The Effectiveness of an Integrated 9E Learning Cycle and Tetrahedral Representation Model on Students' Motivation and Attitude Toward Hydrocarbons

Chemie voelt voor studenten vaak als een verre taal, een vakgebied van onzichtbare deeltjes en abstracte symbolen die los lijken te staan van de wereld waarin zij dagelijks rondlopen. Dit geldt met name voor koolwaterstoffen, de koolstofhoudende moleculen die de ruggengraat vormen van brandstoffen, plastics en de lucht die we inademen. In veel klaslokalen worden deze concepten onderwezen door middel van memorisatie en snelle lezingen, waardoor studenten moeten worstelen met de kloof tussen wat ze kunnen zien en wat er van hen wordt gevraagd zich voor te stellen. Wanneer het materiaal te abstract aanvoelt, verliezen studenten hun leerdrang en verandert hun houding ten opzichte van het vak in een negatieve. Om dit op te lossen, zijn onderwijzers begonnen met het testen van nieuwe manieren om te onderwijzen, waarbij zij twee specifieke benaderingen combineren: een leercyclus die studenten door een stapsgewijs ontdekkingsproces leidt, en een visueel model dat hen helpt ideeën te vertalen tussen wat ze kunnen zien, wat ze niet kunnen zien, en de wiskundige codes die wetenschappers gebruiken om deze te beschrijven.

Een team van onderzoekers in Ethiopië zette zich in om te zien of het mengen van deze twee methoden daadwerkelijk de beleving van studenten ten opzichte van scheikunde kon veranderen. Zij werkten met 176 tiende-klassers uit vier openbare scholen, waarbij zij verschillende groepen vormden om uiteenlopende onderwijsstijlen te testen. Eén groep leerde via de standaard tekstboekmethode, terwijl de anderen de nieuwe, geïntegreerde aanpak ervoeren of een van de twee methoden op zichzelf. Het doel was niet alleen om te zien of de studenten meer feiten leerden, maar ook om te meten of hun motivatie om te leren en hun algemene houding ten opzichte van het vak verbeterden. De onderzoekers besteedden ook nauwlettende aandacht aan de vraag of jongens en meisjes verschillend reageerden op deze nieuwe onderwijsstijlen, een vraag die al lang een punt van debat is in het natuurwetenschappelijk onderwijs.

De resultaten toonden een duidelijke verschuiving in het klaslokaal. Studenten die de nieuwe onderwijsmodellen ervoeren, raakten meer betrokken en ontwikkelden een positievere kijk op koolwaterstoffen vergeleken met de groep die met de traditionele methode werd onderwezen. Hoewel de groep die de gecombineerde stapsgewijze leercyclus en het meerlagige visuele model gebruikte de hoogste gemiddelde scores behaalde, toonde statistische analyse aan dat deze groep niet significant effectiever was dan de groepen die de leercyclus of het visuele model alleen gebruikten als het ging om motivatie. Sterker nog, alle drie de interventiegroepen presteerden vergelijkbaar goed in het stimuleren van de leerdrang van studenten. Wat betreft de houding toonde de gecombineerde aanpak echter een duidelijk voordeel ten opzichte van de leercyclus alleen, hoewel deze vergelijkbaar presteerde met het visuele model dat afzonderlijk werd gebruikt. In deze gecombineerde groep bewogen studenten zich door een gestructureerd proces dat begon met het verbinden van nieuwe ideeën aan wat zij al wisten, vervolgens overging in handmatige exploratie, en tot slot die ontdekkingen terugkoppelde aan de praktijk in de echte wereld. Ze oefenden ook in het vertalen van concepten over vier verschillende "niveaus": het macroscopische niveau van zaken die ze kunnen zien en aanraken, het microscopische niveau van onzichtbare atomen en moleculen, het symbolische niveau van chemische formules, en het menselijke element, dat de wetenschap verbond met de samenleving en het dagelijs leven.

Toen de onderzoekers de gegevens bekeken, ontdekten zij dat hoewel de gecombineerde groep de hoogste gemiddelde scores had, de andere interventiegroepen statistisch vergelijkbaar waren in het bevorderen van motivatie. Alle interventiegroepen, ongeacht het specifieke model dat werd gebruikt, presteerden aanzienlijk beter dan de traditionele klas op zowel motivatie als houding. Interessant genoeg toonden de resultaten aan dat, hoewel jongens en meisjes begonnen met een vergelijkbaar niveau van interesse, de jongens in de interventiegroepen uiteindelijk een iets positievere houding ten opzichte van het vak hadden dan de meisjes. Het verschil in motivatie tussen de geslachten was echter niet significant, wat suggereert dat zowel jongens als meisjes evenveel baat hadden bij de actieve, praktische aard van de nieuwe onderwijsstijl.

Vóór de interventie onthulden interviews met de studenten een algemeen gevoel van onthechting. Zij beschreven scheikunde als moeilijk, abstract en saai, waarbij zij opmerkten dat zij vaak passieve ontvangers van informatie waren met weinig kans om vragen te stellen of ideeën zelfstandig te verkennen. Na de introductie van de nieuwe onderwijsmethoden veranderde de toon volledig. Studenten rapporteerden dat de lessen meer aanvoelden als een reis van ontdekking. Zij waardeerden de mogelijkheid om met leeftijdsgenoten samen te werken, simulaties te gebruiken om onzichtbare deeltjes te visualiseren, en te zien hoe de scheikunde die zij leerden van toepassing was op hun eigen leven. Eén student merkte op dat het vermogen om te bewegen tussen het zien van een fenomeen, het voorstellen van de deeltjes, het schrijven van de vergelijking en het begrijpen van de impact op de echte wereld, het leren naadloos en betekenisvol maakte.

De onderzoekers concludeerden dat deze geïntegreerde modellen een krachtig instrument zijn om de ervaring van studenten met scheikunde te transformeren. Door de barrière tussen abstracte theorie en de concrete realiteit af te breken, hielp de aanpak studenten de angst en verveling te overwinnen die vaak in de wetenschappelijke klaslokalen heersen. De studie suggereert dat wanneer studenten de middelen krijgen om het onzichtbare te visualiseren en hun leren te verbinden met de wereld om hen heen, hun natuurlijke nieuwsgierigheid wordt aangewakkerd. Hoewel de steekproef specifiek was voor één regio, bieden de bevindingen een overtuigend pleidooi voor het bewegen weg van het stampen van feiten en naar onderwijsmethoden die studenten actief betrekken bij het proces van wetenschappelijk denken.