het niveau van de leerlingen

Onze cognitieve ontwikkeling, gedefinieerd door verschillende stadia volgens leeftijd, betekent dat leren geleidelijk gaat. Lesgeven omvat het kiezen van de juiste pedagogiek om studenten kennis en vaardigheden bij te brengen op een manier die past bij hun cognitieve ontwikkeling.

In dit artikel, we zullen begrip van krachten in de wetenschap gebruiken om deze geleidelijke progressie en evolutie van het onderwijs aan te tonen.

Op Australische scholen, krachten worden onderwezen vanaf de kleuterschool (stichting) tot jaar 12. Tijdens hun opleiding, en vooral in het basisonderwijs ondanks de verschillende uitdagingen, het is belangrijker dat leerlingen wetenschappelijke onderzoeksvaardigheden leren dan alleen wetenschappelijke feiten. Dit gebeurt binnen de context van alle wetenschappelijke onderwerpen, inclusief krachten.

Leerstadia zijn een lange reis

Voordat een kind de wetenschap van de wereld om hem heen kan leren kennen, moet het eerst taalvaardigheden verwerven door interactie met volwassenen, zoals het lezen van boeken (met name prentenboeken).

Op de kleuterschool en de kleuterschool, spelenderwijs leren met behulp van leerprincipes voor jonge kinderen is bijzonder belangrijk. Objecten zoals stenen en veren laten vallen om te zien welke sneller valt, of wat zinkt, kan leiden tot opmerkingen als 'zware dingen vallen sneller' of 'zware dingen zinken'. Natuurlijk, dit is "fout" omdat er geen rekening wordt gehouden met luchtweerstand, of dichtheid ten opzichte van water, maar het is "juist" voor vijfjarige kinderen.

Op deze leeftijd, ze leren observaties te maken om de wereld om hen heen te begrijpen door nieuwsgierig te spelen. Kinderen kunnen ingewikkelde onderwerpen niet volledig begrijpen totdat ze in staat zijn tot proportioneel redeneren.

Op de middelbare school, studenten leren over de bewegingswetten van Newton door middel van verschillende experimenten. Deze maken doorgaans gebruik van traditionele apparatuur zoals trolleys, katrollen en gewichten, evenals online interactieven.

In de hogere jaren, studenten onderzoeken uniforme versnelling en de oorzaken ervan. Naast het uitvoeren van onderzoeken uit de eerste hand, zoals het lanceren van ballen in de lucht en het gebruik van videoanalyse, studenten hebben hogere wiskundige vaardigheden nodig om met de betrokken algebra om te gaan. Strikt gesproken, ze moeten rekening houden met wrijving, maar negeren is normaal op dit niveau.

Vooral online simulaties zijn geschikt voor dit onderwerp. Ons onderzoek heeft aangetoond dat simulaties een statistisch significant en positief effect kunnen hebben op het leren van leerlingen, vooral met de studentgerichte kansen die ze bieden. (Ze zijn ook erg handig tijdens het leren vanuit huis in lockdown.)

Studenten breiden hun kennis vervolgens uit tot de universele wet van de zwaartekracht van Newton. Studenten moeten nu hogere wiskundige vaardigheden toepassen, met verdere algebra en mogelijk calculus. Hoewel dit model incompleet is, en kan de baan van Mercurius niet verklaren (onder andere), deze kennis was genoeg om ons naar de maan en terug te brengen.

Verder gaan dan de Newtoniaanse fysica en haar beperkingen, niet-gegradueerde studenten leren de algemene relativiteitstheorie van Einstein, waarbij zwaartekracht niet wordt gezien als een kracht tussen twee objecten, maar als het kromtrekken van de ruimtetijd door massa's. Om deze inhoud aan te pakken, studenten hebben de wiskundige bekwaamheid nodig om de niet-lineaire veldvergelijkingen van Einstein op te lossen.

Wetenschap is altijd onvolledig

Dus hebben we eindelijk de juiste mening bereikt? Nee, de algemene relativiteitstheorie geeft geen volledige verklaring. Theoretisch natuurkundigen werken aan een kwantumtheorie van de zwaartekracht. Ondanks een eeuw zoeken, we hebben nog steeds geen manier om zwaartekracht en kwantummechanica met elkaar te verzoenen. Zelfs dit is een onvoltooid model.

Leraren zijn niet "fout, "ze zijn behoorlijk onvolledig, net zoals Einstein onvolledig was. Dus hoe kunnen we dergelijke beschuldigingen vermijden?

Misschien ligt het antwoord in de taal die we in de klas gebruiken. In plaats van te zeggen "Dit is hoe het is ..." zouden we in plaats daarvan moeten zeggen "Een manier om ernaar te kijken is ...", of "Een manier om dit te modelleren is ...", niet als een kwestie van mening, maar als een kwestie van complexiteit. Hierdoor kan de docent het model of idee bespreken, terwijl het zinspeelt op een diepere realiteit.

Heeft Einstein het echt bij het verkeerde eind? Natuurlijk niet, maar het is belangrijk om te beseffen dat onze modellen van krachten en zwaartekracht onvolledig zijn, zoals met de meeste wetenschap, vandaar het academische streven naar hogere kennis.

Belangrijker, onze docenten begrijpen het proces waarbij leerlingen kennismaken met steeds geavanceerdere modellen, zodat ze het universum waarin we leven beter begrijpen. Dit komt overeen met hun cognitieve ontwikkeling door de kindertijd.

Leren is een reis, niet alleen het eindpunt. Zoals het aforisme toegeschreven aan Einstein stelt, "Alles moet zo eenvoudig mogelijk zijn, maar niet eenvoudiger."

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.