iSTEM: wanneer computationeel denken en STEM elkaar overlappen en versterken

14 juni 2023 - David Van Waeyenberghe

De cel iSTEM inkleuren stimuleert leerlingen uit het secundair onderwijs door hun leerkrachten te ondersteunen. De kerntaak van het consortium van Vlaamse universiteiten en hogescholen is de verspreiding van de principes van de iSTEM-didactiek door nascholingen, coaching en inspiratie.

Science, Technology, Engineering en Mathematics: die vier vakken vormen samen STEM. Het blijkt geen simpele opdracht om jongeren warm te maken voor een studie in die richting. Ook al proberen scholen en organisaties het tij te keren, de conclusie enkele maanden geleden bleef dezelfde. Steeds minder leerlingen kiezen voor een STEM-richting. Tijdens het congres Computationeel denken, STEM en AI van Dwengo vzw gaf Marie-Paule Buyse een geïnspireerde uiteenzetting over hoe iSTEM inkleuren een motiverende factor wil zijn om het tij te doen keren.

Expertise van partners

Het consortium iSTEM inkleuren heeft een duidelijke visie. “We willen door coaching en inspiratie leerkrachten de tools geven om hun leerlingen mee te nemen in het verhaal”, steekt projectmedewerker Marie-Paule Buyse van wal. “Ons model is heel complementair. We zijn ervan overtuigd dat je pas echt STEM krijgt wanneer de vier vakken op een geïntegreerde manier samensmelten. Daarom is de unieke expertise van elke partner belangrijk in het verhaal.

De didactiek die iSTEM inkleuren toepast, is gebaseerd op vijf pijlers:

• Integratie van STEM-leerinhouden
• Probleemgebaseerd leren
• Onderzoekend en ontwerpend leren
• Coöperatief leren
• Evidence informed

“Onze kernwoorden zijn relevantie voor maatschappelijke, wetenschappelijke en technologische problemen maar ook integratie van STEM-disciplines en leerkrachtgerichte teams. Daarom werken we nauw samen met de lerarenopleidingen. Door evidence-based te werken, kunnen we de effectiviteit van acties bestuderen. Daarbij hebben we twee primaire doelen: leerlingen STEM-vaardig maken en hen motiveren om voor STEM-richtingen te kiezen.”

Computationeel denken

iSTEM in kleuren voegt een extra laag toe aan hun didactiek, namelijk computationeel denken. “Het is een methodologie waarbij een complex probleem zo wordt aangepakt dat een computer kan helpen bij het oplossen”, legt Buyse uit. Computationeel denken zit in heel veel aspecten, van een sociale robot over chatbots tot AI in zorg, landbouw enzovoort. Een voorbeeld uit het dagelijks leven, een ontbijtje klaarmaken, helpt om de verschillende stappen te beschrijven:

1. Probleem opsplitsen in deelproblemen (boterham smeren, ei koken, thee zetten): decompositie
2. Reeks instructies waarmee je, als ze juist zijn uitgevoerd, tot een goed resultaat komt: algoritme/stappenplan
3. Patroonherkenning (gelijkenissen herkennen tussen bepaalde gegevens): ervaring
4. Abstractie (verbergen of negeren van bepaalde details): details weglaten om essentie aan te pakken (variabelen)
5. Gebruik in een model gieten om vaker te kunnen toepassen (bv wanneer meer mensen naar het ontbijt komen): modellering

Gemeenschappelijke factor?

Wat hebben STEM en computationeel denken met elkaar gemeen? “Dat zit ‘m in de ‘E’ van STEM”, legt Marie-Paule Buyse uit. “Dat moet voor alle leerlingen een essentieel element zijn. Het is het cement, het probleemoplossend denken. Het ‘probleem’ kan verschillend zijn van persoon tot persoon. Voor leerlingen is het daarom belangrijk om te beginnen vanuit een eenvoudig probleem en daar een gepaste leerlijn op te bouwen.”

De eenvoudigheid zit vaak in de manier waarop een probleem kan worden opgelost. Dat kan zijn omdat een leerling al een gelijkaardig probleem heeft verwerkt. Maar het kan ook iemand zijn die de oplossing kent of die kan helpen. “De leerinhouden moeten geïntegreerd aan bod komen en dat is ontzettend belangrijk. Ze moeten het evident vinden dat er wiskunde of techniek nog is om tot een oplossing te komen. De rol van de leerkracht valt niet te onderschatten.”

STEM is teamwork

iSTEM inkleuren biedt leerkrachten concrete projecten aan om met de leerlingen aan de slag te gaan. Samen, want STEM is teamwork. “De combinatie van onderzoek en ontwerpend leren hoort er zeker bij, net als het overleg met teamleden. Samen zoeken naar oplossingen en hen net meteen de antwoorden aanreiken. Het is beter om problemen op te splitsen tot ze eenvoudig genoeg zijn zodat leerlingen die zelf kunnen oplossen. Belangrijk daarbij is vertrekken vanuit hun leefwereld.”

De bedoeling is om leerlingen handvatten te geven zodat ze zelf hun plan kunnen trekken. Om ze daarvoor te motiveren, moeten ze zelf de relevantie van de leerinhouden ontdekken en begrijpen. En daar moet de leerlijn dan op worden afgestemd.”

Op de website van iSTEM zijn verschillende projecten, met bijhorend lesmateriaal, terug te vinden. De didactiek en projecten zijn gericht op het secundair onderwijs. Voor STEM in het basisonderwijs kunnen leerkrachten terecht op deze website.