Verbindend leren is de motor van het ontwikkelde STEMOOV-model en de lijm die S.T.E.M. samenbrengt tot STEM. Het verbindend leren maakt van het STEMOOV-model een iteratief proces en geeft hierdoor niet alleen leraren de nodige handvaten voor het uitwerken van STEM- projecten. Het biedt alle STEM-geletterden een systematische aanpak voor het actief onderzoekend en ontwerpend leren door het verbindend leren centraal te plaatsen.
 
Verbindend leren staat voor de volgende vier verbindende elementen die hieronder uitgebreid besproken zullen worden:

• Verbinden met de fysische wereld;

• Verbinden met elkaar: door communiceren en samenwerken;

• Verbinden met denk- en doevaardigheden van een hogere orde;

• Verbinden van onderzoekend en ontwerpend leren (iteratief proces).

Verbinden met de fysische wereld
De fysische wereld is de wereld van waaruit alles vertrekt. Het verbinden hiermee is zeer belangrijk. Door te vertrekken vanuit een authentieke context, een levensechte vraag of een maatschappelijk relevant probleem dat eveneens aansluit bij hun leefwereld, interesses en waarden, zien STEM-lerenden in waarom ze bepaalde dingen moeten leren. Het STEM-lerarenteam kan deze intrinsieke motivatie extra aanwakkeren door bewust in te spelen op de diversiteit van leerlingen en eventueel extra aandacht te besteden aan het betrekken van meisjes of jongeren uit kansengroepen.

Daarnaast is het noodzakelijk om de betekenisvolle context bij de start van een project of op regelmatige momenten te duiden. Ook verwonderd worden door vragen, problemen, wensen en ervaringen is essentieel in het leerproces van zowel STEM-lerenden als -leraren. Een manier om dit te stimuleren is door hen in contact te brengen met open-ended probleemstellingen zoals ‘Wicked Problems’ of eindeloze vragen.

 

 

 

 

 

 

 

 

Aan het einde van een project of wanneer STEM-lerenden de cycli van onderzoekend en/of ontwerpend leren hebben doorgemaakt, zijn ze uiteindelijk in staat om hun nieuwe inzichten of creaties toe te passen en te gebruiken binnen die fysische wereld.
 
Verbinden met elkaar door communiceren en samenwerken
Tijdens elke stap in het model staan communicatie en samenwerken centraal. Dit zijn 21ste-eeuwse competenties die elke dag belangrijker worden zowel op school, in de bedrijfswereld als voor de hele maatschappij.
 
STEM-lerenden communiceren (tonen, tekenen, presenteren, argumenteren, duiden, verklaren) op elk moment van het proces hun nieuwe toepasbare inzichten en te gebruiken creaties met de STEM- leraar of andere STEM-lerenden. Dit is essentieel om denk- en doevaardigheden van een hogere orde te stimuleren.
 
Daarnaast kan communiceren ook een onderzoekende houding aanwakkeren door STEM-lerenden in groep antwoorden te laten zoeken op prikkelende of eindeloze vragen of door te filosoferen over STEM & maatschappij met STEM-lerenden op hun niveau. 

Communiceren activeert niet alleen de nieuwsgierigheid en het analysevermogen van jongeren, maar ook de motivatie voor schoolvakken. 

 

Soms is het moeilijk om een boodschap duidelijk over te brengen, zeker wanneer er tegengestelde belangen of percepties aanwezig zijn. Geweldloze communicatie kan dan een verbindende factor zijn, doordat het zich richt op het verwoorden van wat we waarnemen, hoe we ons daarbij voelen, wat onze behoeften zijn en wat we uiteindelijk graag zouden willen (wens/verzoek) (Rosenberg, 2006).
 
Geweldloze communicatie kan helpen op drie vlakken, namelijk onze eigen boodschap duidelijk brengen, beter duiden of definiëren van vragen of probleemstellingen, en inleven in anderen (‘stakeholders’).
 
STEM-lerenden en -leraren maken daarnaast tijdens het wetenschappelijk communiceren gebruik van duidelijke (vak)taal om belangrijke termen te plaatsen binnen hun context. Hierbij is wiskunde zeer belangrijk als basistaal voor gegevens, bewerkingen en methodes.


Verbinden met denk- en doevaardigheden van een hogere orde
Denk- en doevaardigheden van een hogere orde, kunnen op elke moment van het onderzoekend, ontwerpend en verbindend leren van toepassing zijn. Ze zijn de fundamenten van het STEMOOV-model. Binnen elke stap van het model kunnen STEM-lerenden van kleuter tot universitair evolueren in deze vaardigheden. Daarom worden deze vaardigheden in een rupsband onder het model geplaatst dat symbool staat voor een fundamenteel (mee-)groei systeem.

​

​

​

​

​

​

​

Het onderwijs ondergaat volop een hervorming waarbij nieuwe onderwijsdoelen gebaseerd zijn op 16 sleutelcompetenties. De onderwijsdoelen die aansluiten bij STEM vallen onder sleutelcompetenties: 9 ‘Competenties inzake wiskunde, exacte wetenschappen en technologie’, 1 ‘Leercompetenties met inbegrip van onderzoekscompetenties, innovatiedenken, creativiteit, probleemoplossend en kritisch denken, systeemdenken, informatieverwerking en samenwerken’, 2 ‘Digitale competentie en mediawijsheid’, 3 ‘Ontwikkeling van initiatief, ambitie, ondernemingszin en  loopbaancompetenties’  en 5 ‘ Sociaal-relationele competenties’ (Vlaamse Regering, 2018). Voor elk nieuw onderwijsdoel wordt ook het beheersingsniveau bepaald dat gebaseerd is op de herziene taxonomie van Bloom (Anderson & Krathwohl, 2011).

De herziene taxonomie van Bloom legt de nadruk op soorten kennis: van concreet naar abstract en bepaalt daarnaast het beheersingsniveau ervan door denkvaardigheden gradueel op te delen in zes niveaus van eenvoudig naar complex (van de Kamp, 2012):
Bij ONTHOUDEN moet men het materiaal kunnen reproduceren zoals het gepresenteerd werd.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BEGRIJPEN is de betekenis kunnen construeren via verbale, geschreven en grafische communicatie van instructie-inhouden, zoals dat tijdens lessen, in boeken  en via computers en monitors gepresenteerd is. Daarnaast is begrijpen ook verbanden kunnen leggen tussen voorkennis en nieuwe kennis.
TOEPASSEN omvat manieren van uitvoeren van oefeningen of van problemen oplossen en is verwant aan procedurele kennis.
ANALYSEREN betekent het materiaal in onderdelen kunnen opsplitsen en kunnen bestuderen hoe onderdelen aan elkaar en aan het geheel gerelateerd zijn.
EVALUEREN is het kunnen geven van een oordeel dat gebaseerd is op criteria en standaarden. De criteria die hierbij vaak worden gebruikt zijn kwaliteit, effectiviteit, efficiëntie en consistentie.  
CREËREN omvat het samenvoegen van elementen tot een coherent of functioneel geheel, het reorganiseren van elementen in nieuwe patronen of structuren. Creëren is erop gericht om nieuwe, originele producten te maken.

Vanaf niveau 4 (analyseren, evalueren en creëren) noemen we dit denk- en doevaardigheden van een hogere orde. De metacompetenties die je kan terugvinden in het STEMOOV-model, werden aangevuld met de vaardigheden selecteren, optimaliseren en synthetiseren, die ook tijdens elke stap in het model kunnen worden toegepast. 

​

​

​

​

​

​

 

​​Bovenstaande 6 complexe doe- en denkvaardigheden vormen daarnaast ook een geheel dat STEM-lerenden procesmatig kunnen gebruiken bij het aanvatten van een STEM-project en bij elke stap van het model:

1. Tijdens  het  ANALYSEREN verzamelen en bestuderen STEM- lerenden het materiaal, het probleem, de vraag of de behoefte. Hierbij leren ze grotere gehelen ontleden, onderdelen opsplitsen, verschillen en verbanden zien, gegevens interpreteren, organiseren en relateren tot een groter geheel.

2. Na een analyse komt er meestal een selectie of het SELECTEREN. Dit kan op elk moment en met betrekking tot elk materiaal gebeuren, namelijk het selecteren van onderzoeksvragen of ontwerpproblemen, ideeën, materiaal, hulpmiddelen, de onderzoeksmethode of stappen van het onderzoek, het te maken prototype enzovoort. Hierbij leren STEM-lerenden plannen, rangschikken en oriënteren.

3. STEM-lerenden CREËREN altijd iets. Ze doen bijvoorbeeld voorspellingen, stellen een hypothese op, trekken conclusies, bedenken ideeën, werken en voeren een onderzoek of concept uit. Hierbij voegen ze de verschillende geselecteerde elementen samen tot een coherent geheel. Het kunnen organiseren in patronen of structuren is hierbij een belangrijke competentie.

4. EVALUEREN en reflecteren laat STEM-lerenden kritisch nadenken. Dit kan gebeuren tijdens het verkennen van gegevens of nieuwe ideeën. Zoals verderop besproken zal worden in het luik ‘divergeren en convergeren’ (of ‘het creatief versus het kritisch denken’) zijn evalueren en reflecteren belangrijker tijdens het concluderen en het bijsturen van een ontwerp. STEM-lerenden kunnen inconsistenties of fouten ontdekken en herkennen, modellen testen en uiteindelijk beoordelen of bekritiseren.

5. Elke stap of elk proces kan verbeterd of geoptimaliseerd  worden. OPTIMALISEREN hangt samen met het evalueren waarbij STEM-lerenden testen, kritisch denken en uiteindelijk bijsturen om hun creatie, inzicht, onderzoeksvraag … te verbeteren

6. Tijdens het syntheseproces of het SYNTHETISEREN wordt een inzicht of creatie gemaakt. Door het leggen van nog complexere verbanden, het bij elkaar brengen van deelinformatie en het verruimen van het probleem, kunnen concrete zaken naar een abstract niveau worden herleid.

​

​

​

​

​

​

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Verbinden van onderzoekend en ontwerpend leren = iteratief leerproces
Het verbinden van de stappen van onderzoekend leren met ontwerpend leren én met zichzelf creëert een cyclisch of iteratief leerproces. Dit iteratief leerproces geeft zowel STEM-lerenden als -leraren de kans om fouten, ideeën, prototypes of concepten te analyseren, evalueren en optimaliseren. Daarnaast maakt het ruimte voor verdieping of verbreding van inhouden. Dit creëert een open en creatief leerproces voor het opstellen van projecten.
Het iteratief proces is tot stand gekomen door de stappen van onderzoekend en ontwerpend leren aan het proces van ‘Design Thinking’ te koppelen.  
​
Design Thinking in het STEMOOV-model bestaat uit 4 fasen: inleven, begrijpen, ontwerpen (bedenken) en uitvoeren (maken).
 
​
Design Thinking is een vorm van probleemgecentreerd leren waarmee vooral ‘open- ended’ of eindeloze vragen en ‘Wicked Problems’ worden aangepakt in het bedrijfsleven. Het Design Thinkingproces kent vier grote fasen die afwisselend een divergerend en convergerend karakter kennen (zie verder). Design Thinking vertrekt bij het verfijnen van een probleem of levensechte vraag door zich eerst in te leven en daarna te begrijpen waarbij ‘stakeholder awareness’ en empathisch onderzoeken centraal staan. Wanneer het probleem duidelijk geformuleerd is, start het ontwerpend luik met creatieve ideeën bedenken of ontwerpen tot het effectief maken of uitvoeren van het ontwerp dat de uiteindelijke oplossing is voor het probleem. Design Thinking is een iteratief proces dat het mogelijk maakt om noden te herkennen en te begrijpen, oplossingen te bedenken en te maken en in elke stap van dit proces direct aan de slag te gaan met feedback om zo sneller tot goede oplossingen te komen of zeer efficiënt het project af te breken of te heroriënteren. Bij  de  vertaling  naar  het onderwijs is het essentieel dat STEM-lerenden durven uitproberen, afkijken en  het  niet erg vinden om fouten te maken en daarvan te leren (‘growth mindset’).

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​​Elke fase van Design Thinking wisselt af tussen divergeren of breed creatief denken en convergeren of kritisch denken. Tijdens het divergerend of creatief denken wordt er zo breed mogelijk ingeleefd in de probleem- of vraagstelling of worden er creatieve ideeën bedacht. Verbeeldingskracht en een brede blik zijn hierbij essentieel. Bij het divergeren mag ‘alles’ en elk idee of elke waarneming is waardevol. STEM-lerenden stellen hun oordeel uit tot de convergerende fase. De ideeën zijn origineel, gevarieerd en

liefst innovatief. Bij convergerend of kritisch denken kiest men uit het grote aantal (onderzoeks- of ontwerp-) ideeën of oplossingen de meestbelovende(n). Het denken convergeert dus naar één punt. Kritisch, analyserend en evaluerend denken, concluderen, argumenteren en het concreet uitwerken van een oplossing zijn hierbij belangrijk. Deskundigen adviseren om beide denkprocessen expliciet van elkaar te scheiden, wanneer STEM-lerenden nog weinig ervaring hebben met het creatief denken. Wanneer ze gelijktijdig creatief nieuwe ideeën moeten bedenken en deze ook kritisch moeten beoordelen, treden er blokkades op in de ideeënstroom. Dit is nefast voor het creatieve en innovatief proces.
 
Design Thinking is een iteratieve denk- en leermethode die bestaat uit vier belangrijke fasen: inleven, begrijpen, bedenken of ontwerpen en maken of uitvoeren.

​Fase 1: inleven
Om te weten wat belangrijk is voor een ‘stakeholder’ en zijn omgeving en zo te kunnen inspelen op zijn wens, behoefte, probleem of vraag, moet men zich ten volle kunnen inleven in de situatie. Divergent denken kan pas aan bod komen wanneer

men goed observeert en zich helemaal plaatst in de situatie van de stakeholder. Ook voor STEM-lerenden is het belangrijk dat hun kennisnoden worden erkend en dat de leraar hierop inspeelt door projecten te kiezen die aansluiten bij hun leefwereld, interesses of waarden.

Fase 2: begrijpen
Hier wordt informatie verzameld die betrekking heeft op de geobserveerde behoeften. Onderwerpen die niet (voldoende) beheerst worden, moeten eerst aangeleerd worden of gelinkt worden met herkenbare elementen. In deze fase wordt de grote hoeveelheid informatie samengevat of gesynthetiseerd tot enkele kernpunten. Dit stadium convergeert tot een standpunt dat samenvat wie het probleem ervaart (stakeholder), wat de kern van het probleem precies is en wat de reden is waarom het als een probleem wordt ervaren. STEM-lerenden gaan het probleem begrijpen en definiëren.

Fase 3: ontwerpen
Om een goede oplossing te bouwen, moet men op basis van een goed standpunt enorm veel ideeën bedenken (divergeren). Veel ideeën samen vormen de basis van een beter idee. Samenwerken en brainstormen staan hierbij centraal.

Fase 4: uitvoeren
Het doel van deze fase is het maken van een prototype (convergeren). Een prototype is geen perfecte oplossing, wel een voorstelling of een model ervan. Tot slot moet het prototype getest worden, dit is noodzakelijk om tot een goede oplossing te komen. Proberen, durven fouten maken en aftoetsen bij de stakeholder, staan hierbij centraal. Op basis van observaties en gesprekken tijdens een aantal testen wordt het prototype bijgestuurd en komt men uiteindelijk tot een goede oplossing.