Dit is een verslag van een jaar lesgeven zonder boek, met een lesplan dat alleen uit grote lijnen bestaat en dat tot doel heeft de leerlingen dieper te laten denken. Het gaat hier om het vak natuurkunde, maar mijn ervaringen zijn zonder meer in andere vakken toepasbaar. Vragen die leerlingen zelf bedenken vanuit verwondering blijken een sterke motivatie te zijn om zich in lastige onderwerpen te verdiepen. 

Een jaar geleden stond ik voor de vraag of ik door zou gaan mijn natuurkundelessen te geven zoals ik dat al jaren gewend was, of het lef hebben de ideeën te volgen, zoals ik die in mijn boek ‘Verwondering’ (2016) had opgeschreven. Ik hakte de knoop door en startte in 3 gymnasium met de vragen van leerlingen als uitgangspunt – niet vanuit de vragen in een schoolboek. Vanuit verwondering dus. Mijn doel was de leerlingen natuurkundig te leren denken. Daarvoor was nodig dat ik, meer dan tot dan toe gebruikelijk was, de diepte inging, met als consequentie dat ik niet alle hoofdstukken van het boek kon behandelen.

Lef was nodig omdat ik wrijving kon verwachten. Ik zeg wrijving en niet weerstand of conflict, omdat op mijn school er meestal een behoorlijke mate van vrijheid is om van gebaande paden af te wijken. De schoolleiding stond van begin af aan welwillend tegenover mijn aanpak, al was er wel bezorgdheid of mijn leerlingen net zoveel zouden leren als die van andere klassen (nee, meer) en of ik tot een verantwoord eindadvies zou komen wat betreft bevordering en profielkeuze (ja). Ouders hadden vergelijkbare zorgen en vroegen zich ook af of hun kinderen voldoende basis zouden krijgen voor de natuurkunde in de vierde klas. Ik kom verderop terug op deze zorgen.

Wrijving was er ook met de leerlingen die helemaal niet gewend waren vragen te stellen. Misschien moet ik zeggen: niet meer gewend waren vragen te stellen. Sommigen hadden liever dat ik gewoon zou zeggen hoe het zit en wat ze moesten leren. Daar ben ik niet op ingegaan. Het eindexamen is voor een derdeklasser nog ver weg.

de eerste lessen

In de eerste natuurkundeles legde ik uit wat ik met hen wilde bereiken: leren denken op een natuurkundige manier, niet door te reproduceren wat in het boek staat, maar door vragen stellen onderzoeken hoe iets werkt en waarom dat (waarschijnlijk) zo is. Ik wilde, met andere woorden, met mijn leerlingen diep denken over natuurkunde vanuit verwondering over natuurkundige verschijnselen.

In mijn boek ‘Verwondering’ zet ik uiteen hoe je een groep leerlingen (niet alleen gymnasiasten trouwens!) aan het denken kunt krijgen door hen zelf vragen te laten bedenken. Het is een bewerking van de Question Focus Technique van the Right Question Institute die ik de Brandpuntmethode genoemd heb. In het kort komt het erop neer dat leerlingen in kleine groepjes zoveel mogelijk vragen over een onderwerp of thema opschrijven en daaruit in een paar stappen de beste of ‘mooiste’ vraag halen. Die vraag gaan ze met hun groepje, of klassikaal, verder onderzoeken.
Mijn taak als leraar is daarbij drieledig:

• ik spoor mijn leerlingen aan om dóór te vragen – vragen te bedenken die beginnen met wat, waardoor, hoe;
• ik vraag zelf door wanneer de leerlingen niet weten hoe ze verder moeten – bijvoorbeeld bij een experiment;
• ik houd in de gaten of het onderzoek zich ontwikkelt in de richting die ik met mijn lessen voor ogen heb. Ik heb geen gedetailleerd lesplan, meer grote lijnen die ik wil volgen.

moeilijk moet

Ik wilde in elk geval drie onderwerpen behandelen: beweging, krachten en elektriciteit en daarmee meer de diepte in te gaan dan gebruikelijk. Ook als ik het boek had gevolgd waren niet alle onderwerpen aan de orde gekomen, zoals licht en straling. Na de Kerst heeft 3 gymnasium nog maar 1 uur natuurkunde in de week. Jammer, want dat maakt het lastig om zelfs bij minder onderwerpen lekker de diepte in te gaan.

De inspiratie vond ik in twee boeken waar ik erg enthousiast over ben. Dat is in de eerste plaats Motion Mountain Physics, een reeks van zes boeken door Christoph Schiller, die de hele natuurkunde behandelen en die je gratis online kunt downloaden. Ik heb de boeken niet letterlijk gevolgd – het is geen lesmethode – maar er een filosofie van de natuurkunde en ideeën voor lessen uitgehaald. Het centrale thema van Motion Mountain is dat alles in de natuurkunde beweging is. Kracht, licht, elektriciteit, magnetisme, relativiteit enzovoort, hebben allemaal op de een of andere manier iets met beweging te maken. Alles buiten de natuurkunde overigens ook en dat kwam – heel interessant – geregeld ter sprake tijdens de lessen.

Een ander inspirerend boek dat jonge mensen ook aanspreekt is Furry Logic : The Physics of Animal Life door Matin Durrani en Liz Kalaugher. Het bespreekt de belangrijkste natuurkundige onderwerpen aan de hand van dieren – beweging, krachten, warmte, licht, straling, elektriciteit, magnetisme en nog veel meer.

We hebben het onderwerp impuls onderzocht aan de hand van muggen die door een regendruppel worden getroffen en deze botsing meestal overleven. Het onderwerp elektriciteit heb ik ingeleid met sidderalen en de manier waarop die door middel van stroomstoten hun prooi verlammen. Het boek staat boordevol voorbeelden van natuurkundige principes waarmee dieren overleven.

Van alles komt voorbij – insecten, vissen, slangen, olifanten, tijgers, vogels – overal hebben de auteurs wel een verhaal bij dat weer een aanknopingspunt kan zijn om je met je leerlingen te verwonderen en vragen te stellen voor verder onderzoek. Veel van de onderzoeken die ze aanhalen zijn van recente datum. De leerlingen maken zo kennis met nieuwe wetenschappelijke inzichten en niet met uitgekauwde schoolboekenwijsheid.

Botsing van een regendruppel en een mug. Prima aanleiding om de wet van behoud van impuls te onderzoeken.

Het was leuk, de leerlingen waren enthousiast, maar ze vonden het allesbehalve gemakkelijk. Mijn antwoord was steevast: “Als het makkelijk is is het niet interessant en leer je niets.” Voor de logische opbouw van de lessen beperkte ik me bovendien niet tot de gebruikelijke derdeklasstof. Impuls is een onderwerp dat gewoonlijk in de vijfde of de zesde op het programma staat, maar we konden er niet onderuit als we iets van beweging wilden begrijpen. Ook bij de andere onderwerpen lieten we ons niet beperken. Alles mag, zolang er maar wordt nagedacht. Dat betekent ook: je realiseren dat je niet alles kunt weten, dat niemand alles kan weten en dat we nooit op alle vragen antwoorden zullen vinden.

kun je alles weten?

Mijn leerlingen reageerden ronduit geschokt toen ik vertelde dat van veel verschijnselen in de natuurkunde niet bekend is wat ze precies inhouden. Waar een electron uit bestaat, wat zwaartekracht is, of überhaupt wat een kracht is, niemand die het weet. Sommige leerlingen voelden zich bekocht: “Als niemand weet wat het is, waarom zouden wij het dan moeten leren?” “Een leraar moet toch weten wat het is. Vertel het ons dan.” Het is ook interessant om de reacties te zien wanneer ik leerlingen vertel dat schoolboeken vaak zwaar verouderde kennis en zelfs fouten bevatten. Verwarring en ongeloof.

Hier komen we bij het grote misverstand over kennis dat in ons onderwijs helaas wijdverbreid is. In de praktijk van het onderwijs is kennis wat in de schoolboeken staat en dat moeten de leerlingen op hun examen reproduceren. Kennis is in deze opvatting een afgerond geheel, een vanzelfsprekendheid. Iedere twijfel aan de relevantie of de juistheid ervan, of zelfs vragen over het ontstaan van die kennis, kan het examencijfer in gevaar brengen. Dat verklaart de verwarring en zelfs weerstand bij leerlingen die voor het eerst worden geconfronteerd met deze manier om met kennis om te gaan.

Ook mijn uitnodiging om alles wat ik beweer in twijfel te trekken en kritisch te bevragen wordt niet meteen positief ontvangen. “Meneer, misschien vindt u het niet erg als we niet direct geloven wat u zegt, maar andere leraren worden dan boos.” Ik kan niet beoordelen of dat klopt, maar veel van mijn collega’s juichen zo’n sceptische houding van hun leerlingen beslist toe. In mijn lessen werd het al snel een gewoonte om te vragen: “Hoe weet je dat?”, “Hoe kun je dat bewijzen?” of “Waarom is dat zo?” en niet alles als vanzelfsprekend te aanvaarden ‘omdat het nu eenmaal zo is’.

de leerlingen aan het werk

Vanaf de start was ik meer dan aangenaam verrast door het hoge niveau van de vragen die mijn leerlingen bedachten. De eerste lessen gingen heel uitgebreid in op Beweging. De opdracht zelf vragen te bedenken over het begrip Beweging leverde een hele reeks buitengewoon interessante vragen op, zoals “Wat is beweging?”, “Waardoor wordt beweging veroorzaakt?”, “Kan een beweging oneindig lang doorgaan?” en de vraag waarvan we met de hele klas besloten dat we die verder wilden onderzoeken: “Is geen beweging mogelijk?”

Over die vraag liet ik hen een essay schrijven. Dat was een ander aspect van deze lessen. Een keer per week of per twee weken schreven de leerlingen een essay waarin ze verder nadachten over een vraag, soms door middel van een experiment – een gedachte-experiment of een theoretische beschouwing waarbij ze moesten proberen een wetmatigheid of een formule af te leiden. Dat lukte niet altijd, maar alweer, verrassend vaak wel. En ook als het niet lukte was er iets nieuws geleerd, omdat ik hen opdroeg over hun resultaten te reflecteren. De essays waren niet bij iedereen populair, maar schrijven, gedachten onder woorden brengen, logisch redeneren en reflecteren was een ander belangrijk doel van dit project.

Het volgende onderwerp was Kracht en Beweging. Ook hier raakten we aan de fundamenten van de natuurkunde met vragen als:”Wat is het verband tussen kracht en beweging?”, “Is er kracht mogelijk zonder tijd?”, “Hoe kun je kracht waarnemen?”, “Is er een maximale en een minimale kracht? En waarom?” en “Als er geen kracht is bestaat er dan wel beweging?” Die vragen gaven mij de gelegenheid de wetten van Newton te introduceren, die ik, omdat de leerlingen al veel over deze vragen hadden nagedacht, nauwelijks hoefde uit te leggen.

Met het onderwerp zwaartekracht kwam de klas op een hoger niveau. Ik had in de klas de proef van Cavendish laten zien, heel primitief met een piepschuimen balkje opgehangen aan het plafond en wat loden gewichtjes die elkaar heel langzaam aantrokken. Ze kregen de opdracht mee naar huis een experiment te bedenken of uit te voeren waarmee ze de aantrekkingskracht konden meten en een van de belangrijkste constanten van de natuurkunde bepalen, de zwaartekrachtsconstante G van Newton. Niet iedereen kwam daar uit. Het was ook een moeilijke opdracht. Iedereen heeft zijn best gedaan en sommigen kwamen heel ver, zoals een meisje laat zien in dit filmpje over het experiment dat ze thuis heeft uitgevoerd.

Ik wil de belangstellende lezer de reflectie van een ander meisje niet onthouden:

Ik denk dat mijn conclusies behoorlijk betrouwbaar zijn. De nabootsing van de proef van Cavendish was niet zo nauwkeurig als de proef van Cavendish zelf, maar goed genoeg om te kunnen concluderen dat massa’s elkaar aantrekken. Hij was niet betrouwbaar genoeg om de formule voor de aantrekkingskracht tussen twee voorwerpen mee te bepalen. Die formule heb ik bepaald aan de hand van logisch nadenken en het gebruiken van algemeen bekende getallen. Van die getallen is niet met volledige zekerheid te zeggen of ze kloppen. Het is natuurlijk altijd maar een schatting hoeveel de aarde weegt en wat de diameter van de aarde precies is, maar ik denk dat de schattingen nauwkeurig genoeg zijn om gebruikt te mogen worden voor het uitrekenen van G.

Dit waren, toegegeven, twee van de beste leerlingen. Niettemin kwamen de meesten van 3Ga, met name ook de ‘alfa’s’, significant verder dan wanneer ik het lesboek gevolgd had. Ook leerlingen die niet voor een betaprofiel kozen lieten zien dat ze de belangrijkste principes goed hadden begrepen. Een enkeling was, net als de ‘beta’s’ prima in staat om een formule af te leiden door logisch na te denken over hun waarnemingen.

het belang van verwondering

Plato zag verwondering als het begin van en zelfs als een voorwaarde voor denken. Verwondering is een denkhouding die niets als vanzelfsprekend veronderstelt, het vermogen om overal vragen bij te stellen.

Ik ben ervoor om in scholen een curriculum te ontwerpen rond Grote Vragen. Daarover heb ik in 2015, samen met Gert Biesta, bij het NIVOZ een seminar gegeven. Zulke scholen bestaan al, o.a. de Internationale Scholen die het International Baccalaureate volgen. Geen enkele reden om dat niet op onze eigen scholen te proberen. Eind september ga ik met een groep leraren en inspecteurs naar High Tech High, een highschool in San Diego die haar eigen curriculum heeft ontwikkeld, los van de officiële Common Core Standards. Ook daar werken leerlingen met veel succes vanuit vragen die ze zelf bedenken.

zorgen van ouders en leerlingen

Niet alles is gegaan zoals ik het had gewild. Daarvoor zijn een paar oorzaken aan te wijzen. In de eerste plaats is dat mijn eigen planning; die had wel wat strakker gekund. Soms ontwikkelde een les zich op een heel andere manier dan ik had gepland, bleken leerlingen zaken moeilijker te vinden dan ik had voorzien, was mijn uitleg onnodig lang waardoor de leerlingen hun aandacht verloren.

Dat is natuurlijk eigen aan deze, onderzoekende manier van lesgeven waarbij niet alles te voorspellen en te plannen is. Het vraagt van een leraar veel vertrouwen in de leerlingen, maar dat vertrouwen blijkt keer op keer beloond te worden met (niet helemaal onverwachte) pareltjes van denkkracht.

Een volgende keer zou ik vooraf nog duidelijker doelen stellen voor wat betreft noodzakelijke basiskennis en –vaardigheden en iets strakker die doelen volgen. Ouders waren, zoals gezegd, bezorgd dat hun kinderen te weinig zouden leren en daardoor in de vierde klas in de problemen komen. We hebben inderdaad het onderwerp Licht niet behandeld en dat is jammer, maar het is de vraag hoe erg dat is. Dat onderwerp komt in de bovenbouw niet meer terug. Van de onderwerpen die we wel hebben bestudeerd zijn we veel meer de diepte ingegaan dan de parallelklassen en hebben daarbij zelfs begrippen behandeld die pas in de vijfde en de zesde aan bod komen.

Ik heb weinig summatief getoetst, maar heel vaak formatief, in combinatie met regelmatig essays schrijven. Voor de Kerst gaf ik, op aandringen van de schoolleiding, een proefwerk over de zelfde stof als de parallelklassen. Dat was een vergissing. Ik moest een paar weken mijn werkwijze verlaten en met de leerlingen sommetjes oefenen. De resultaten waren niet al te best. Dat zou ik een volgende keer niet meer zo doen. Een consequent andere aanpak vereist ook een andere manier van toetsen. De resultaten later in het jaar waren dan ook veel beter.

De leerlingen vonden het moeilijk, vooral in het begin werd er wat geklaagd. Dat ging al snel over en bijna iedereen was enthousiast over deze aanpak. Uiteindelijk had iedereen een voldoende op het eindrapport.

hoe verder?

Jammer genoeg zal ik het project niet af kunnen maken. Om organisatorische redenen geef ik komend schooljaar alleen nog natuurkunde in één 6V-klas. Het was interessant geweest als ik, met de ervaringen van afgelopen jaar, in een nieuwe 3G-klas het Motion Mountain-project had kunnen herhalen. Het was ook de moeite waard geweest in 4V mijn leerlingen van vorig jaar verder te begeleiden bij het verder onderzoeken van fundamenteel natuurkundige vragen.

Inmiddels geef ik workshops Verwondering aan docententeams op andere scholen die met hun leerlingen een vergelijkbare weg willen afleggen. Zo kunnen we samen Verwondering in het onderwijs de plaats geven de ze verdient.

reageer

Ik ben heel benieuwd naar reacties van collega’s (po, vo, mbo) met vergelijkbare ervaringen.

literatuur

Matin Durrani & Liz Kalaugher (2016). Furry Logic: The Physics of Animal Life. Bloomsbury Sigma, 304 pag. Link

Christoph Schiller (2017). Motion Mountain. The Adventure of Physics. 6 Volumes. Online Wordt voortdurend bijgewerkt in samenwerking met een uitgebreid internationaal netwerk van lezers.

Dick van der Wateren (2016). Verwondering. Leren creatief en kritisch denken door vragen te stellen. Meppel. Ten Brink Uitgevers, 109 pag. Link