Vijf biologische denkwijzen waarmee je leerlingen de wereld beter begrijpen

Naast kennis en vaardigheden, kent het natuurwetenschappelijk onderwijs ook ‘denkwijzen’. Een bekende biologische denkwijze is bijvoorbeeld evolutionair denken. Hoe is een organisme of onderdeel daarvan te verklaren vanuit evolutionair oogpunt?

Biologische of natuurwetenschappelijke denkwijzen geven leerlingen het vermogen om processen, verschijnselen of systemen beter te verklaren. Daardoor kunnen ze beter inspelen op nieuwe situaties. Denkwijzen geven leerlingen een stuur in een wereld die snel verandert. Zo is het stikstofdebat deels te verklaren vanuit het denken in systemen en oorzaak-gevolg.

Denkwijzen spelen een verbindende rol tussen de natuurwetenschappen. Ook zijn ze belangrijk buiten de natuurwetenschappen. Je kunt denkwijzen toepassen bij menselijke relaties, technische systemen, maatschappijleer of zelfs kunst. De relatie tussen vorm en functie (het vorm-functie-denken) speelt bijvoorbeeld een belangrijke rol in ontwerpen en de techniek.

Naast deze maatschappelijke relevantie, lijken denkwijzen ook bezig aan een opmars in de examenprogramma’s. Reden genoeg om er eens wat dieper te duiken in vijf biologische denkwijzen.

Na evolutionair denken is dit misschien wel de meest herkenbare biologische denkwijze: het leggen van een verband tussen vorm en functie. Het is ook een mooi ‘instapmodel’ voor leerlingen om mee aan de slag te gaan, want iedereen legt wel eens het verband tussen bouw en werking. Waarom heeft de giraffe zo’n lange nek? Waarom hebben honden scherpe tanden? Het redeneren van vorm naar functie, of andersom, zit ingebakken in de mens.

Het vorm-functie-denken kun je toepassen op alle organisatieniveaus in de biologie, en kan zo bij elk thema een rol spelen. Ook kunnen leerlingen deze denkwijze inzetten bij ontwerpopdrachten, waarbij de relatie tussen vorm, functie en materiaal een centrale rol speelt.

In thema 7 ‘Voeding en vertering’ staat deze opgave met vorm-functie-denken. Klik op de afbeelding om de opgave groot te bekijken.

De naam zegt het al: bij oorzaak-gevolg denken leggen leerlingen het verband tussen oorzaak en gevolg. Of ze verklaren de gevolgen door te beredeneren wat de oorzaak is. Deze denkvaardigheid speelt een belangrijke rol in de medische biologie. Op basis van bepaalde ziekteverschijnselen kan de dokter een diagnose stellen. Ook is het een onderdeel van onderzoek. Een hypothese legt vaak het verband tussen oorzaak en gevolg. Hoe meer schakels (of redeneerstappen) er zitten tussen de oorzaak en het gevolg, hoe complexer het vraagstuk is.

Bij oorzaak-gevolg denken kan vakkennis een belangrijke rol spelen. Zo helpt kennis van de ecologische systemen en processen om de volgende vraag op te lossen: hoe kan het dat er meer planten groeien in een natuurgebied waar de wolf rondloopt?

Oorzaak-gevolg denken speelt ook een rol bij andere vakgebieden. Zo is de menselijke geschiedenis doordrenkt van oorzaken en gevolgen.

In thema 11 ‘Ecologie’ staat deze opgave met oorzaak-gevolg-denken. Klik op de afbeelding om de opgave groot te bekijken.

De biologie staat bol van de systemen: van het menselijk lichaam tot ecosystemen. Bij systeemdenken leren leerlingen om relaties en samenhang te leggen tussen de verschillende onderdelen van een systeem. Waarom trek je je hand snel terug als je een hete pan aanraakt?

Bij systeemdenken is het belangrijk dat leerlingen leren om complexe situaties te vereenvoudigen tot hoofdzaken en bijzaken. Ook kan het helpen om de grenzen van een systeem te herkennen, of een systeem weer te geven in schema’s. Binnen het natuurwetenschappelijk systeemdenken is er veel aandacht voor het leggen van verbanden tussen verschillende organisatieniveaus: het verbinden van klein met groot. Bekende organisatieniveaus in de biologie zijn: DNA, cellen, weefsels, organen, organismen, populaties en ecosystemen.

Ook buiten de natuurwetenschappen speelt systeemdenken een belangrijke rol, bijvoorbeeld bij de aanleg en het onderhoud van technische systemen.

In thema 3 ‘Organen en cellen’ staat deze opgave met systeem-denken. Klik op de afbeelding om deze opgave groot te bekijken.

Van menselijk gedrag tot El Niño en het ritme van de seizoenen: patronen zijn overal aanwezig in de biologie, en in het menselijk leven. Het herkennen van patronen kan helpen om voorspellingen te doen. Iemand die ’s nachts vaak wakker wordt, kan zich bijvoorbeeld afvragen of dat op bepaalde momenten gebeurt. Of dat het samenhangt met het drinken van koffie of de stand van de maan.

Patronen lenen zich goed voor een visuele weergave. Dit kan heel letterlijk zijn, in de vorm van een microscopische tekening of weergave van vegetatie. Het kan ook in de vorm van kaarten, grafieken, tabellen of schema’s.

Het herkennen van patronen kan aanleiding geven tot vervolgvragen of acties. Zo ligt de ‘waarom-vraag’ al snel voor de hand. Waarom is er eb en vloed? Waarom groeien sommige planten beter in de uiterwaarden?

Buiten de natuurwetenschappen komen patronen op talloze plekken voor. Zo spelen patronen een belangrijke rol in kunst, mode en muziek.

In thema 5 ‘Waarnemen en reageren’ staat deze opgave met patroon-denken. Klik op de afbeelding om deze opgave groot te bekijken.

“Nothing makes sense in Biology, except in the light of Evolution.” Deze bekende uitspraak (Dobzhansky) betoogt dat Evolutionair denken de allerbelangrijkste biologische denkwijze is. Het is in ieder geval een denkwijze die kan worden toegepast op alle organismen en onderdelen ervan. Ook heeft het betrekking op het gedrag van organismen, hun leefgebieden, en het ontstaan van ziektes. Waarom worden steeds meer bacteriën resistent voor antibiotica? En hoe kun je dat voorkomen?

Evolutionair denken kan op veel verschillende organisatieniveaus voorkomen: vanaf het moleculaire DNA tot op populatieniveau. Zelfs ecosystemen kunnen evolueren. Deze denkwijze kan dus in veel thema’s een rol spelen. Voor evolutionair denken hebben leerlingen een aardige dosis biologische kennis nodig over evolutiemechanismen, variatie, selectie en misschien zelfs DNA.

Evolutie is inmiddels zo’n standaardbegrip geworden dat het ook buiten de biologie veel gebruik wordt, zoals de evolutie van taal.

In thema 11 ‘Ecologie’ staat deze opgave met evolutionair denken. Klik op de afbeelding om de opgave groot te bekijken.