En wat zou iedere jongere van STEM moeten weten? Die vraag wordt geregeld gesteld. Als geëngageerde maar feilbare burger, heb ik een lijstje opgesteld, vooral om de discussie concreet te maken. Ik heb het lijstje ingedeeld in negen clusters, hoewel duidelijk is dat ze elkaar overlappen. En dat is ook essentieel in STEM: als je daarin vooruitgang wil boeken, is het met kruisbestuiving van verschillende disciplines, waarbij voldoende basiskennis aanwezig blijft om een volledig begrip mogelijk te maken.

De gekozen onderwerpen zijn niet bedoeld om exhaustief te zijn voor alle leerlingen. In tegendeel, bepaalde technische onderwerpen of concepten die een wat groter abstraheervermogen vereisen, zijn hier bewust geschrapt maar horen zeker thuis in vakgebonden eindtermen voor leerlingen met een specifieke STEM-interesse in het ASO. Ik denk hier bijvoorbeeld aan "het atoommodel", "objectgeoriënteerd programmeren", "fysische geografie", "anorganische scheikunde",  "een robotica-project", etc...  zonder natuurlijk de fout te maken om het ASO programma dan te overladen.
Er wordt niets gezegd over de specifieke pedagogische invulling.  Zo hebben een aantal collega's gesuggereerd om de link te leggen met het geschiedenisonderricht, bijvoorbeeld om te illustreren hoe men in de 19de eeuw tot de beheersing van de elektriciteit kwam. Een dergelijke integratie kan men natuurlijk enkel toejuichen en men kan discussiëren of dit dan in de eindtermen geschiedenis moet opgenomen worden.

1. Het onderhoud en de verbetering van een woning (huis-, tuin- en keukenSTEM)
Fundamenten van de elektronica, circuits en elektrische toestellen. Hoe werkt wisselstroom, wat is een transistor, wat is magnetische inductie. De leerlingen begrijpen een principe van een zekeringkast, kunnen op een veilige manier een lichtarmatuur aansluiten. Ze zijn in staat om elektrische defecten systematisch op te sporen en oplossingen voor te stellen. Ze begrijpen de werking van alle huishoudtoestellen en eenvoudige machines en kunnen deze zelf onderhouden.

Eigenlijk kun je in dit onderwerp alleen al een zeer groot aantal fysische principes aanbrengen: mechanische principes zoals valversnelling, wrijving, hefbomen, veren, geluid, druk, luchtstromen. Functioneren en rendement van machines: de leerlingen begrijpen hoe een moderne fiets werkt (versnellingen en trapafstand, elektrificatie (verlichting en aandrijving), kogellagers, remmen) en kunnen deze ook zelf onderhouden (gebruik van technische instrumenten, nut van smeerolie).
De leerlingen begrijpen hoe een auto functioneert en kunnen aan de hand van een technische handleiding eenvoudige onderhoudshandelingen zelf uitvoeren.
Scheikundige stoffen en reacties in het huishoudelijk gebruik. Aan de hand van een eenvoudig huismiddeltje (bv. scheerzeep) uitleggen waarvoor alle ingrediënten dienen, hoe hun scheikundige structuur eruit ziet en hoe die scheikundige stof werkt. Hieronder valt ook een gedeelte materialenkennis.

2. Logisch redeneren
De leerlingen kunnen een logische redenering volgen en de fouten in een logische redenering opsporen. Ze zijn in staat om zelf een correcte bewijsvoering van een logische deductie te voeren en desgewenst te argumenteren.
Ondersteunende elementen zijn hier deductie, inductie, formele logica, waarheidstafels, bewijs uit het ongerijmde, quantificaties (bestaan en universaliteit).
Logische schakelingen en de bijhorende elementaire lineaire algebra.
Analyse en ontwerp van een algoritme. Het schrijven van een eenvoudig programma om repetitieve taken uit te voeren. Het praktisch uitwerken van een geautomatiseerd proces (toepassingsgebied is minder belangrijk: dit kan domotica zijn, of een excel-macro, of de oplossing van een spelletje zoals de torens van Hanoi).

3. Analyseren van gegevens
De leerlingen zijn in staat gegevens op een aanschouwelijk representatieve manier weer te geven met behulp van tabellen en grafieken en kunnen deze ook interpreteren. Ze zijn vertrouwd met de elementen van de beschrijvende statistiek (maat voor positie, maat voor variabiliteit, frequenties en distributies).
Ze zijn in staat om aan elementaire kansberekening te doen, met voldoende combinatieleer om voorvallen bij de meest elementaire gokspelen te kunnen doorgronden (de Lotto, verdelingen bij kaartspellen, etc...). Zij kunnen tevens werken met toevalsvariabelen en verwachtingswaarden om de winstuitkering of het resultaat van dit gokspel te kunnen interpreteren.
Het correct hanteren van begrippen betrouwbaarheid en significantie (Wanneer is een aidstest of een statistisch experiment relevant ? Voor welke delen van de bevolking zijn borstscreenings nuttig en voor welke niet ?).

4.  De Wetenschappelijke Methode
De leerlingen hebben het vermogen om een wetenschappelijke observatie te doen en daarover op een coherente en zinvolle manier verslag uit te brengen.
Dit kan ingeoefend worden in het vrije veld, maar moet ook met gebruik van wetenschappelijke instrumenten kunnen, zoals een microscoop.

5. Biologie "waar iedereen bij betrokken is".


a) Micro-organismen
Bespreking van de delen van een cel en wat volgens de huidige opvatting de functie van delen is. Metabolisme. Werking van een antibioticum op een bacterie. Voortplanting van virussen, bacteriën en protozoa. Verwijzing naar natuurlijke selectie en resistentie van antibiotica.
Wat is genetische manipulatie: hoe wordt het gedaan en wat is de bedoeling? Bio-engineering.
b) Plantkunde
De leerlingen begrijpen van een grote hoeveelheid plantaardige voedingsstoffen (fruit, groenten, oliën) vanwaar ze afkomstig zijn, hoe ze geteeld en geoogst worden. De leerlingen begrijpen ook de logistieke uitdagingen van de voedselproductie.
De leerlingen begrijpen het principe van biologische concurrentie en doorgronden een aantal processen van parasietenbestrijding, met hun voor- en nadelen.
c) Dierkunde en Menselijke hygiëne
Geneesmiddelenleer: werking van courante middelen in een huisapotheek. Hoe het productieproces en de certifiëring van geneesmiddelen verloopt. De leerlingen begrijpen de gevaren van illegale drugs.
Voortplanting bij mensen. Moderne gynaecologische technieken (echografie, laboratoriumonderzoek, behandeling van malpresentaties). Sexueel Overdraagbare Aandoeningen (link met micro-organismen) en hun bestrijding. Anticonceptietechnieken en hun functionaliteit.
Huisdieren en boerderijdieren: de leerlingen kunnen een huis- of boerderijdier verzorgen en begrijpen voeding- en behuizingsnoden van verschillende dieren aan de hand van hun anatomie en hun specifieke metabolische behoeften.

6. Energievormen
De leerlingen kunnen op een volwassen manier deelnemen aan het energiedebat. Zij hebben een idee van de wereld-energievoorraden en het energieverbruik in Vlaanderen en Europa. Zij begrijpen de verschillende energievormen (kinetische energie, het algemene concept potentiële energie, chemische energie, elastische energie, elektrostatische energie, magnetische energie, stralingsenergie, thermische energie en nucleaire energie) en kunnen, gebruik makend van correcte eenheden, omzettingen van energie interpreteren (strijkijzer, elektrische fiets, dieselmotor, thermokoppel, houtkachel, etc...).
De leerlingen beheersen het werken met fysische grootheden en wiskundige omzettingen. Zij kunnen aan de hand van een scheikundige of een nucleaire reactievergelijking stoechiometrisch berekenen hoeveel grondstof er nodig is voor een bepaalde hoeveelheid energie.
De leerlingen begrijpen het functioneren van een batterij en verschillende manieren om energie als potentieel bruikbare energie op te slaan. De leerlingen hebben ook een begrip van de kostprijs van verschillende bronnen van energie en wat tot de kostprijs bijdraagt.

7. Computervaardigheden
De leerlingen begrijpen hoe een huiscomputer (schoot- of bureaubladcomputer) functioneert als een deterministische machine. Zij kunnen in een programmeertaal algoritmes implementeren die gebruik maken van veranderlijken, functies, beslissingsbomen en herhalingen en kunnen de link leggen met hun logische vaardigheden.
Zij zijn vertrouwd met verschillende keuzes voor besturingssystemen. Zij kennen het verschil tussen een web-applicatie en een desktop-applicatie en begrijpen hoe een client-server architectuur werkt.
De leerlingen kunnen overweg met standaard bureaubladtoepassingen zoals een rekenblad, een tekstverwerker, een databank en presentatie-software en kunnen eenvoudige taken in die toepassingen automatiseren.
De leerlingen begrijpen hoe een web-browser werkt en kunnen bepaalde zoekopdrachten en instellingen automatiseren.

De leerlingen begrijpen het concept grafische gebruikers-interface (GUI) en kunnen in paar concrete situaties het uitzicht van een gebruikersinterface aanpassen aan functionele behoeften.
De leerlingen zijn vertrouwd met moderne toepassingen van industrieel computergebruik zoals webwinkels, big data collectie en data mining, the internet of things, parallel-processing, etc...

8. Wiskundige basisvaardigheden (Voor zover nog niet direct aan bod gekomen)
- werken met verzamelingen, functies, permutaties
- algebraïsch vergelijkingen manipuleren: de regel van 3, eliminatie of isolatie van onbekenden. De leerlingen kunnen eenvoudige vraagstukken herleiden tot vergelijkingen en deze oplossen.
- begrippen uit de vlakke meetkunde en ruimtemeetkunde. Gebruik van coördinaten. Meetkundige plaatsen beschrijven met algebraïsche vergelijkingen.  
- goniometrische functies. Hoogte- en oppervlakteberekeningen.
- coördinaten en afstanden op een bol (op aarde).
- limieten en afgeleiden. Zoeken naar lokale minima en maxima van een functie in één veranderlijke. De leerlingen kunnen aan de hand van deze techniek eenvoudige optimalisatievraagstukken oplossen.

9. Overlap met andere eindtermclusters
Nog een aantal zaken zitten eigenlijk vervat in andere clusters, maar zijn essentieel bij STEM-onderricht.
a) Filosoferen. Een heleboel van deze competenties zijn eigenlijk logica-derivaten en vinden hun directe toepassing in vrijwel elke wetenschappelijke redenering.
b) Technisch Engels. Een aanzienlijk gedeelte van de technische literatuur is in het Engels opgesteld, terwijl er niet altijd een evenwaardig product in het Nederlands verkrijgbaar is. Bovendien is een groot gedeelte van de technische woordenschat vaak Engels. Zonder afbreuk te willen toen aan de noodzaak van onderwijs in het Nederlands, is een basiskennis technisch Engels in een vroeg stadium (vanaf het éérste jaar) zeer nuttig.
c) Projectmanagement. Elke ernstig ingenieursontwerp vergt een nauwgezette planning, een budget en goede coördinatie tussen de medewerkers. Hoewel projectmanagement niet direct een wetenschappelijke vaardigheid is,  wordt het belangrijker naarmate men gecompliceerde ingenieursopdrachten aanpakt.
d) Dactylografie. Een groot gedeelte van modern STEM-werk maakt gebruik van de computer. Het schrijven van een computerprogramma spreekt als voorbeeld voor zich, maar ook een waarnemingsverslag wordt anno 2016 echt niet meer op ruitjespapier geschreven. Hoewel dactylografie door een aantal commerciële instellingen reeds in het lager onderwijs wordt aangeboden, is het geen slecht idee om iedereen minstens de gelegenheid te geven om het tijdens de schooluren te leren. Goed 10-vingerig typen hoort een eindterm te zijn en hoe vroeger de vaardigheid aangeleerd, des te efficiënter kan ze in het STEM-onderricht gebruikt worden.



Bert Smits
De auteur is doctor in de Wiskunde en STEM-vrijwilliger in het basisonderwijs. Hij is gastdocent Financieel Risicobeheer aan de Universiteit Antwerpen en Ambtenaar bij de Europese Commissie, maar dit document is enkel de mening van de auteur en verplicht noch de Universiteit Antwerpen, noch de Europese Commissie.

ongeveer 2 jaar geleden - Bert Smits