Lerarenopleidingen Science en Wiskunde/Rekenen

Lerarenopleidingen Science en Wiskunde/Rekenen

Kwantitatieve biologie in het onderwijs

Deze bijdrage is op basis van het promotieonderzoek Meten aan je Hart waarin is onderzocht hoe we kwantitatieve begrippen kunnen onderwijzen in het biologieonderwijs en welke rol informatietechnologie daarbij zou kunnen spelen.

Mathematics seems to endow one with something like a new sense—Charles Darwin

Zoals Darwin al voorzag, is de biologie van vandaag bij uitstek een bètavak. Zonder wiskundige gereedschappen zou het menselijk genoom bijvoorbeeld nog grotendeels terra incognita zijn. Maar in het voortgezet onderwijs staat biologie nog steeds bekend als de ‘zachtste’ van de bètavakken. Ondanks dat de kwantitatieve benaderingen in de biologie als wetenschap steeds dominanter worden en doorsijpelen naar bijvoorbeeld de eindtermen van het vo biologie, is er in het onderwijs traditioneel weinig aandacht voor deze cijfermatige kant van de biologie. En ondanks dat de computer in de biologie een onmisbaar gereedschap is waarmee allerlei kwantitatieve problemen worden opgelost, is deze rol van de computer minder evident in de klas bij biologie. Het resultaat hiervan is een keur aan kwantitatieve eindtermen die problemen opleveren door het ontbreken van adequate lesmaterialen.

Kwantitatieve begrippen in het curriculum van het vwo biologie

Dat biologie een kwantitatief vak is, blijkt uit analyse van de eindtermen van de tweede fase van het vwo biologie en de eindexamenvragen van examens die deze eindtermen toetsen. In een kwart van de eindtermen en de helft van de examenvragen wordt gerefereerd aan kwantitatieve begrippen. Dit is met name het geval in domeinen van de biologie waarin wiskunde, natuurkunde en scheikunde traditioneel een grote rol spelen, zoals fysiologie, biochemie en ecologie.

Desondanks is het gebruik van kwantitatieve begrippen in het vwo biologie nogal problematisch. Kwantitatieve begrippen in de biologie zijn van oorsprong gereedschappen voor natuurwetenschappelijk onderzoek, maar dit aspect komt nauwelijks naar voren in het curriculum van het vwo biologie. De weergave van kwantitatieve begrippen in bijvoorbeeld hoofdstukken over hart en bloedsomloop, zoals bijvoorbeeld in een elektrocardiogram of in een grafiek van de bloeddruk, zijn vaak sterk geïdealiseerd en ontdaan van de wetenschappelijke contexten van waaruit zij oorspronkelijk zijn voortgekomen. Dit is niet alleen nadelig voor het aanbrengen van een onderzoeksmatige houding. Ook bieden dergelijke weergaven van kwantitatieve begrippen onvoldoende details om te kunnen interpreteren wat ze voorstellen. Een test onder 5-vwo-leerlingen van drie verschillende scholen die het hoofdstuk Hart en Bloedsomloop al ‘hadden gehad’ liet bijvoorbeeld zien dat leerlingen grote moeite hadden om grafieken van de bloeddruk en een elektrocardiogram ondubbelzinnig te interpreteren.

Toegankelijke artikelen over de rol van kwantitatieve begrippen bij biologie:

Het onderwijzen van kwantitatieve begrippen bij biologie

Hoe kunnen we kwantitatieve begrippen onderwijzen bij biologie? Een veelbelovende aanpak is om ‘standaard’ kwantitatieve begrippen in het curriculum, zoals bijvoorbeeld het de begrippen druk en spanning (ECG) bij het onderwerp hart en bloedsomloop, zoveel mogelijk te introduceren aan de hand van metingen die min of meer dezelfde grafieken opleveren die leerlingen ook in hun methoden kunnen aantreffen. Aan de hand van hedendaagse meetapparatuur zijn er voor veel in het biologiecurriculum voorkomende grootheden mogelijkheden om dat in de klas te doen. Een voorbeeld hiervan is het gebruik van dataloggers in het domein hart en bloedsomloop, waarmee bijvoorbeeld vrij eenvoudig een elektrocardiogram kan worden gemeten. Een dergelijke ‘recontextualisatie’ van in schoolboeken geïdealiseerde grafieken draagt bij aan de ontwikkeling van begrip over zowel het verkrijgen van kwantitatieve gegevens in de biologie als de daarmee samenhangende kwantitatieve begrippen. Aan de hand van het zelf meten van een elektrocardiogram leren leerlingen bijvoorbeeld niet alleen dat hier gaat om het meten van spanningsverschillen, maar ook hoe het verloop van deze grootheid samenhangt met de werking van het hart. Van belang hierbij is wel dat leerlingen een duidelijk motief zien om dit soort grafieken te willen verklaren.

  • Website van het project Meten aan je Hart met lesmaterialen en illustraties.

Toegankelijke artikelen over het onderwijzen van kwantitatieve begrippen bij biologie, al dan niet met behulp van dataloggers.

Achtergrondmateriaal

Proefschrift:

Recensies van proefschrift in Tijdschrift voor Didactiek der Bètawetenschappen en in BioNieuws:

ELWIeR en Ecent als één STEM