Hoe ontwikkelen kinderen het natuurkundig denken?

In onze moderne maatschappij worden kinderen al van jongs af aan geconfronteerd met technische hulpmiddelen en gebeurtenissen. Al deze zaken vinden hun oorsprong in de fysica, de natuurkunde. Het is dan ook niet vreemd dat kinderen al op heel jonge leeftijd vragen stellen over natuurkundige aspecten van de wereld om hen heen. Afhankelijk van hun leeftijd en de fase waarin hun natuurkundig denken zich bevindt kunnen er binnen het didactisch vlak keuzes gemaakt worden voor methodes en lessen.

Natuurkunde voor kinderen

Kinderen zijn altijd aan het leren. Soms geleid, soms via het spel. Al spelend, al lerend verkennen zij de wereld om hen heen, leren deze begrijpen en kennen. Het is belangrijk dat kinderen de ruimte krijgen om zich optimaal te ontwikkelen, zodat ze kunnen uitgroeien tot volwaardige deelnemers aan de maatschappij. Om dat optimale leren en ontwikkelen mogelijk te maken moeten er voorwaarden worden gecreëerd en moeten de aan te leren kennis en vaardigheden passen bij de levensfase en het ontwikkelingsniveau waarin het kind zit. En dat schept een kader waarbinnen het onderwijs vorm kan worden gegeven, bijvoorbeeld voor het onderwijs in natuurkunde, of zoals het tegenwoordig op de basisschool wordt genoemd: Natuur en Techniek.

Kerndoelen Natuur en techniek

De wetgever heeft in de kerndoelen vastgelegd welke kennis en vaardigheden aan het eind van de basisschool door de kinderen moet zijn verworden. Voor Natuur en Techniek gaat het om kerndoel 40 t/m 46:

40	De leerlingen leren in de eigen omgeving veel voorkomende planten en dieren onderscheiden en benoemen en leren hoe ze functioneren in hun leefomgeving.
41	De leerlingen leren over de bouw van planten, dieren en mensen en over de vorm en functie van hun onderdelen.
42	De leerlingen leren onderzoek doen aan materialen en natuurkundige verschijnselen, zoals licht, geluid, elektriciteit, kracht, magnetisme en temperatuur.
43	De leerlingen leren hoe je weer en klimaat kunt omschrijven met behulp van temperatuur, neerslag en wind.
44	De leerlingen leren bij producten uit hun eigen omgeving relaties te leggen tussen de werking, de vorm en het materiaalgebruik.
45	De leerlingen leren oplossingen voor technische problemen te ontwerpen, deze uit te voeren en te evalueren.
46	De leerlingen leren dat de positie van de aarde ten opzichte van de zon, seizoenen en dag en nacht veroorzaakt.

Aansluiten bij de kinderen

Het behalen van de kerndoelen is een proces van acht jaar, waarbij slechts dan kennis en vaardigheden kunnen worden overgebracht als deze passen in het ontwikkelingsniveau van kinderen. Om kinderen optimaal te laten leren is het van belang dat er wordt aangesloten op hun belevingswereld, hun ervaringswereld en de kennis en vaardigheden die ze hebben.

Dat laatste is al meteen duidelijk. Je laat een beginnende lezer geen politiek stuk lezen, of een van de grote werken uit de literatuur en zo zadel je een jong kind niet op met relativiteit of kwantumfysica. Je begint bij wat het kind weet en begrijpt en breidt hun weten en begrijpen vanaf dat punt uit. Bij het huidige weten en begrijpen sluit de ervaringswereld van het kind aan. Het begrip van het kind is gestoeld op zijn of haar waarnemingen, op wat er eerder is gezien, meegemaakt en begrepen. Hoe beleeft een kind de werkelijkheid, hoe zit zijn belevingswereld in elkaar? Kan een kind een natuurkundige waarneming los zien van de magische beleving ervan, past het kind zo’n waarneming in in een fantasievolle invulling?

De didactiek

Wil het onderwijs succes hebben, dan is het belangrijk dat er rekening wordt gehouden met de leeftijd van het kind en zijn vermogen gebeurtenissen en waarnemingen te verwerken. Het heeft weinig zin om bij een kleuter een lichtstraal, door een prisma in de diverse kleuren van de regenboog gebroken, te verklaren door over brekingsindexen en dergelijke te spreken. De kleuter ziet het licht en de kleuren, en zal al spelend ontdekken wat er gebeurt.

Ontwikkeling in fasen

Het jonge kind ontwikkelt zich. Vanaf de geboorte maakt het kind zich veel kennis en vaardigheden eigen en zal al ontdekkend zijn wereld verkennen. Globaal zou je een viertal fasen kunnen onderscheiden. Bedenk wel dat de grenzen tussen deze fasen diffuus zijn en je vaak in de fase ervoor of erna al of nog kenmerken van een naastliggende fase kunt aanwijzen.

Fase 1: Van nul tot vier jaar

In deze fase is het kind op zichzelf gericht. Het kind stelt vragen over de wereld die vooral op zichzelf gericht zijn, het eigen welbevinden. Het kind is in deze fase het middelpunt van zijn eigen wereld. In deze fase is het onderscheid tussen levende en levenloze dingen niet helder. Alle voorwerpen waar een kind mee te maken heeft hebben een eigen ziel, een eigen beleving. De pop voelt pijn als ze valt, het autootje is blij als ze thuis zijn. Levenloze voorwerpen kunnen blijkbaar voelen en een interactie aangaan met de levende werkelijkheid.

Fase 2: van vier tot acht jaar

Het kind krijgt in deze fase meer ook voor het objectieve aspect van de dingen om zich heen. De dingen om hem heen zijn er, maar niet noodzakelijkerwijs omdat ze een relatie hebben met het kind zelf. Het onderscheid tussen levende en levenloze dingen wordt scherper, en ook wordt het verschil tussen de beleving van mensen en dieren duidelijker. Toch kan het kind ook in deze fase nog gemakkelijk aan dieren of dingen menselijke eigenschappen toewijzen. Gebeurtenissen worden nog verklaard vanwege het nut dat ze voor mensen hebben.

Fase 3: van negen tot tien, elf jaar

In de fase van het naïef-realisme kenmerkt zich door de overgang van het egocentrische denken naar een meer objectief denken. De voorwerpen hebben hun eigen reden van bestaan. Van globale waarneming zie je een overgang naar een meer analytisch denken. De wereld vraagt erom ontdekt te worden, het gaat verder dan de eigen kamer, het eigen huis of de eigen omgeving. Verklaringen van gebeurtenissen blijven nog steken in een direct oorzaak-gevolg. Waarom gaat het licht aan? Omdat ik de schakelaar heb ingedrukt.

Fase 4: vanaf elf jaar

In deze fase, het kritisch-realisme, verdwijnt de naïeve instelling tegenover de wereld om het kind. Het gaat niet meer alleen om de dingen op zichzelf, maar ook om de relatie tussen dingen, mensen en gebeurtenissen. In deze fase gaan kinderen echt op onderzoek. Nu is het kind om verder te gaan dan het waarnemen van afzonderlijke onderdelen, hij kan onderzoeken wat de relatie is tussen alles en wat er kan gebeuren als die relatie of de aspecten van één van de partijen hierin, verandert.

Naar een passend aanbod

Natuurlijk is de indeling in fasen zoals hierboven schematisch en globaal. Individuele kinderen ontwikkelen zich op hun eigen manier en zo kan de een al in fase 3 relaties tussen onderdelen analyseren en is een ander kind in diezelfde fase nog niet of nauwelijks toe aan analytisch denken. Toch biedt de indeling in deze fase houvast aan leerkrachten, ouders en ontwikkelaars van onderwijsmethoden om een passend aanbod te creëren, een leefwereld die kinderen uitdaagt stappen vooruit te zetten en hun wereld te leren kennen. En natuurlijk is het belangrijk individuele verschillen te herkennen en hierop in te spelen.