Onderzoeken en leren zijn nauw met elkaar verbonden. Vooral jonge kinderen vertonen spontaan een onderzoekende houding waarbij ze hun wereld willen ontdekken en leren kennen. De leraar speelt hierbij uiteraard ook een belangrijke rol. Door het actief blijven stimuleren van deze onderzoekende houding, vooral op latere leeftijd, en door het laten uitvoeren van onderzoeksopdrachten verwerven STEM-lerenden nieuwe kennis. Dit betekent dat STEM-lerenden niet enkel hun kennis uitbreiden, maar ook kritisch leren nadenken door de juistheid van eerder verworven kennis na te gaan waardoor bestaande misconcepten aan de oppervlakte komen en deze bijgesteld kunnen worden. Daarbij is een onderzoekende en ontdekkende ‘uitprobeerhouding’ van de leraar zelf een belangrijke succesfactor. Te veel uitleg en instructies kunnen STEM-lerenden belemmeren om zelf te experimenteren of op ontdekking te gaan.
 
Het onderzoekend leren verloopt op een systematische wijze. De leerling doorloopt hierbij de stappen van de onderzoekcyclus meestal in een vaste volgorde. Het model laat toe om steeds opnieuw op elk moment bij te sturen en tussen de stappen te schakelen. Daarnaast zijn de verschillende fasen van de OVUR-methode (Oriënteren, Voorbereiden, Uitvoeren en Reflecteren), een andere methode van onderzoeken, ook te herkennen in het STEMOOV-model.
 
Verwonderen – Context duiden – Onderzoeksvraag
De leerling start zijn onderzoek vanuit een verwondering of authentieke context. Door die ervaring ontstaat spontaan - of door het aanbod/de inspiratie van de leraar - een aantal vragen. Deze vragen ontstaan uit nieuwsgierigheid, door de drang om iets nieuws te ontdekken of door je af te vragen hoe iets zit. In een aantal gevallen worden er ook verwachtingen geformuleerd, waarbij verbeelding belangrijk is. Dit stimuleert de intrinsieke motivatie om op onderzoek te gaan. Soms is het noodzakelijk dat de leraar op regelmatige momenten ondersteuning biedt door de context of het probleem te duiden. Uit de veelheid van ervaringen, context of vragen gaan STEM-lerenden op verdere verkenning of destilleren ze - met steun van de leraar - een meer gerichte onderzoeksvraag of stelling. Deze stap is belangrijk omdat onderzoek altijd een focus moet hebben, waarbij je kijkt naar bepaalde zaken en andere zaken negeert. In het OVUR-model wordt deze fase het oriënteren genoemd.

Verkennen
Na het oriënteren, volgt in het OVUR-model het voorbereiden. Tijdens deze fase worden het probleem en de context geanalyseerd. Op basis van voorkennis en met behulp van relevante beschikbare bronnen, kan het onderwerp, het probleem of de onderzoeksvraag verder verkend worden. Het motto bij verkennen is “hands-on, minds-on, talk it over” (Wetenschapsknooppunten Zuid- Holland, 2018).
 
Hands-on: : Hierbij experimenteren en proberen STEM-lerenden (bewust en onbewust) iets uit. Dit kan klassikaal, individueel of in groepjes. Alle voorafgaande ervaringen en voorkennis worden hierbij geactiveerd. 
Mind-on: In dit zoekproces is het nadenken over wat je ervaart essentieel. De ‘minds’ gaan aan. Het accent ligt hierbij op divergeren en breed of creatief denken waarbij elke ervaring of gedachte belangrijk is.
Talk it over: Het verwoorden van deze ervaringen en gedachten ondersteunt het onderzoekend leren en het verder doordenken. Communiceren staat centraal in deze niet-gestructureerde fase van het onderzoeksproces. Dit kan schriftelijk gebeuren met ondersteuning van een mindmap, schets of tekening of mondeling tijdens een klasgesprek, waarna een hypothese geformuleerd kan worden.
 
Tijdens deze fase (of op elk moment) kan de leraar een (kleine) voorstudie aanbieden waardoor STEM-lerenden extra inhoudelijke kennis verwerven of praktische ervaring opdoen (leren pipetteren, lassen of knippen) die een meerwaarde kan zijn voor het project.

Onderzoek opzetten
Tijdens het opzetten van het onderzoek moet nagedacht worden over de manier waarop de ontbrekende informatie kan worden aangevuld. Bij het onderzoekend leren ligt het accent op actieve kennisopbouw en het opstellen van een onderzoeksplan. De STEM-lerende wordt geactiveerd om in zijn eigen omgeving en samen met anderen op zoek te gaan naar vragen en antwoorden en denkt hierbij na over hoe hij dit kan aanpakken. De STEM-lerende verzamelt informatie op verschillende manieren: door bronnen te bestuderen, interessante locaties te bezoeken, mensen te bevragen, een observatie uit te voeren, een meting te verrichten of een experiment op te zetten. Hierbij wordt een onderscheid gemaakt tussen exploratief onderzoek en toetsend onderzoek. (Wetenschapsknooppunten Zuid-Holland, 2018)
 
Exploratief onderzoek: Het onderwerp van het onderzoek wordt tijdens een exploratief onderzoek vastgesteld en omschreven. Meestal verwacht de onderzoeker dat er iets zal gebeuren, maar heeft hij geen idee wat dit precies zal zijn. De onderzoeksvraag is daarom een open vraag met een open kijk op het probleem. Deze open kijk geeft STEM-lerenden de vrijheid om zich in te leven met al hun zintuigen (zien, horen, proeven, ruiken en voelen) en met verschillende meetinstrumenten.
 
Tijdens een toetsend onderzoek stellen de STEM-lerenden een specifieke vraag op met bijhorende verwachtingen of hypotheses die gebaseerd zijn op weloverwogen ervaringen en opgedane kennis. Daarnaast kunnen leerlingen ook STEM-contexten filosofisch onderzoeken (zie verbindend leren: ‘verbinden met de fysische wereld’).
 
Tijdens het opzetten van eender welk onderzoek moeten STEM-lerenden nadenken over hoe ze hun onderzoek uitvoeren, welk materiaal ze hiervoor nodig hebben en welke concrete stappen of methode ze moeten volgen. Afhankelijk van de leeftijd kan dit onderzoek levensecht worden uitgevoerd, via een modelweergave of simulatieoefening. Alle gegevens worden genoteerd in het onderzoeksplan en maken het probleem of de vraag meetbaar en te onderzoeken. Da a ren boven stelt het a ndere onderzoekers in staat om het onderzoek precies op dezelfde manier te kunnen uitvoeren. Herhaling van experimenten is belangrijk bij het argumenteren en het trekken van conclusies. 

Onderzoek uitvoeren
Het geplande onderzoek wordt uitgevoerd zoals beschreven in het onderzoeksplan. Voor jongere leerlingen kan het ontwerpen en uitvoeren van het stappenplan gestuurd worden door de leraar, oudere leerlingen kunnen hier zelf de verantwoordelijkheid voor dragen. Alle zintuigen kunnen hierbij ingezet worden, denk aan zien, horen, proeven, ruiken en voelen. Het is belangrijk dat STEM-lerenden hun resultaten (waarnemingen, meetwaarden en berekeningen) goed vastleggen met tabellen, tekeningen, in woorden of grafieken. Hierbij is er een verschil tussen kwantitatieve en kwalitatieve gegevens. Kwantitatieve gegevens zijn uitgedrukt in cijfers en duiden op een hoeveelheid. Kwalitatieve gegevens worden omschreven met woorden of vastgelegd met foto’s. In de OVUR-methode wordt deze stap het uitvoeren genoemd.
 
Concluderen
Na het uitvoeren van het onderzoek evalueren de leerlingen eerst of het onderzoek eerlijk en volgens plan is verlopen. Stap voor stap doorlopen ze het onderzoek en worden de waarnemingen kritisch bekeken. Door verbanden te leggen en gevolgen af te leiden wordt een betekenis gegeven aan de resultaten van het onderzoek. Zo proberen de leerlingen in de stap ‘concluderen’ met behulp van hun gegevens of resultaten een antwoord of conclusie te formuleren op de vraag (en hypothese) die aan de basis stond van het onderzoek. De leraar kan hierbij helpen door gerichte (open) vragen te stellen.

STEM-lerenden moeten er bewust van worden gemaakt dat iedereen iets anders kan hebben waargenomen of gemeten of andere verbanden kan hebben gelegd en dat hierdoor verschillende conclusies mogelijk zijn. Argumenten voor of tegen een bepaalde conclusie kan tijdens een groeps- of klasgesprek worden besproken. Samenwerken is hierbij essentieel en stimuleert het proces van concluderen, bijsturen van het onderzoek en eventueel nieuwe ideeën bedenken.

Inzicht toepassen
Net als bij ontwerpend leren (zie verder) wordt een onderzoekcyclus vaak afgesloten met het communiceren van het onderzoek of inzicht. Dit kan gebeuren aan de hand van een presentatie, een verslag of een andere vorm (tekening, quiz, infographics, video, wiki-pagina …). Goed en nauwkeurig documenteren van je onderzoek, zoals in een verslag, is een belangrijk bewijs dat het onderzoek correct en grondig is uitgevoerd. Door hun onderzoek te communiceren leren STEM-lerenden om in begrijpelijke taal toe te lichten welke stappen ze hebben genomen en waarom. Wanneer ze iets kunnen uitleggen aan anderen, begrijpen ze het vaak zelf ook beter. De laatste stap van de OVUR-methode omvat dan ook het rapporteren en reflecteren.
 
Het nieuw verworven inzicht kan uiteindelijk ook concreet toegepast worden of gebruikt worden om een nieuwe vraag te formuleren of om de overstap te maken naar een ontwerpend proces. Zo krijgen de leeropbrengsten van het onderzoek een betekenis.

Tot slot
Het kan regelmatig voorkomen dat een leerling stappen meerdere keren doorloopt en/of op een andere plek teruggaat in de cyclus. Zo kan een leerling bij de stap ‘concluderen’ tot de ontdekking komen dat hij onvoldoende informatie heeft verzameld om de onderzoeksvragen te beantwoorden. De leerling doorloopt dan opnieuw de stappen ‘onderzoek opzetten’ en ‘onderzoek uitvoeren’: hij plant aanvullende activiteiten en voert deze uit. Een zelfsturende handeling of houding wordt hierbij aangeleerd.
 
Bij het proces van onderzoekend leren doorloopt de leerling een unieke leerweg met eigen opbrengsten en leerervaringen. Een leerling werkt gedurende een onderzoek samen met klasgenoten of andere personen die de rol vervullen van mede-onderzoeker, kritische volger van het onderzoek, respondent of doelgroep. Het leren vindt plaats in interactie met anderen. Door samen te werken gaat de leerling op een natuurlijke wijze in gesprek over nieuwe kennis, meningen en inzichten die hij gedurende het onderzoekstraject verwerft. Daarnaast moeten onderzoeksteams ook indirect elkaar kunnen inspireren. Door STEM-lerenden te laten afkijken bij anderen komen ‘good practices’ en nieuwe creatieve ideeën spontaan boven water drijven.