Lerarenopleidingen Science en Wiskunde/Rekenen

Jojo-en in Genetica

De jo-jo-onderwijsleerstrategie is een gevalideerde aanpak voor het leren en onderwijzen van genetica in het voortgezet onderwijs. In dit artikel vind je een samenvatting van het proefschrift dat hierover geschreven is. Ook wordt er een concreet voorbeeld gegeven van opdrachten en werkbladen gebruikt in de ontwikkelde lessenserie.

Begripsproblemen bij (klassieke) genetica

Ontwikkelingen op het gebied van de toepassingen van de genetica vragen (tzt) van leerlingen het vermogen tot een weldoordachte beslissing. Hiervoor is een zekere basiskennis en inzicht in de genetica nodig.

Genetica staat internationaal bekend als een van de moeilijkste onderwerpen in het biologieonderwijs voor zowel leerlingen als docenten. Naast de uitgebreide terminologie die de genetica eigen is zijn er twee centrale problemen: de abstracte èn de complexe aard van de genetica. Er is een gevalideerde aanpak ontwikkeld ter vermindering van deze moeilijkheden: de ‘jojo-onderwijsleerstrategie’.

De onderwerpen erfelijkheid, voortplanting en meiose zijn veelal aparte hoofdstukken in de biologieboeken die zelfs vaak in verschillende jaren worden onderwezen. De scheiding in tijd en plaats van de behandeling van deze onderwerpen lijkt verantwoordelijk te zijn voor de abstracte aard van genetica.

Leerlingen ervaren problemen bij het vertalen van teksten naar schema’s en symbolen, Als ook bij het lezen en interpreteren van schema’s en symbolen. Daarbij moeten leerlingen wiskundige berekeningen uitvoeren met deze symbolen om de erfelijkheidsvraagstukken op te lossen. Totslot relateren ze kansen aan biologische fenomenen. Het kruisingsschema wordt veelal routinematig gebruikt zonder dit te koppelen aan werkelijke biologische fenomenen en processen, zoals de meiose.

De complexe aard van de genetica verwijst naar het feit dat erfelijkheidsfenomenen zich op verschillende biologische organisatieniveaus voorkomen, van ecosystemen, populaties, organismen, cellen tot en met het moleculaire niveau. Voor een goed begrip van erfelijkheid moet een leerling de processen op al die niveaus met elkaar kunnen verbinden. Het stap voor stap afdalen naar of inzoomen op de lagere organisatieniveaus, en het consequent gebruik van genetische termen die bij een bepaald niveau horen is dan ook belangrijk. De complexe aard van genetica kan goed geïllustreerd worden aan de hand van het voorbeeld van sikkelcelanemie (figuur 1). Een puntmutatie in het DNA (molecuulniveau) leidt tot het inbouwen van een ander aminozuur wat resulteert in een verandering van de 3D structuur van het eiwit hemoglobine. Hierdoor verandert de 3D structuur van de rode bloedcellen in de karakteristieke sikkelvormige bloedcellen (celniveau), die problemen geven in de bloedcirculatie en zuurstofopname van het organisme. Dit resulteert in ziektesymptomen op het organisme niveau. Op het populatieniveau is de heterozygote vorm voor sikkelcelanemie gerelateerd aan de bescherming tegen de ziekte malaria. Door dit selectievoordeel blijft het sikkelcelallel in de populatie.

Biologisch denken
Het voorbeeld illustreert dat erfelijkheid op het organismeniveau kan worden verklaard door het beschrijven van erfelijkheidfenomenen op de lagere organisatieniveaus. Een betekenisvol begrip van genetica vraagt het kunnen heen-en-weer denken tussen het moleculaire, cellulaire, organismale, en populatieniveau, alsook het verbinden van de verschillende structuren en processen op deze niveaus. Biologen, waaronder biologiedocenten, hebben zich deze ‘denkvaardigheid’ al eigen gemaakt en gebruiken deze automatisch. Leerlingen die genetica proberen te leren en begrijpen, komen in de problemen, omdat biologiedocenten en schoolboekauteurs vaak impliciet springen van het ene naar het andere niveau.

Figuur 1 De complexe aard van genetica: sikkelcelanemie op de verschillende biologische organisatieniveaus

De jo-jo onderwijsstrategie

Centraal in deze aanpak staat het expliciet onderscheiden van de biologische organisatieniveaus en het ontdekken van samenhang tussen erfelijkheidsfenomenen op de verschillende niveaus. Hiertoe moeten leerlingen leren heen-en-weer denken tussen de verschillende organisatieniveaus (populatie, organisme, cel en molecuul). Dit is een onderdeel van de competentie systeemdenken (zie ook bij Achtergronden). Een beschrijving van het ontwikkelingsonderzoek naar deze aanpak staat in het proefschrift.

Wat kan een docent er aan hebben?

In het onderzoek zijn de belangrijkste problemen die leerlingen ervaren bij het leren van de genetica zijn op een rij gezet. (Zie: bestand met tabel ‘ The main problems…’. Een inzicht in deze problemen en denkbeelden van de leerlingen, onder meer veroorzaakt door de indeling van het biologieboek, kan de docent hierop alert maken voordat hij/zij dit onderwerp gaat behandelen in de klas. Daarnaast wordt een didactiek geschetst (jojo-strategie) die deze problemen kan helpen verminderen. Hieronder staat een concreet voorbeeld van in de lessenserie gebruikte opdrachten en werkbladen. Het artikel ‘Chromosomenpracticum’ beschrijft het ‘jojo-leren’ aan de hand van een concreet practicum.

Wat is belangrijk voor een opleider?

De jojo-strategie is een didactiek die DIO’s kan helpen om leerlingen een betekenisvoller inzicht in de genetica te geven. Deze strategie is uitgewerkt voor de genetica maar kan ook voor andere (organisatieniveau-doorsnijdende) onderwerpen in de biologie worden toegepast. Het vraagt een andere manier van kijken naar de huidige presentatie van thema’s in de biologieboeken en het onderwijzen hiervan. In de jojo-strategie wordt gestart op het concrete organismeniveau waarmee leerlingen bekend zijn en van daaruit dalen ze geleidelijk af naar het cellulaire niveau. De relatie tussen meiose en erfelijkheid wordt expliciet behandeld en de somatische cellijn (mitose) en de kiemlijn (meiose) worden onderscheiden in de context van de levenscyclus. De relaties tussen de biologische organisatieniveaus moeten de leerlingen zelf ontdekken begeleid door de leeractiviteiten (in een probleemstellende aanpak). Delen van de ontworpen lessenserie kunnen voor docenten in opleiding als voorbeeld dienen om te laten zien hoe je leerlingen kunt helpen een betekenisvoller inzicht in de genetica te verwerven. Daarnaast blijkt bijv. het ‘chromosomenpracticum’ ook diagnosticerend voor misvattingen en denkbeelden over overerving van de DIO’s zelf.

Hoe ziet de lessenserie eruit? Hoe wordt tijdens de les gejojo-ed?

In het proefschrift wordt dit in de hoofdstukken 4 en 5 helder beschreven. In hoofdstuk 4 zijn ook de evaluaties en aanpassingen beschreven. Zie link.

Snel inzicht in jojo-lessenserie:
Om snel zicht te krijgen op de opzet van de lessenserie en de ‘ jojo-momenten’ staan onder de volgende link een aantal schema’s uit het proefschrift op een rij.
Daarna is voor een van de lessen het lesscenario en een werkblad toegevoegd. Hierdoor wordt zichtbaar wat leerlingen precies doen. Dit is exemplarisch voor de hele lessenserie.

Meer artikelen over dit onderwerp

ELWIeR en Ecent heten u welkom op deze nieuwe gezamenlijke website