Hoe interdisciplinariteit de leerervaring van wiskundige modellering beïnvloedt in de Zuid-Amerikaanse context

In recente studies over wiskundige modellering in het onderwijs wordt interdisciplinariteit steeds vaker als een essentieel element beschouwd. Sepúlveda et al. (2020) onderzoeken de manier waarop studenten uit het eerste jaar van de technische en voedseltechnologische opleidingen wiskundige modellen analyseren. In hun experiment werd GeoGebra gebruikt om de studenten te ondersteunen bij het analyseren van een model dat het percentage vochtverwijdering in een radiaal luchtstroomdroger beschreef. De resultaten van deze studie tonen aan dat de studenten niet alleen in staat waren om functies en bijbehorende grafieken te interpreteren, maar ook om de verbindingen tussen dit fenomeen en hun toekomstige praktijk als ingenieur te leggen. Dit benadrukt hoe modelling kan dienen als een brug tussen theoretische wiskundige concepten en hun praktische toepassingen in andere vakgebieden.

Dit idee wordt verder onderzocht door Esteley en Magallanes (2015), die een schoolexperiment beschrijven waarbij studenten van verschillende leeftijden en vakgebieden (wiskunde, geografie, technologie en levensvaardigheden) gezamenlijk een modelleringstaak uitvoerden. De studenten moesten de gevolgen van vervuiling door het ontbreken van riolering onderzoeken en de impact op een lokale rivier analyseren. Dit project illustreert hoe interdisciplinariteit niet alleen het begrip van wiskundige concepten verdiept, maar ook studenten helpt om verbanden te leggen met bredere maatschappelijke en ecologische vraagstukken. De betrokkenheid van verschillende vakken en de actieve deelname van de lokale gemeenschap versterkten de leerervaring van de studenten.

Deze voorbeelden bevestigen de bevindingen uit de bredere analyse van de Zuid-Amerikaanse literatuur over wiskundige modellering, gepresenteerd door de ICME-14 enquête. In deze literatuur wordt interdisciplinariteit vaak als vanzelfsprekend beschouwd. Toch blijkt uit de praktijk dat modellering vaak nog steeds een wiskundige activiteit blijft, waarbij andere vakken slechts als context dienen. Er is echter groeiende erkenning van de waarde van een meer holistische benadering, waarbij wiskunde, natuurwetenschappen en zelfs culturele kennis op een gelijkwaardige manier worden geïntegreerd in het leerproces.

In deze context wordt interdisciplinariteit niet alleen gezien als een pedagogische techniek, maar als een filosofische benadering die de manier waarop we wetenschap begrijpen en toepassen fundamenteel verandert. Roth (2014) beschrijft deze benadering als een manier om de grenzen tussen verschillende wetenschappen op te heffen en een multidimensionaal begrip van de werkelijkheid te ontwikkelen. Dit is een belangrijke overweging voor zowel onderzoekers als praktijkbeoefenaars die betrokken zijn bij modellering in het onderwijs.

Kortom, het is van cruciaal belang dat we een dieper theoretisch begrip ontwikkelen van hoe modellering en interdisciplinariteit zich tot elkaar verhouden. We moeten stoppen met het als vanzelfsprekend beschouwen van interdisciplinariteit en erkennen dat het een bewuste en goed doordachte benadering vereist. Het is van essentieel belang dat wiskundedocenten en onderzoekers andere vakprofessionals uitnodigen om samen te werken bij het ontwerpen en uitvoeren van modelleerinspanningen. Alleen door gezamenlijke samenwerking kunnen we daadwerkelijk interdisciplinair onderwijs creëren dat de rijke verbanden tussen verschillende kennisgebieden benadrukt en de leerervaring voor studenten verrijkt.

Hoe Wiskundig Modelleren Gendergelijkheid in STEM Kan Bevorderen

In reactie hierop heeft de laatste jaren meer onderzoek zich gericht op het potentieel en de uitdagingen van wiskundig modelleren als een middel om STEM te integreren en authentieke STEM-geletterdheid te bevorderen (Baker & Galanti, 2017; English, 2016; Lesh & Doerr, 2003). Wiskundig modelleren verbindt wiskunde met complexe en authentieke situaties uit andere domeinen en de echte wereld (English, 2016; Niss et al., 2007), wat in overeenstemming is met de doelstellingen van STEM, die nadruk legt op conceptueel begrip en het uitbreiden van dit begrip door het gebruik ervan in sociaal en cultureel relevante STEM-contexten (Baker & Galanti, 2017; Ritz & Fan, 2015).

Wiskundig modelleren biedt vele voordelen voor het ontwikkelen van STEM-vaardigheden. Daarnaast wordt het ondersteund door de vooruitgang in digitale technologieën, die bijdragen aan een dieper begrip van fenomenen of problemen door middel van representaties, simulaties en visualisaties (Greefrath et al., 2018). Dit proces biedt studenten de kans om met authentieke en cultuurgebonden contexten te werken, wat een belangrijke bijdrage levert aan een evenwichtige benadering van STEM-onderwijs.

Het blijkt dat vrouwen gemiddeld even goed presteren als mannen in wiskunde- en natuurkundelessen op de basisschool (Hyde et al., 2008), en dat genderverschillen in de gemiddelde scores op gestandaardiseerde toetsen zoals TIMSS minimaal of zelfs niet-bestaand zijn (TIMSS & PIRLS, 2019). Het probleem ontstaat echter vaak pas in de middelbare school, waar jonge vrouwen net zo goed presteren in wiskunde en natuurwetenschappen als hun mannelijke leeftijdsgenoten, maar geneigd zijn STEM-carrières in de toekomst af te wijzen (Kitchen et al., 2018; Lažev et al., 2017). De overgang naar de middelbare school blijkt een cruciale fase te zijn, omdat het de latere interesse in STEM-beroepen beïnvloedt (Sadler et al., 2012). Genderstudies tonen aan dat genderkloven in STEM zichtbaar worden rond de leeftijd van 13 jaar, wat de intenties van meisjes voor STEM-carrières drastisch verandert (Kitchen et al., 2018; Lažev et al., 2017).

Hoewel de genderkloof in wiskunde en wetenschap in verschillende landen en economieën is verminderd (OECD, 2019), blijft het duidelijk dat de verwachtingen van 15-jarigen verschillen: slechts 14% van de meisjes met de beste scores in wetenschap of wiskunde verwacht een carrière in wetenschap of techniek, vergeleken met 26% van de jongens. De verwachting dat meisjes minder interesse hebben in technologie en engineering blijkt ook uit de lage percentages meisjes die kiezen voor technologie-gerelateerde carrières (OECD, 2020).

In dit kader wordt aanbevolen STEM-onderwijs van jongs af aan te versterken, door het gebruik van wiskundig modelleren om de disciplines te integreren (English, 2017). Dit kan helpen om de genderkloof te verkleinen en een cultuur van gelijke kansen in STEM te bevorderen.

Een belangrijk aspect is dat wiskundig modelleren niet alleen helpt om de betrokkenheid van meisjes in STEM te vergroten, maar ook bijdraagt aan een meer holistische benadering van STEM-onderwijs. Het biedt een gelegenheid om de disciplines te integreren en studenten te laten zien hoe deze kennis wordt toegepast in de echte wereld. Dit kan niet alleen de technische vaardigheden verbeteren, maar ook de kritische, creatieve en communicatieve vaardigheden van studenten versterken.

Daarnaast is het essentieel dat onderwijs niet alleen gericht is op academische prestaties, maar ook op het ontwikkelen van een positieve houding ten opzichte van STEM. Het creëren van een leeromgeving waarin alle studenten – ongeacht hun geslacht – zich gelijkwaardig voelen, is van groot belang. Hierbij kunnen rolmodellen, zowel mannen als vrouwen, een belangrijke rol spelen. Het biedt studenten het vertrouwen dat ze in staat zijn om succesvol te zijn in STEM-gebieden, ongeacht de traditionele genderrollen die vaak met deze vakgebieden worden geassocieerd.

Hoe kan de effectiviteit van universitaire cursussen worden gemeten in het bevorderen van zelfeffectiviteit in het onderwijs met digitale tools?

De resultaten bevestigden een verandering in zelfeffectiviteit tussen de twee meetmomenten. Dit betrof de dimensies van taken en lessen. De verandering in de experimentele groep was duidelijk groter in vergelijking met de pre-service leraren die geen specifieke ondersteuning ontvingen tijdens de interventieperiode (controlegroep). Een regressieanalyse bevestigde de beschrijvende evaluatie in dit opzicht. In beide dimensies van zelfeffectiviteit suggereerden de verzamelde gegevens een significante voorspellende waarde van de groepslidmaatschapsvariabele, hoewel de praktische relevantie klein was, gezien de regressiecoëfficiënten. De individuele verbeteringen in zelfeffectiviteit gaven daarna een hogere onderwijskwaliteit aan bij het gebruik van digitale tools in simulaties en wiskundig modelleren onder de pre-service leraren die onze cursus als interventie volgden. We schrijven deze resultaten verkennend toe aan onze interventie.

Er waren echter ook positieve ontwikkelingen in de zelfeffectiviteit in de controlegroep tussen de twee meetmomenten. Dit zou kunnen komen doordat de pre-service leraren in de controlegroep geen specifieke ondersteuning ontvingen in de vorm van onze cursus, maar mogelijk wel andere wiskundeonderwijs-cursussen hebben gevolgd. Sommige deelnemers volgden bijvoorbeeld een cursus over het onderwijzen van modelleren zonder digitale tools. In vervolgstudies zou de controlegroep verder gedifferentieerd moeten worden met betrekking tot de cursussen die tijdens de onderzoeksperiode zijn gevolgd.

De samenstelling van de steekproef (ook met betrekking tot de vergelijkbaarheid van de experimentele en controlegroep) maakt zinvolle conclusies mogelijk over de effectiviteit van onze cursus als interventie en de ontwikkelingen in zelfeffectiviteit. Deze databasis moet worden vergroot door verdere interventierondes en gegevensverzameling om de uitspraken te bevestigen of te preciseren. In de verdere voortgang moet ook worden onderzocht wat de verhoogde waarden van zelfeffectiviteit betekenen voor andere competentieaspecten van ons construct, vooral pedagogisch inhoudelijke kennis. In dit kader moeten ook evaluaties van de geloofsschaal die zijn onderzocht worden meegenomen om mogelijke veranderingen te verklaren.

De onderzoeksresultaten repliceren eerdere studies over zelfeffectiviteit voor het onderwijzen van wiskundig modelleren zonder de nadruk op digitale tools (cf. Siller et al., 2023). Het is van belang om te begrijpen dat het vergroten van zelfeffectiviteit in het onderwijs niet alleen een kwestie is van kennisoverdracht, maar ook van het creëren van een leeromgeving waarin studenten actief betrokken worden bij hun eigen succeservaringen, wat hun vertrouwen in hun eigen capaciteiten versterkt. Het is essentieel dat dergelijke interventies goed worden geïntegreerd in de bredere onderwijsstrategie en ondersteund worden door langdurige begeleiding en feedback.