Chemie moet spannend zijn

Een interessant scheikunde-experiment moet `net echt zijn'. Daarom liet Lisette van Rens middelbare scholieren stoeien met een zwak wetenschappelijk artikel.

`EEN CHEMIE VAN willen, weten en kunnen.' Dat is de titel van het proefschrift waarop Lisette van Rens eind maart promoveerde aan de Vrije Universiteit in Amsterdam. Van Rens onderzocht hoe scheikundeonderwijs eruit zou moeten zien om leerlingen in de tweede fase van het vwo onderzoeksvaardigheden bij te brengen en daarmee een passie voor het vak. Ofwel: hoe breng je chemie tot stand tussen jongeren en chemie?

Bij de invoering van de tweede fase op het havo en het vwo, eind jaren negentig, werden nieuwe doelstellingen geformuleerd voor de exacte vakken. Belangrijke nieuwe vaardigheid die leerlingen moesten aanleren was onderzoek doen. Hoe die onderzoeksvaardigheden vorm moest krijgen werd overgelaten aan de docenten. En die hadden het daar niet gemakkelijk mee, vertelt Lisette van Rens, vakdidacticus scheikunde, in haar werkkamer aan de VU. ``Want zelfs onder onderwijsonderzoekers bestond er geen consensus over welke didactiek nodig was om leerlingen te leren onderzoeken.''

Van Rens ontwikkelde samen met docenten van middelbare scholen een ideaalplaatje van waaruit ze richtlijnen formuleerde voor het onderwijs in de klas. Daarvoor bracht ze als eerste de motivatie van de leerlingen in kaart. Van Rens kwam erachter dat het voor leerlingen essentieel is dat een onderzoek `net echt' is: het moet een compleet onderzoek zijn naar een onbekend fenomeen, gestructureerd maar wel met ruimte voor eigen inbreng en bovenal wetenschappelijk verantwoord. Dat is het `willen' uit de titel van Van Rens' proefschrift. Maar voor goed onderzoek zijn ook `weten' en `kunnen' nodig: relevante vakkennis en praktische vaardigheden. ``Om een onderzoekje te kunnen doen moeten leerlingen beschikken over een zekere basiskennis en ze moeten kennis hebben van empirische bewijsvoering. Daarnaast moeten ze weten hoe ze het juiste meetinstrument kiezen en gebruiken, hoe ze uitkomsten moeten interpreteren en hoe ze hun onderzoeksresultaten opschrijven.''

Daarna onderzocht Van Rens welke soort problemen leerlingen motiveren om aan het werk te gaan. ``Wat belangrijk is, is dat leerlingen denken echt een bijdrage te kunnen leveren. Het moet spannend zijn.'' Daarom ging Van Rens op zoek naar een recent wetenschappelijk artikel met een zwakke empirische bewijsvoering. Dat zou leerlingen moeten motiveren om met een soortgelijk onderzoek het artikel onderuit te halen, of juist te versterken. Van Rens stuitte op een artikel over de diffusie van ionen dat zo slecht in elkaar stak dat de leerlingen met wie ze werkte oprecht verontwaardigd waren dat zoiets zomaar gepubliceerd kon worden. (Thomas Nemetz en David Ball, Journal of Chemical Education, 1995)

Van Rens probeerde haar onderwijsmodel uit in vijf 5-vwo klassen op vier verschillende scholen. De in totaal 80 leerlingen verdeelde ze in 32 teams die allemaal hetzelfde scheikundige probleem gingen onderzoeken, met als doel de in het artikel geformuleerde veronderstelling te verwerpen of te bewijzen. Ter voorbereiding hierop inventariseerde Van Rens de vakkennis die op het gebied van diffusie aanwezig was en spijkerde die zonodig bij. Daarna liet ze de docent een demonstratie doen en deden de leerlingen een experiment, dat hen wat leerde over de werking van ionen. Gewapend met die kennis lazen de leerlingen het artikel, beoordeelden het en gingen vervolgens zelf onderzoek doen. ``Opvallend was dat ieder team het op een eigen manier aanpakte. Het ene team maakte een opstelling met een grote petrischaal, anderen gebruikten een halfopen buis. Die verscheidenheid verraste de docenten. Zij verwachtten dat de leerlingen exact de methode in het artikel zouden imiteren.''

De 32 teams hebben geen sluitend bewijs kunnen leveren voor of tegen de veronderstelling rondom de diffusie van ionen, vertelt Van Rens. ``Daarom hebben sommigen in hun onderzoeksverslagen aanbevelingen gedaan voor vervolgonderzoek.'' Deze verslagen werden op het internet geplaatst op een speciaal ontwikkelde site. Tijdens een internetsymposium konden de teams elkaars onderzoeksresultaten becommentariëren (peer review). Aan de hand hiervan konden de leerlingen hun verslagen nog aanpassen voor ze het in een definitieve vorm goten.

De definitieve artikelen werden beoordeeld door een onafhankelijke jury bestaande uit wetenschappelijk medewerkers van de scheikunde faculteit van de VU en de redactie van het populair wetenschappelijk tijdschrift Natuurwetenschap & Techniek. Het beste artikel werd hierin geplaatst. Daarnaast werden er drie onderzoeksprijzen uitgereikt. Net echt, dus.

In totaal duurde het hele project drie maanden en werden er zes scheikundelessen aan besteed. ``De rest gebeurde buiten schooltijd'', vertelt Van Rens. ``Veel leerlingen deden mee aan het project ter voorbereiding op hun profielwerkstuk.'' Daar hebben ze profijt van de opgedane onderzoeksvaardigheden. Want Van Rens vond dat de leerlingen die meededen aan het project significant beter scoorden op een toets rondom empirische bewijsvoering dan een controlegroep die het reguliere onderwijsprogramma had gevolgd. Maar de voor Van Rens meest inspirerende uitkomst van haar onderzoek was het feit dat zowel docenten als leerlingen haar onderwijsstrategie motiverend en interessant vonden. ``Deze manier van werken stimuleert hun bètawetenschappelijke interesse. Wellicht helpt dit leerlingen te motiveren voor een studie in de exacte wetenschappen.''

Van Rens is na haar promotieonderzoek niet gestopt. Samen met de scheikundedocenten heeft ze elk jaar een nieuw project ontworpen, volgens steeds hetzelfde draaiboek. Er is een project geweest rondom de werking van hydraterende zeep en één over de invloed van cola op het gebit. De projecten worden gesponsord door het bedrijfsleven en de VU. Inmiddels loopt het vierde project rondom de werking van coldpacks. Hieraan doen 24 scholen mee, inclusief een school in Tsjechië en één in Namibië. De discussies vinden nu dan ook in het Engels plaats, wat het project weer een extra dimensie geeft.