Wat hebben klimaatverandering en internet challenges met elkaar gemeen?

Posted 01/20/2021 by Dirk Ritschel

Wie anderen enthousiast wil maken, moet zelf ook enthousiast zijn. Frank Liebner heeft een passie voor scheikunde. Dat zie je meteen als je bij hem in de les zit en als je hem tijdens een lerarentraining tegenkomt. Voor hem is een experiment doen niet voor de show. Maar daarmee leert hij zijn leerlingen om wetenschappelijke verschijnselen zelf te reproduceren en te analyseren, zodat ze echt snappen wat er gebeurt. Daarom wil hij zo veel mogelijk andere leraren stimuleren om hun leerlingen zelfstandig te laten werken, zodat ze zelf nieuwe dingen ontdekken.

Practica en digitale technologie
Veel collega’s staan niet te trappelen om digitale technologie te gebruiken bij hun practica, omdat ze denken dat het extra tijd en energie kost. Is het de investering waard? Steken de leerlingen er veel van op? En hebben ze iets aan die kennis? Frank Liebner vindt absoluut van wel, zolang het experiment goed is opgebouwd en de leerdoelen duidelijk zijn voor de leerlingen. Tegelijkertijd begrijpt hij ook de zorgen van zijn collega’s, en daarom biedt hij ze al meer dan twintig jaar begeleiding via het T3 lerarennetwerk.

Wetenschappelijk onderzoek in het onderwijs
Liebner is overtuigd van het nut van practica voor leerlingen waarbij een wetenschappelijke aanpak, gebaseerd op empirisch onderzoek voorop staat. Hij werkte jarenlang samen met het Institut für Didaktik der Chemie aan de universiteit van Leipzig, waar hij samen met prof. Rebekka Heimann een aantal studies heeft uitgevoerd met projectgroepen uit Duitse deelstaten. Zo heeft hij onderzocht hoe je onderwerpen waar leerlingen moeite mee hebben, bijvoorbeeld het begrip ‘ionen’, duidelijker kunt uitleggen. Tijdens een practicum moesten leerlingen zelfstandig de structuur van zouten (die zijn opgebouwd uit ionen) ontrafelen, en verklaren waarom ionen stroom geleiden als je zout in water oplost. Daarbij maakten ze gebruik van de TI-Nspire™ CX en temperatuur- en geleidbaarheidssondes. Uit de studie bleek dat digitale tools een waardevol hulpmiddel kunnen zijn bij het leerproces.

Het nut van practica om de kennis van leerlingen te vergroten wordt inmiddels alom erkend. Zij vormen een integraal onderdeel van de Duitse onderwijsnormen voor scheikunde en de natuurwetenschappelijke vakken, die de ministers van onderwijs van de deelstaten op 18 juni 2020 hebben aangenomen.

Experimenteren is vakwerk
De leerlingen van Frank Liebner zijn inmiddels ook overtuigd: een scheikundeproef doe je niet alleen voor de show en om de les minder saai te maken. Een experiment uitvoeren is hard werken en hun leraar ziet alles. Tijdens een practicum moeten alle leerlingen staand werken, en eten in het lokaal is verboden. Dat is cruciaal om het overzicht te houden en voor de algemene veiligheid. Liebner let op de kleinste details: je moet de reageerbuis op de juiste manier vasthouden en de chemische vloeistof druppelsgewijs toevoegen. In het midden van het buisje, zodat de druppels niet langs de wand lopen. “Experimenten uitvoeren is vakwerk en je hebt er een goede motoriek voor nodig. Leerlingen doen dus cognitieve en vakmatige vaardigheden op. Dat is een duidelijk verschil tussen scheikunde en de meeste andere vakken.”

Klimaatverandering in het lab
Over wat leerlingen in de klas interessant vinden, zijn de deskundigen het wel eens. Maar wat houdt ze verder bezig? Hoe denken ze bijvoorbeeld over het klimaat? Sommige leerlingen zien klimaatverandering als een urgent probleem, maar anderen hebben zo hun twijfels en zien vooral uit naar de warmere zomers. Voor beide meningen is wat te zeggen, vinden ze. Maar daar is Liebner het absoluut niet mee eens.

Als je serieuze uitspraken wilt doen over een onderwerp als dit, moet je die met feiten kunnen onderbouwen, vindt hij. “Wil je begrijpen hoe klimaatverandering werkt, dan moet je de complexe processen erachter snappen en verbanden kunnen herkennen.” ‘Begrijpen hoe klimaatverandering werkt’, werd de titel voor een nieuwe lesactiviteit. Koolstofdioxide is een duidelijk voorbeeld van de vele processen waar je naar kunt kijken. Liebner wilde zijn leerlingen laten zien met welke factoren je allemaal rekening moet houden en gebruikte daarvoor de TI-Nspire™ CX II-T CAS en diverse sensoren, waaronder een CO2-meter. De leerlingen onderzochten de oplosbaarheid van koolstofdioxide en bekeken welke rol temperatuur, zoutgehalte en de beweging van water hierin spelen. Hij was blij dat dit onderwerp enthousiast werd ontvangen. “Ook de workshops die we op school in de zomervakantie organiseerden waren populair. We haalden er zelfs de Duitse kranten mee.

Challenges op internet
Leraren hebben over het algemeen weinig zicht op wat leerlingen in hun vrije tijd doen. Toch is het goed om enig besef te hebben van wat hen bezighoudt. Een goed voorbeeld zijn de internet challenges, waarbij mensen zichzelf filmen terwijl ze een gevaarlijke opdracht uitvoeren. Een emmer ijswater over je hoofd gooien is hooguit onprettig, maar de deo-challenge is een heel ander verhaal. Daarvoor moet je zo lang mogelijk van heel dichtbij deodorant op je huid spuiten. Het idee is om een huidreactie uit te lokken omdat de deodorant warmte uit de huid onttrekt, hoe gevaarlijk kan dat nou zijn? De gevolgen kunnen heel ernstig zijn. Na ongeveer 15 seconden is de temperatuur gedaald tot -20°C waardoor er een bevriezingswond ontstaat. Met behulp van de TI-Nspire™ CX II-T CAS en een temperatuursensor kun je dit effect in beeld brengen en uitleggen.

Liebner kwam op dit idee na een presentatie van Julia Werthmüller. Zij is scheikundeleraar en doet promotieonderzoek aan de technische universiteit van Darmstadt naar internet challenges en de wetenschappelijke verschijnselen die eraan ten grondslag liggen. Samen hebben ze een workshop opgezet die ze in december 2020 hebben gepresenteerd tijdens een conferentie voor directeuren van MINT-EC-scholen. Voor Liebner is dit een bevestiging van zijn ideeën over het scheikundeonderwijs. “Als je met sensoren onderzoekt welke factoren een rol spelen en welke principes daarachter schuilgaan, krijg je een diepgaander inzicht in wetenschappelijke verschijnselen. Met die kennis kun je je argumenten beter onderbouwen.’