Bij Wetenschap en technologie zijn onderzoeken en ontwerpen de leidende vaardigheden of activiteiten. Door onderzoekend en ontwerpend te leren (learning by inquiry and design), worden houding, vaardigheden, denkwijzen en kennis in samenhang ontwikkeld.
Onderzoeken en ontwerpen zijn wel te onderscheiden, maar moeilijk te scheiden. Ze hebben een ander vertrekpunt (een vraag versus een probleem of behoefte), maar vergelijkbare stappen, die vragen om dezelfde houding, vaardigheden en denkwijzen van de onderzoeker en ontwerper. Bij een onderzoek ontwerpen ze een onderzoeksplan en een ontwerper moet materiaal onderzoeken op bijvoorbeeld sterkte of flexibiliteit.
Onderzoeken en ontwerpen hebben een cyclus met zeven stappen. Er zijn vier vaardigheden: observeren en meten, denkwijzen hanteren, bronnen, materialen en gereedschap gebruiken en reflecteren, waarderen en oordelen. Op deze onderliggende vaardigheden wordt een beroep gedaan op diverse momenten in het onderzoeks- en ontwerpproces.
Onderzoeken
Wetenschappers doen onderzoek om de wereld om hen heen te begrijpen. Ze stellen zichzelf vragen of kampen met een probleem. Voortbouwend op resultaten, ontstaan in een open, maar op het onderzoeksonderwerp gerichte oriëntatiefase, ideeën die in een experiment en met behulp van bronnen getoetst kunnen worden. Op basis van de resultaten uit de experimenten of het bronnenonderzoek worden verklaringen opgesteld.
In de praktijk gaat het niet helemaal zo. Meestal is onderzoeken een associatief en iteratief proces, dat door toeval een bepaalde richting opgaat. De oplossing van een probleem leidt vaak tot nieuwe vragen of problemen, zodat het hele onderzoeksproces opnieuw begint. Daarom spreken we over een onderzoekscyclus. Het lineaire stappenplan is wel een leidraad waarmee onderzoekers over hun werk rapporteren, en biedt houvast voor beginnende onderzoekers. Het komt dan ook veel terug in wetenschappelijke opleidingen, op middelbare scholen, en waarom niet op de basisschool?
Naast experimenten bestaan ook andere onderzoeksvormen, waar meer beschrijvend of explorerend wordt gewerkt en bronnenonderzoek een belangrijke plaats inneemt. Het opdoen van kennis over aardrijkskunde, geschiedenis en natuur & techniek met deze manier van leren, noemen we onderzoekend leren.
Leerlingen kunnen verschillende typen onderzoek uitvoeren. Bij een biologie- of natuurkundeonderwerp wordt vaak een experiment of proef uitgevoerd. Bij aardrijkskundige en geschiedkundige onderwerpen worden bronnen geraadpleegd, zoals documenten, kaarten en deskundigen. Maar leerlingen kunnen ook veldwerk uitvoeren: een wijk of stad onderzoeken, of in een stuk bos op zoek naar welke kleine diertjes er leven.
Ontwerpen
Bij ontwerpen wordt met een soortgelijk proces gewerkt. Voor een geconstateerd probleem of een behoefte wordt naar een oplossing gezocht. Na een fase waarin eisen aan het ontwerp worden gesteld en informatie wordt verzameld over materialen, gereedschappen en technieken, wordt gericht een oplossing of product ontworpen.
Ontwerpers maken allereerst een ontwerpschets. Nadat de schets is besproken maken ze een definitieve ontwerptekening met meer detail Ook hiervoor kan een ontwerpcyclus worden opgesteld, met een lineair stappenplan dat vergelijkbaar is met onderzoeken. Om aan te sluiten bij het kind, gebeurt onderwijs in technologie bij voorkeur aan de hand van ontwerpend leren.