Probleemoplossend vermogen, probleemgestuurd leren, ontwerpend leren en onderzoekend leren

Auteur: Basten Berg
Gepubliceerd: 2/januari/2024
Redacteur: Gezocht
‘Wil je dit artikel redigeren? Dat kan! Heb je een foutje gevonden of mis je informatie? Stuur dan een mail naar bastenberg@eenmeesterinleren.nl en help zo mee om het onderwijs te verbeteren.‘

Inhoudsopgave

1. Definities:
   • Wat is probleemoplossend vermogen?
   • Wat is Probleemgestuurd leren (PGL)?
   • Wat is Ontwerpend Leren?
   • Wat is Onderzoekend leren?
2. Wat zijn de overeenkomsten en verschillen?
3. Wat zijn de Fasen van Probleem oplossen?
4. Hoe vergroot je het probleemoplossend vermogen?
5. Hoe werkt probleemgestuurd leren?
6. Hoe werkt Onderzoekend en Ontwerpend leren?
7. Wat is de koppeling met de leertheorieen?

Welkom op het platform eenmeesterinleren.nl. Een plek leraren, andere onderwijsprofessionals en iedereen die geïnteresseerd is in Probleemoplossend vermogen, probleemgestuurd leren, ontwerpend leren en onderzoekend leren. Vanuit mijn achtergrond als biologie leraar, onderwijskundige en lerarenopleider schijf ik artikelen en maak ik video’s fundamentele theorieën over onderwijs, leren en lesgeven begrijpelijk aan te bieden. Op de community voor leraren vind je een overzicht van alle uitgewerkte theorieën geordend per thema en een groep onderwijsprofessionals waar je je inhoudelijke vragen aan kunt stellen.

1. Defenities:

Ik begin dit artikel met vier definities en begripsvorming over probleemoplossend vermogen, probleem gestuurd leren, ontwerpend leren en Onderzoekend leren omdat deze begrippen soms door elkaar gehaald worden.

‘Deze video is gewoon vrij te gebruiken! Link wel even naar https://eenmeesterinleren.nl/probleemoplossend-vermogen-probleemgestuurd-ontwerpend-onderzoekend-leren/‘

Wat is probleemoplossend vermogen?

Probleemoplossend vermogen is het kunnen toepassen van reeds aanwezige kennis en vaardigheden op een gepresenteerd probleem. Probleemoplossen wordt ook wel problem solving genoemd.

Wat is Probleem gestuurd leren (PGL)?

Probleem gestuurd leren is het presenteren van een probleem aan je leerlingen in een nieuwe context, zónder dat zij de benodigde kennis bezitten.

Probleemgestuurd leren afgekort PGL, wordt ook wel ‘probleemoplossend leren’ of ‘problem-based learning (PBL)’ genoemd. Hierbij is problem-based learning een specifieke vorm van probleemoplossend leren. zowel probleemoplossend leren als problem-based learning benadrukken het belang van actief leren en het toepassen van kennis in praktijksituaties. Ze stimuleren kritisch denken en probleemoplossende vaardigheden. problem-based learning is echter meer gestructureerd en heeft een specifieke methodologie, terwijl probleemoplossend leren breder kan worden toegepast en minder gestructureerd kan zijn. problem-based learning legt ook meer nadruk op zelfgestuurd leren en samenwerking in kleine groepen.

Wat is Ontwerpend Leren?

Ontwerpend leren is een benadering waarbij leerlingen problemen oplossen door het ontwerpen en creëren van oplossingen. Hierbij staan creativiteit en innovatie voorop. Leerlingen passen kennis toe om iets te ontwerpen, vaak met een focus op technologie en engineering.

Wat is Onderzoekend leren?

Onderzoekend leren is een leerproces waarbij leerlingen kennis en vaardigheden verwerven door middel van het stellen van vragen, het uitvoeren van onderzoek, en het analyseren van resultaten. Onderzoekend leren draait om het ontwikkelen van wetenschappelijke vaardigheden en een onderzoekende houding. Leerlingen formuleren vragen, zetten onderzoeken op, voeren deze uit, en trekken conclusies.

2. Wat zijn de overeenkomsten en verschillen?

Probleemoplossen wordt soms verward met probleemgestuurd leren. Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen probleemoplossen en probleemgestuurd leren omdat ze wezenlijk van elkaar verschillen. Ze bewerkstelligen daarom ook iets heel anders in jouw lespraktijk. Probleemoplossen is een leerstrategie is en probleemgestuurd leren een didactiek. Probleemoplossen is het meest geschikt voor het toepassen van aanwezige kennis en vaardigheden. Probleemgestuurd leren is meer geschikt voor het inoefenen en toepassen van vaardigheden zodat leerlingen leren hun kennis flexibel gebruiken.

Ook onderzoekend leren en ontwerpend leren en Probleemgestuurd leren worden in de onderwijspraktijk ook wel eens met elkaar verward. Het betreft hier drie didactieken met een andere focus. De didactieken kunnen wel complimentair aan elkaar gebruikt worden in de onderwijspraktijk.

• Probleemgestuurd leren (PGL) focust op realistische problemen als startpunt voor leren. Studenten werken samen aan oplossingen, ontwikkelen zelfsturing en kritisch denkvermogen. Het doel is niet alleen probleemoplossing, maar ook het bevorderen van samenwerking en de praktische toepassing van kennis.
• Onderzoekend leren, een andere benadering, richt zich op het stimuleren van de natuurlijke nieuwsgierigheid en het ontwikkelen van onderzoeksvaardigheden. Hierbij gaan leerlingen actief op zoek naar antwoorden en inzichten door het stellen van vragen, het doen van onderzoek en het analyseren van gegevens.
• Ontwerpend leren legt de nadruk op creativiteit en innovatie. In deze benadering worden leerlingen uitgedaagd om oplossingen te bedenken en te creëren voor diverse problemen, waarbij ze gebruikmaken van hun technische en wetenschappelijke kennis in ontwerpprocessen.

Onderzoekend en ontwerpend leren worden in de onderwijspractijk vaak in combinatie gebruikt. deze kombinatie van Onderzoekend en ontwerpend leren wordt ook wel OOL genoemd. In dit artikel zal ik eerst ingaan op de verschillende fasen van probleemoplossend vermogen en de stappen voor het aanleren van probleemoplossen. Daarna zal ik kort ingaan op probleemgestuurd leren en OOL. Als laatste leg ik de koppeling met de leertheorieën om zo een compleet beeld te geven van deze onderwijsmethoden.

3. Wat zijn de Fasen van Probleem oplossen?

Het oplossen van een probleem verloopt veelal in de volgende fases. Het goed uitvoeren van deze fase verhoogt het probleemoplossend vermogen.

1. Fase 1: Het probleem begrijpen.
2. Fase 2: Een plan bedenken.
3. Fase 3: Het plan uitvoeren.
4. Fase 4: Terugkijken.

‘Deze afbeelding is gewoon vrij te gebruiken! Link wel even naar https://eenmeesterinleren.nl/probleemoplossend-vermogen-probleemgestuurd-ontwerpend-onderzoekend-leren/‘

Probleemoplossen is vaak geen lineair proces. Het is dus lang niet altijd zo dat wanneer je fase 1 tot en met 4 achter elkaar doorloopt, het probleem automatisch is opgelost. Probleemoplossen is meestal een proces waarbij deze stappen door elkaar lopen en waarbij je regelmatig van de ene stap teruggrijpt op de andere stap. Om het proces inzichtelijk te maken, en te zorgen dat deze video geen onduidelijk rotzooitje wordt, bespreek ik de stappen afzonderlijk.

Fase 1: Het probleem begrijpen

Het probleem begrijpen is een stap die snel wordt overgeslagen, met name door leerlingen die aan het begin van een leerproces staan. Deze stap is echter essentieel voor het activeren van de juiste schema’s, modellen en concepten. Om het probleem goed te begrijpen is het belangrijk om de juiste gegevens uit de gepresenteerde informatie te destilleren en de niet-relevante gegevens te negeren. Als bij leerlingen de verkeerde schema’s worden geactiveerd, dan komt dat vaak doordat ze relevante informatie missen, niet-relevante informatie gebruiken of woorden en zinnen verkeerd lezen.

Het kan zijn dat een leerling na de fase van het begrijpen van het probleem eigenlijk klaar is. De leerling heeft dan het probleem herkend als een vergelijkbaar probleem dat hij of zij eerder heeft opgelost; het juiste schema, model of concept is geactiveerd en de oplossing ligt voor de hand. In dat geval is er sprake van schema-gedreven probleemoplossen. Echter, als er geen voor de hand liggende en bekende manier is om een probleem op te lossen, dan zal de leerling alternatieve manieren moeten verkennen om het probleem op te lossen.

Fase 2: Een plan bedenken

Als er geen voor de hand liggende oplossing voor een probleem is, is de volgende stap het verkennen van mogelijke aanpakken van het probleem en een plan bedenken. Globaal zijn hier twee manieren voor: met behulp van algoritmes of met behulp van heuristieken. Ik zal ze allebei kort toelichten.

Als eerste algoritme; Een algoritme is een stappenplan om een bepaald probleem op te lossen op een systematische manier. Denk bijvoorbeeld aan de stappen die je moet zetten om een appeltaart te bakken.

Als een leerling het juiste algoritme toe past, op het juiste moment en op de juiste manier, dan is de uitkomst het gewenste antwoord of resultaat. In dit geval een lekkere appeltaart!

Om algoritmes toe te passen is het nodig dat een leerling gestructureerd werkt. Leerlingen die dit niet doen, komen niet (of per toeval) tot het juiste antwoord. Om te checken of dit het geval is, kun je de leerling vragen het stappenplan toe te lichten. De leerling begrijpt in dit geval namelijk niet hoe hij tot het antwoord gekomen is. Als je een leerling, die gestructureerd gewerkt heeft, in het geval van de appeltaart vraagt hoe het komt dat de appeltaart goed gelukt is, zal de leerling beginnen met de uitleg van het recept (het stappenplan). Een leerling die toevallig een goede taart gebakken heeft zal een warrig onsamenhangend verhaal vertellen.

Ten tweede Heuristieken; Waar algoritmes veelal vakgebonden oplossingsstrategieën zijn die een systematische werkwijze vragen, zijn heuristieken algemener toepasbaar. Heuristieken zijn meer algemene oplossingsstrategieën zoals: overeenkomsten en verschillen zoeken, het probleem vereenvoudigen of het probleem opdelen in subvragen.  Zeker wanneer problemen nieuw en ongestructureerd zijn en er geen bekende algoritmes bekend zijn, zijn leerlingen aangewezen op heuristieken.

Fase 3: Het plan uitvoeren

Een plan bedenken en zoeken naar de juiste oplossingsstrategie is niet eenvoudig: het vraagt voldoende voorkennis, denkkracht, concentratie en soms een beetje geluk. Het plan uitvoeren vraagt veel minder inspanning, hiervoor heb je met name geduld nodig. Verder moet je overzichtelijk en nauwkeurig werken, waarbij je iedere stap zorgvuldig controleert, alles expliciet opschrijft en altijd nagaat of uitkomsten of resultaten aannemelijk zijn.

Fase 4: Terugkijken

Als je je probleemoplossend vermogen op te lossen wilt ontwikkelen, is de laatste stap, terugkijken belangrijk. Door te reflecteren op de weg die je hebt afgelegd bij het vinden van de oplossing voor het probleem, kun je wat je hebt geleerd duurzaam maken. Daarnaast is het een kans om eventuele fouten te herstellen of nog meer begrip over de oplossing te creëren. als  leraar kan je jouw leerlingen verleiden om zich andere situaties voor te stellen waarin ze de gebruikte oplossingsstrategie, in de toekomst, nogmaals kunnen gebruiken. Verder is het belangrijk tijd te maken in je les om terug te kijken. Het komt veel voor dat onderwijssituaties met name gericht zijn op het resultaat. Bijvoorbeeld wanneer een leerling zijn werk af heeft wordt dit afgetekend en wordt er niet terug gekeken. Ook komt het voor dat na een gemaakte toets worden de fouten niet meer besproken en verbeterd worden. Dit laatste kun je veranderen door ruimte te maken om de toets te bespreken en de gewoonte te handhaven dat er extra punten te verdienen zijn wanneer leerlingen een foutje in het nakijkwerk kunnen vinden of hun antwoord mondeling kunnen motiveren. 

4. Hoe vergroot je het probleemoplossend vermogen?

Leerlingen worden niet zomaar goed in probleemoplossen, daar is goede voorbereiding voor nodig. Hiervoor kun je het stappenplan van Barton (2018) gebruiken. Het stappenplan bestaat uit drie stappen en ik licht ze weer even toe. 

• Stap 1: Onderwijs en evalueer vakspecifieke kennis. Om te beginnen vraagt het veel voorkennis en ervaring om een probleem goed te begrijpen. Een leraar heeft veel vakinhoudelijke kennis en maakt snel verbindingen tussen de aangeboden informatie en eerder verworven kennis. Daarnaast weet hij of zij ook hoe, wanneer en of die kennis gebruikt kan worden. Veel leerlingen kunnen dat niet zomaar en leren dit het beste in vakspecifieke situaties onder begeleiding van een expert. 
• Stap 2: Geef leerlingen verwante problemen. Het is belangrijk om veel verschillende problemen aan te bieden die subtiel van elkaar verschillen. Als er voldoende voorkennis is en vaardigheden aanwezig zijn, gaan leerlingen namelijk overeenkomsten en verschillen tussen verwante problemen zien. Dit helpt ze bij het kiezen van de juiste oplossingsstrategie. Ze zien dan het verschil tussen problemen die op het eerste gezicht hetzelfde zijn, maar bijvoorbeeld een net wat andere vakinhoudelijke kennis uit een eerder onderwerp bevatten of op een dieperliggende laag verschillen.
• Stap 3: Geef leerlingen ook geïsoleerde problemen. Als je echter problemen blijft aanbieden die erg aan elkaar verwant zijn, leren leerlingen niet de juiste oplossingsstrategie kiezen. Als een heel hoofdstuk over vergelijkbare problemen gaat, dan hoeven ze die namelijk niet zelf te kiezen. Dat is dan eigenlijk al voor hen gedaan. Daarom is het belangrijk om problemen ook ‘geïsoleerd’ aan te bieden.Het is belangrijk om goed in de gaten te houden dat de strategieën die je je leerlingen wilt aanleren vaak genoeg terugkomen.

5. Hoe werkt probleemgestuurd leren?

Ik zal zoals beloofd zou ik ook kort ingaan op Probleemgestuurd leren.
Probleemgestuurd leren is, in tegenstelling tot probleemoplossen, een didactiek die geschikt is voor het oefenen met, en toepassen van vaardigheden die leerlingen al hebben aangeleerd. Het belangrijkste doel van probleemgestuurd leren is om leerlingen hun kennis flexibel te laten gebruiken. Andere mogelijke doelen zijn het verhogen van motivatie, het aanleren van vaardigheden om problemen op te lossen, samen te werken en zelfsturend te leren. Er is geen wetenschappelijk bewijs dat probleemgestuurd leren de motivatie of de vaardigheden om samen te werken verhoogt, maar wel dat samenwerken flexibel te gebruiken kennis oplevert en vaardigheden ontwikkelt om het eigen leren te reguleren (Hmelo-Silver, 2004).

Leerlingen die al voldoende vaardigheden hebben om zelfregulerend te leren profiteren meer van probleemgestuurd leren dan leerlingen die dat nog niet kunnen. Dit betekent niet dat probleemgestuurd leren niet goed of niet geschikt is voor leerlingen met minder zelfregulerende vaardigheden. Want wanneer probleemgestuurd leren goed gestructureerd is vormgegeven, is het voor deze leerlingen juist mogelijk om meer vaardigheden voor zelfregulatie te ontwikkelen. In deze video ga ik hier niet dieper op in. Voor extra informatie over zelfregulatie raad ik je aan om het artikel ‘metacognitie en zelfregulatie‘ te lezen.

Probleemgestuurd leren waarbij het probleem of de taakgerichte instructie strategie gecombineerd wordt met een meer directe instructie strategie verloopt veelal volgens een vast patroon:

• Leerlingen krijgen een probleem gepresenteerd.
• Ze analyseren dat probleem en formuleren hypotheses voor oplossingen.
• Op basis van die hypotheses vergaren en ontvangen ze ontbrekende informatie.
• Deze informatie gebruiken ze om de hypotheses te evalueren en zo tot een oplossing te komen.
• Indien nodig doen ze aanvullend onderzoek om nieuwe informatie te vergaren.
• Ten slotte blikken de leerlingen terug op de geleerde kennis en vaardigheden.

Wil je dergelijk onderwijs vormgeven dan is het 4C/ID model of het hele taak eerst model het juiste ontwerpmodel om te gebruiken. Zie voor meer informatie ook het artikel over het 4C/ID model en het artikel over of het hele taak eerst model.

Een probleem dat je als leraar aan de leerlingen geeft, is niet noodzakelijk ook hun probleem. Het is de kunst, zowel bij probleemoplossen als bij probleemgestuurd leren, dat de leerlingen het probleem ook echt als probleem gaan zien en de motivatie vinden om het probleem op te willen lossen. Dit kan bijvoorbeeld omdat de leerlingen een tegenstelling zien met wat zij al weten of denken te weten of omdat het refereert aan iets dat ze niet begrijpen. Denk bijvoorbeeld aan een jong kind dat je een appel laat zien en dan banaan zecht. Dit is natuurlijk een grapje en de misconseptie is in dit geval een een leugen maar wat gebeurd er het kind moet lachen en gaat proberen om te begrijpen hoe het nou zit. Het kind scheuwd neeeee appel.  

Misconcepties van leerlingen zijn daarom vaak goed te gebruiken als uitgangspunt voor een intrigerend en prikkelend probleem. Voor de motivatie is het van belang dat je als leraar problemen en opdrachten gebruikt die niet te moeilijk of te makkelijk zijn, streeft naar een wendbaar gebruik van datgene wat ze leren of geleerd hebben en dat je leerlingen ondersteunt om vaardigheden te ontwikkelen die het eigen leren reguleren. Zie voor meer informatie ook de rees artikelen over motivatietheorieën te lezen. het artikel ‘Van A-motivatie naar Actie‘ is het eerste artikel in de reeks en bevat links naar: Maslow’s hiërarchie van Behoeften, Bernard Weiner’s Attributietheorie, Dweck’s Mindsettheorie, Csikszentmihalyi’s Flowtheorie en De zelfdeterminatietheorie van Deci en Ryan

6. Hoe werkt Onderzoekend en Ontwerpend leren?

Onderzoekend en Ontwerpend Leren (OOL) is een onderwijsaanpak die elementen van zowel onderzoekend leren als ontwerpend leren combineert. Het idee is dat leerlingen zowel onderzoeks- als ontwerpvaardigheden ontwikkelen door ze toe te passen op complexe, realistische vraagstukken.

Kenmerken van OOL

• Integratie van Onderzoek en Ontwerp: Leerlingen worden aangemoedigd om hun onderzoeksvaardigheden te gebruiken om vragen en problemen te identificeren en om informatie te verzamelen en te analyseren. Vervolgens gebruiken ze ontwerpvaardigheden om oplossingen of prototypes te creëren.
• Probleemoplossing: De focus ligt op het aanpakken van echte problemen, waarbij leerlingen kennis uit verschillende disciplines integreren.
• Actief en Contextueel Leren: OOL benadrukt leren door doen in een context die relevant is voor de leerlingen. Dit kan de motivatie en betrokkenheid vergroten.

Voordelen van OOL

• Ontwikkeling van Diverse Vaardigheden: OOL stimuleert de ontwikkeling van zowel creatieve als analytische vaardigheden. Leerlingen leren niet alleen informatie verzamelen en analyseren, maar ook hoe ze deze informatie kunnen gebruiken om innovatieve oplossingen te ontwerpen.
• Verbinding met de Echte Wereld: Door het oplossen van realistische problemen, zien leerlingen het directe nut van hun leerproces en kunnen ze de verbinding maken met de wereld buiten de school.

Implementatie in de Lespraktijk

In de lespraktijk kan OOL worden toegepast door projecten of thema’s te kiezen waarbij zowel onderzoek als ontwerp nodig is. Leerlingen kunnen bijvoorbeeld beginnen met het onderzoeken van een lokaal milieuprobleem (onderzoekend leren) en vervolgens een prototype ontwikkelen voor een product of oplossing (ontwerpend leren).

Door de combinatie van Onderzoekend en Ontwerpend Leren kunnen leerlingen een dieper begrip ontwikkelen van de materie en hun vaardigheden op een holistische manier ontwikkelen. Dit maakt OOL een krachtige aanpak in het hedendaagse onderwijs.

7. Wat is de koppeling met de leertheorieen?

Het behaviorisme is niet direct verbonden met onderwijsmethoden zoals probleemgestuurd leren, onderzoekend leren en ontwerpend leren. Het behaviorisme focust zich in de practijk eigenlijk vooral zichtbaar in traditionele onderwijsmodellen waarin een sterkere nadruk ligt op rote learning (het uit het hoofd leren van informatie), directe instructie, en het gebruik van versterkingstechnieken. Deze methoden zijn minder gericht op het begrijpen van diepere concepten of het ontwikkelen van hogere-orde denkvaardigheden, wat een centrale focus is in het cognitivisme en het constructivisme.

De leertheorieën cognitivisme en constructivisme zijn nauw verbonden met onderwijsmethoden zoals probleemgestuurd leren, onderzoekend leren en ontwerpend leren. De leertheorieën cognitivisme en constructivisme verhouden zich als volgt:

Het Cognitivisme:

Het Cognitivisme richt zich op de innerlijke mentale activiteiten – het openen van de ‘black box’ van de menselijke geest is essentieel voor het begrijpen van hoe leren plaatsvindt. Het benadrukt het belang van het begrijpen van de informatieverwerkingsprocessen.

De Relatie met Onderwijsmethoden:

• In probleemgestuurd leren en probleemoplossend leren worden de cognitieve processen van de leerlingen geactiveerd doordat ze problemen moeten analyseren, oplossingen moeten bedenken en hun kennis moeten toepassen.
• Onderzoekend leren daagt ook de cognitieve vaardigheden uit, omdat studenten hypotheses moeten formuleren, experimenten moeten plannen en data moeten interpreteren.
• Deze methoden steunen op het idee van actief leren, waarbij kennis wordt geconstrueerd door actieve betrokkenheid en cognitieve verwerking van informatie.

Het Constructivisme

Het onstructivisme stelt dat leren een actief proces is waarin leerlingen kennis construeren op basis van hun ervaringen. Leren wordt gezien als een proces van het bouwen van een intern begrip van de wereld.

De relatie met Onderwijsmethoden:

• Probleemgestuurd leren, onderzoekend leren, en ontwerpend leren passen goed binnen het constructivistische raamwerk, omdat ze studenten aanmoedigen om hun eigen begrip te bouwen door interactie met de omgeving, het oplossen van problemen, en het uitvoeren van onderzoek.
• In deze methoden speelt de leerling een actieve rol in het leerproces, wat overeenkomt met de constructivistische nadruk op het belang van eigen ervaringen en interpretatie in het leerproces.

Zowel cognitivisme als constructivisme hebben invloed gehad op de ontwikkeling van moderne onderwijspraktijken. Ze benadrukken het belang van het begrijpen van de manier waarop leerlingen informatie verwerken en kennis construeren. Onderwijsmethoden die gebaseerd zijn op deze theorieën stellen de leerling centraal, bevorderen actief leren en moedigen aan tot kritisch denken en probleemoplossend vermogen. Dit is in tegenstelling tot meer traditionele, instructivistische onderwijsmodellen, waarbij kennis vaak wordt gepresenteerd als een vaststaand gegeven dat door de leerling moet worden opgenomen.

‘Heb je vanuit je expertise of ervaring aanvullingen of kritiek op het artikel? Deze input is altijd welkom! Stuur dan een mail naar support@eenmeesterinleren.nl, zodat we informatie toe kunnen voegen of de fout kunnen herstellen!‘