De eerste versie van dit artikel is als zelfstandig hoofdstuk gepubliceerd in het boek 'Leren in perspectief' (Redactie: A. Wald & J. v.d. Linden) (een uitgave van het ICO) Gedrukt: Garant, Leuven-Apeldoorn. ISBN 90-441-1160-4. ppn. 115-130. (Zonder screendumps.)
Simulaties: Met simulaties en microwerelden kan men bepaalde interessante onderdelen uit de werkelijke wereld op computers nabootsen waardoor kinderen en studenten iets kunnen proberen te leren met behulp van die aangeboden tools of gesimuleerde werkelijkheid. We weten inmiddels dat als je doelen echt wilt halen 'coaching' hierbij dan meestal onontbeerlijk is. Helemaal vrij ontdekkend leren - on-gecoached - is in de meest serieuze gevallen in-efficient. Als een onderwijsgevende zijn leerlingen een leerdoel ('target') wilt laten bereiken zal hij/zij parallel aan de (computer-based) ontdekomgevingen ook opdrachten, casussen, manuals en/of instructie moeten aanbieden: paper based, computer-based of web-based (Min, 1999).
Het web: De leermiddelentechnologie heeft de laatste twintig jaar alleen al een geweldige evolutionaire ontwikkeling op het gebied van computers doorgemaakt maar de laatste vijf jaar zelfs een revolutionaire. Niemand binnen het onderwijs en de onderwijskunde kan om het fenomeen computer in zijn nieuwe gedaante heen: het world wide web. Veel mensen zitten nu al dagelijks achter beeldschermen. Veel 'contents' is al digitaal; en veel dingen gebeuren op afstand, dus haast per definitie: teacher-free. Leren zal in de toekomst steeds gewoner worden en meer en meer plaatsvinden achter beeldschermen en online, dus zonder dat er iemand bij is - teacher free - op het world wide web. (Zie o.a. Collis, 1998.) De contents zal digitaal zijn en de software is relatief klein en compact: bijvoorbeeld java-applets voor simulaties met bijbehorende instructie en ingeblikte streaming video (Min, 1999).
Laten we stellen dat het Web op zichzelf niet beter, goedkoper of effectiever dan een ander medium is, zoals bijvoorbeeld een boek, een televisie of een video, maar in zekere zin, en onder bepaalde voorwaarden - die de overheden zullen moeten gaan bepalen - handiger, sneller en makkelijker. Kortom het is efficiënter. Vooral dynamische onderdelen op het web, zoals 'simulaties' en intelligente 'agents' zullen een belangrijke nieuwe functionaliteit toevoegen aan de al reeds bestaande educatieve hulpmiddelen. Binnen tien tot twintig jaar zijn online leer-, werk- en doe-omgevingen met allerlei soorten digitale contents volkomen normaal en betaalbaar worden.
Micro-werelden: Er zijn een groot aantal doelgroepen die op een universiteit te maken krijgen met nieuwe digitale leermiddelen of ontdekomgevingen zoals simulatie en andere micro-werelden, t.w.: kinderen, studenten, jong volwassenen, e.d. Al deze doelgroepen dienen we als onderzoeker, ontwikkelaar of docent natuurlijk anders te benaderen. Maar er zijn ook veel zaken die in het algemeen te stellen zijn. Kinderen van deze tijd willen en kunnen niet meer naar een lang of saai betoog luisteren of kijken. Misschien kunnen ze dit nog wel onder hele stringente condities, maar het tijdperk van thuis zappen naar een andere zender en in een les andere dingen zitten te doen is onomkeerbaar aangebroken. Het studiehuis, het Web en open digitale leeromgevingen komen niet toevallig allemaal op dit moment qua idee bij elkaar. Je kunt dan dingen doen zoals werken, spelen en leren; knippen en plakken; en communiceren door elkaar.
In dit artikel bezien wij simulatie vanuit het perspectief van zelf proberen te leren en het simulatieprogramma te zien als leermiddel. Wij beperken ons hier tot computer-based simulaties; dat moge duidelijk zijn. Virtual reality (VR) bespreken we hierbij niet; hooguit als open, rijke leer- of ontdek-omgeving; en trainingssimulatoren slechts terloops. VR en grote, mechanische trainingssimulatoren voor de lucht- en zeevaart zijn typisch onderwerpen die een apart boek waard zijn; ze zijn duur om te maken en te gebruiken in het onderwijs. Ook andere vormen van simulatie laten we hier - spijtig genoeg voor wat ze zijn. We beperken ons hier in dit artikel tot de min of meer gewone, 'model-driven computersimulatie': computersimulatie gebaseerd op wiskundige modellen van fenomenen die we belangrijk vinden om in het onderwijs - via het web en via computers - in een les binnen te halen of als een beleving aan een kind mee te geven.
Piaget: De leermethode van Piaget kun je in een keer (in het Engels) in enkele zinnen, kort samen vatten:
Constructivism: Constructivism is een belangrijke leermethode bij open leeromgevingen; en natuurlijk ook bij simulatie. Het constructivisme als methode van leren is door Vygotsky in enkele passages - in het Engels - samengevat:
Vygotsky: De theorie van Vygotsky is een belangrijke aanvulling op deze ideeen en is een richtsnoer bij het ontwerpen en inrichten van open leeromgevingen; en natuurlijk ook bij simulatie (Vygotsky, 1981). Lev Vygotsky was een Russische psycholoog en filosoof die rond 1930 veel over het constructivisme schreef en zijn theorie ook daar op baseerde. Hij zei en benadrukte o.a.
Hier wordt voornamelijk ingegaan op leermiddelen voor het VWO, MBO, maar ook worden enkele zienswijzen behandeld die voor HBO en WO van belang kunnen zijn. De onderzochte - en voor dat doel door ons ontwikkelde prototypes - zijn over het algemeen 'kale' simulaties als leermiddel (met weinig lees- en/of leerteksten), waarbij de instructie en de casuistiek op een traditionele wijze wordt toegevoegd. Maar, omdat de tijden sterk veranderen en de mogelijkheden van scholen en instellingen sterk toenemen, gaat het tegenwoordige leermiddelen-onderzoek onvermijdelijk meer en meer in de richting van ontwerpen van complete electronische lespakketten die te down-loaden zijn van het web en leren on-line - en liefst teacher-free - mogelijk maken. Op de nadelen van slecht ontworpen geintegreerde, digitale leeromgevingen dient men wel enorm alert te zijn. Verderop in dit artikel gaan we daar - met handige concepten en een speciaal hiervoor uitgedachte ontwerp-theorie - kort op in.
Computersimulatie als leermiddel is een van de belangrijkste onderwerpen binnen de educatieve instrumentatietechnologie. De instrumentatietechnologie is de jongste loot aan de stam van de toegepaste onderwijskunde. Computersimulatie is 'gewone' simulatie, maar dan iets waarbij een computer gebruikt wordt. Meestal een gewone (standaard) desktop computer: een Mac, een Sun of een Windows computer. Een ander kenmerk is dat er praktisch altijd output is op een monitor; soms op meerdere en soms vooral ook op grote monitoren. Immers simulatie vereist dat vele dingen te zien zijn en vele tools (of interventiemogelijkheden of allerlei vormen van instructies) standby en in zicht staan; en liefst ook steeds - onder het werken door - blijven staan. Het is niet zo dat er bij computersimulatie wordt gestreefd om alle a-synchrone onderdelen in de computer te krijgen. Vaak is dat ook helemaal niet nodig. Denk maar aan een instructieboekje of een mooie, grote duidelijke wandplaat of zo iets. Vaak kan gewoon een stuk papier of iets in een losse klapper handiger of goedkoper zijn. De overweging om alles digitaal in een embedded applicatie te stoppen wordt echter wel ingegeven om de laatste versie of de laatste snufjes (van iets dat bij elkaar hoort) ook werkelijk bij elkaar te hebben of makkelijk te kunnen down-loaden. Toch kan alsnog daarna iets uitprinten dan de makkelijkste methode blijken om iets te gebruiken.
Manieren: Als je dure, krachtige en feedback rijke ontdekomgevingen onderwijskundig optimaal wilt benutten kun je model-driven simulaties van fenomenen op veel manieren inzetten, t.w.:
Niet het individuele gedrag in een leermodel te kennen en vast te leggen is het doel, maar de algemene patronen die een gemiddelde student in dergelijke leersituatie zal vertonen, is het doel. Een ontwerper van simulaties, maar ook een docent die simulaties inzet, dient weet te hebben van objectieve gedragingen die zijn product bij iemand kan bewerkstelligen. Los van leerlingkenmerken heeft elke methode van leren zijn geheel eigen - gemiddelde - specifieke objectieve (dynamische) kenmerken (Min, 1992). Het dynamische gedrag van de leermodellen kenmerkt zich bijna geheel alleen door de geheel verschillende wijze van instructie. De instructie is overigens vaak geheel zogenaamde 'parallelle instructie' of (soms) gewone instructie, vooraf, of computer-based, slim gedoseerde - adaptieve - instructie (zoals bij 'ITS of 'ICS'). Bij een van de leermodellen is zelfs van helemaal geen instructie sprake. Er zijn zes verschillende methoden van leren ('leermodellen') te onderscheiden, t.w.:
Van deze zes te onderscheiden methoden van leren worden hier alleen de eerste vijf besproken. De meeste methoden hebben verschillende varianten, daar wordt niet te veel op ingegaan. Bij de derde methode zijn evenwel de verschillende benaderingswijzen gememoreerd, omdat er essentiele verschillen bij het leren optreden. Min noemt deze methoden van leren 'kwalitatieve leermodellen' (Min, 1992). We gaan hier een voor een op deze methodes in.
Vrij ontdekkend leren: Bij de eerste methode van leren, 'vrij, ontdekkend leren' (1), is het de bedoeling de lerende vrij te laten werken en hem dingen te laten doen die hij zelf wil en zelf nuttig acht. Hij kan zelf verstoringen aanbrengen in een model of in een micro-wereld en proberen een samenhang te ontdekken tussen bepaalde grootheden of bepaalde relaties zien op te sporen. De ene lerende doet iets om zichzelf een bepaalde vaardigheid te leren, de andere user om een bepaald soort speleffect op te wekken. Over het algemeen is een lerende bij deze methode snel op een computersimulatieprogramma uitgekeken. Een computersimulatieprogramma is over het algemeen een systeem waarbij een bepaalde eenvoud is aangehouden. Om simulaties zinnig te kunnen gebruiken is een bepaalde achtergrondkennis en een plan van aanpak nodig. Vrij, ontdekkend leren als methode van leren - met weinig of geen instructie - is dan meestal ook niet aan te bevelen. In ieder geval kan iemand die maar wat probeert en dingen niet weet - of kan weten - niet het onderste uit de simulatie halen. Veel gebruikers van simulaties - ook docenten die even willen kijken of een simulatiemodel iets voor hun leerlingen is - knappen daarom ook voortijdig af op bepaalde programma's.
Het is namelijk essentieel een zekere begeleiding of een instructie of 'coaching' te accepteren. Omdat daardoor alleen al voor de docent meer zekerheid ontstaat dat alle mogelijkheden van een computersimulatieprogramma er ook uit zullen komen. De werkelijkheid, ook al is het een simulatie, is immers zodanig gecompliceerd dat een onvoorbereide gebruiker, of een gebruiker zonder coaching, niets ziet en niets leerzaams ontdekt. Een gebruiker dient logischerwijs goede domeinkennis te hebben. De methode van 'vrij ontdekkend leren' wordt in de praktijk dan ook nooit zo maar alleen gebruikt. In een reele leeromgeving is altijd coaching aanwezig. Ofwel in de vorm van een opdracht, een casus, een instructieprogramma of een mondelinge opdracht van een docent.
Leren met behulp van opdrachten: De tweede methode van leren, 'leren door opdrachten te maken' (2), wordt veel toegepast en is met name geschikt om simulaties te verkennen. De lerende wordt gevraagd opdrachten uit te voeren en te kijken wat er gebeurd. Voordat hij begint met de opdracht wordt hem gevraagd zijn veronderstelling over wat er zal gaan gebeuren op te schrijven. De lerende leert dan (spelenderwijs) en voordat hij ook maar iets doet, een hypothese op te stellen. Die hypothese wordt vervolgens direct aan de werkelijkheid van de simulatie getoetst. De opdrachten bij deze methode van leren kunnen in het begin eenvoudig worden gehouden en daarna steeds gecompliceerder worden. Tegelijkertijd worden bepaalde technische handelingen, zoals bijvoorbeeld het bedienen van een scroll-bar, als het ware automatisch aangeleerd. De lerende leert - al doende handelend en binnen een bepaalde hoeveelheid tijd - de mogelijkheden van het computersimulatieprogramma te zien. De leerling hoeft bij deze methode nog niet geheel zelfstandig problemen op te lossen of alles van het het model te begrijpen. Aansluitend aan de ene methode van leren kan er op een andere manier van leren worden overgegaan. In een aansluitende sessie kan dan nog eens op een bepaalde relatie worden teruggekomen, maar dan vanuit een andere methode van leren.
De opdrachten worden in het algemeen schriftelijk (parallel aan de PC) of op een bepaalde manier electronisch, digitaal (meestal ook parallel) bijgeleverd. (Het begrip 'parallel' of 'parallelle instructie' wordt verderop in dit artikel besproken.) Deze opdrachten kunnen het karakter hebben van een stel losse werkbladen of gebundeld zijn in een werkboek. De werkbladen of het werkboek zijn zodanig vormgegeven dat er aantekeningen in gemaakt en vragen ingevuld kunnen worden. Ingevulde vragen en antwoorden kunnen na afloop van een sessie mee naar huis worden genomen of aan de docent worden gegeven, die er een cijfer voor kan vaststellen.
Gecoached leren: De derde methode van leren, 'gecoached of begeleid leren' (3) vereist een geheel anders ontworpen simulatieleeromgeving dan leeromgevingen waar je alleen opdrachten leert uit te voeren. Het computersimulatieprogramma's zelf kunnen er identiek uit zien, maar de leeromgeving dient allerlei extra's te bevatten. Die extra's zijn onderwijskundig bepalend voor het functioneren van het computersimulatieprogramma: namelijk geheel anders. In dit paper worden vier soorten van 'coaching' of 'begeleiding' onderscheiden. Deze vier soorten coaching - die al of niet in combinatie met elkaar kunnen voorkomen - zijn de volgenden:
De 'intelligente tutoring systemen' (ITS) dienen overigens niet te worden verward met 'intelligente computersimulaties' (ICS). Intelligente computersimulatieprogramma's (ICS-programma's) zijn volgens de karakterisering van Min (1987) computersimulaties waarbij in plaats van een wiskundig model een expert systeem als basis fungeert (Min, 1987). Een dergelijk ICS-programma kan overigens best daarnaast nog een of meerdere wiskundige modellen of een intelligente tutor bevatten. Combinaties van leermodellen zijn in de praktijk natuurlijk eerder regel dan uitzondering.
Leren aan de hand van casussen: De vierde methode van leren is 'probleem gestuurd leren' (4). Hierbij wordt gewerkt met schriftelijke materiaal, waarin ergens een 'casus' ('een probleemgeval') uitgebreid staat beschreven. De lerenden dienen in het algemeen een dergelijke 'casus' stap voor stap te volgen. De casus is - als verstoring in meestal een of twee parameters - in het computersimulatieprogramma zelf - in het model - vastgelegd. Niet de instructie-tekst, maar het fenomeen dat bij de casus hoort wordt op het scherm getoond. De begeleidende tekst van de casus is, net als bij het 'leren door opdrachten te maken' op een stel losse of gebundelde werkbladen in een werkboek opgenomen. Het fenomeen op het beeldscherm wordt dynamisch gepresenteerd en bepaald door de instelling van het onderliggende model, zoals de ontwerper van het programma of de docent dat heeft bepaald. Tijdens het 'runnen' van de casus doen bepaalde variabelen iets 'abnormaals' of iets karakteristieks. De lerende dient als eerste stap in het oplossingsproces een analyse te maken van het fenomeen. De conclusie van die analyse, zijn veronderstelling, is de hypothese. Vervolgens toetst hij die hypothese. Dat toetsen gebeurt door een of meerdere parameters van het model te veranderen, zodanig dat het model daarna zich weer 'normaal' gedraagt. Dan kan die parameter-instelling als oorzaak worden aangemerkt voor de 'afwijking' die men zag.
Het fenomeen kan echter ook worden 'gecompenseerd' in plaats van te worden 'opgelost'; dat noemen we dan 'symptoom bestrijding'. Daar is sprake van indien er na een ingreep in het model toch een 'normale', schijnbaar gezonde situatie optreedt.
Bij deze manier van leren met een casus komen achtereenvolgens naar voren: het 'analyseren van het fenomeen' (het probleem), het 'stellen van een diagnose' en het 'oplossen van het probleem' of het 'handelend (therapeutisch) optreden'. Deze manier van leren is voor de lerende interessanter dan gewoon ontdekkend leren. Variaties in didactische werkwijzen kunnen zeer effectief zijn.
Leren door wetenschappelijk te experimenteren: En ten slotte de vijfde methode van leren, leren door echte - wetenschappelijke - experimenten met het simulatieprogramma te doen (5), is een manier die overeenkomt met practica uit het hoger beroeps of universitair onderwijs, waarbij vaak aan iets gemeten moet worden om - daarna los van de simulatie - tot bepaalde inzichten te komen. Hierbij moet men denken aan een meting aan een variabele waarbij een bepaalde parameter achtereenvolgens een serie waarden krijgt, bijvoorbeeld de waarden 0.1, 0.2, 0.5 en 1.0. Met een computersimulatieprogramma kan een dergelijk (wetenschappelijk) experiment snel, gemakkelijk en steeds opnieuw gedaan worden. De bijbehorende numerieke waarden van variabelen in relatie met die modelparameter, kunnen met het computersimulatieprogramma worden bepaald en op een papieren werkblad of electronisch op een zogenoemd 'scratchpad' worden genoteerd. Een 'scratchpad' kan hier bijvoorbeeld een invoerveld of een invoervlak in een formulier op een web-pagina zijn. De gegevens kunnen dan, zoals het ook bij echte practica gaat, later, na het experiment, met de hand grafisch worden uitgezet op bijvoorbeeld millimeterpapier. Door al deze handelingen tezamen, en met name door het verloop van de dan ontstane grafiek te bestuderen, ziet de lerende bepaalde verbanden.
De lerende leert, bij een dergelijke manier van leren, zich ook nog voor te bereiden op 'echte' practica. Bij 'echte' practica waar het op inzicht aankomt, komt het er immers vaak op aan geen fouten te maken in secundaire aspecten, met name die aspecten die met een computersimulatieprogramma al vast getraind kunnen worden. Bij zo'n echt practicum kan men zich dan beperken tot de primaire leerdoelen, zoals levend weefsel voelen, echt bloed zien, emoties herkennen, etc.
Leren met intelligente computersimulaties: Leren met 'intelligente' computersimulatie (ICS programma's) (6) valt - zoals we hier voor al zeiden buiten het kader van dit artikel. Dergelijke programma's kun je met recht slimme of 'smart simulations' noemen, maar zijn op dit moment nog veel te prototypisch om daar nu, in het kader van dit artikel, uitgebreid op in te kunnen gaan. Figuur 2 laat een door ons ontwikkeld eerste prototype zien ('Maurice').
Ten slotte: Elk van deze manier van leren willen de onderzoekers schematiseren. De uitkomsten zijn schema's (een soort stroomschema's). Deze schema's worden door ons 'leermodellen' genoemd. Een leermodel dient niet verward te worden met een model dat gebruikt wordt bij computersimulatieprogramma's. Een leermodel is (voorlopig slechts) een concept idee in de vorm van een stroomschema hoe een (gemiddelde) gebruiker door een computersimulatieprogramma loopt; wat hij doet (kwalitatief); en wat hij mogelijk geleerd heeft. Als we meer gegevens hebben zijn we van plan deze leermodellen ook kwantitatief te beschrijven in termen van verblijfstijden, aantal missers, en dergelijke.
Leren: Al jaren wordt er binnen de onderwijskunde gepoogd te doorgronden hoe leren in zijn werk gaat. Van instructie weet men over het algemeen veel; van leren en het verwerven van kennis en inzicht betrekkelijk weinig. In de onderwijskunde doet men wel veel onderzoek naar instructiemethoden maar relatief weinig naar leren met leermiddelen. Dit artikel wil daartoe een aanzet geven. De discussies die dan zouden moeten worden opgezet moeten gaan over: hoe je van het proces van leren een model kunt maken: hoe je het leren kunt modelleren? Om te beginnen zou men een model moeten hebben met de basisgrootheden en de relaties daartussen, zodat wetenschappers een handvat hebben om hun discussies aan op te hangen. Rond 1997 heeft de minister ook nog eens het begrip 'studeerbaarheid' gelanceerd. Reden te meer om op zijn minst de aangrijpingspunten van dit soort begrippen in een groter geheel - en conceptueel - eens nader in een inzichtelijk model vast te leggen. Dan weten we waar we over spreken; waar welk begrip 'aangrijpt' in het totale leer-proces. Wij hebben in 1999 een een-eenduidig en niet te weerleggen denk-model geconstrueerd, een analogon, om het fenomeen leren te beschrijven en hopelijk daardoor op termijn het leren (met leer- en instructiemiddelen) - met bijbehorende condities - meer te doorgronden. In dat artikel en het bijbehorende model (dat we tegelijkertijd, in een simulatie, in de engelse taal, online op het web beschikbaar stelde) kunnen we direct verbanden laten zien tussen de meest relevante begrippen in dit verband (Min, Vos, Kommers en Van Dijkum, 2000)
Onderzoeksvragen: We wilden uitspraken kunnen doen, vastleggen en onderzoeken, zoals: hoe kun je door motivatieverhoging - welke men kan verkrijgen door een leerling met een simulatie te laten werken - de 'weerstand tegen leren' laten afnemen? In eerder onderzoek was ons gebleken dat de motivatie voor het volgen van 'saaie' lessen toeneemt als er in het curriculum goede leermiddelen - van het type model-driven simulaties - zijn opgenomen (Min et al, 2000). Als er een zo 'gedifferentieerd' mogelijk leermiddelen-aanbod is - en de leermidddelen zelf zijn ook motiverend - dan motiveert dat een leerling om saaiere lessen (of saaie boeken) over dat onderwerp (goed) te volgen. Maar ook vragen als: welke vormen van instructie en welke vormen van feedback bij simulatie zijn het meest geschikt om de motivatie voor leren bij de leerling te bevorderen? Of vragen meer van deze tijd: hoe kun je door goede leermiddelen de studeerbaarheid van de lessen verhogen? Of anders: hoe kun je door de studeerbaarheid te verhogen de weerstanden bij leerprocessen laten afnemen? Figuur 3 laat een experiment zien met ons analogon. In de output van dat experiment zie je dat bij een slechte motivatie voor de stof de instructie niet leidt tot het snel bereiken van het doel ('target'). Dit dynamisch model van leren en de simulatie ervan zoals opgenomen in ons online internet artikel (door ons genoemd 'interactive scientific paper' of 'ISP'), staat nog in de kinderschoenen, maar kan in discussies verhelderend werken.
Om een goed curriculum, waarin simulaties zijn opgenomen, op te bouwen dient men de doelgroep en de precieze kenmerken van de betrokken populatie te weten en te kennen. Ontwerpers dienen te weten over welke leerlingpopulatie men praat; wat de voorkennis van iemand is; en welke attitudes de individuen hebben.
Omdat we een zo gedifferentieerd mogelijk leermiddelenaanbod moeten hebben, kunnen simulaties op een groot aantal plaatsen in een curriculum worden aangewend. Voorin, middenin of achteraan in een curriculum; bijvoorbeeld als alle stof al behandeld is en er getest moet worden op inzicht en of men (passieve) kennis kan toepassen.
Bij een computersimulatiesprogramma moet aan diverse minimum eisen of voorwaarden voldaan worden, t.w.:
Zonder al deze eisen of voorwaarden, waaronder een simulatie optimaal tot zijn recht komt, kan de leerling niet prettig werken en dus niet optimaal leren.
De ene student wil gestructureerd leren de andere student kan best nog wel leren als hij/zij ongestructureerde dingen krijgt aangeboden. Oefenen is alles bij leren. Het kunnen 'werken' en iets kunnen 'doen' - en dus kunnen oefenen - in de leeromgeving moet dus goed mogelijk zijn. Een leeromgeving moet dus primair ook een uitstekende 'doe'- en 'werk'-omgeving zijn. Er moet plezierig gewerkt kunnen worden. Zo wordt er ook een optimale leeromgeving geschapen.
Het ideale curriculum bestaat wel, maar de praktijk is weerbarstig. In de praktijk moet rekening worden gehouden met leerlingen die een goed curricula toch half doorlopen hebben of half gesnapt hebben waar de stof over gaat. Dergelijke gevallen zou je wensen dat het curriculum ander in elkaar had gezeten. Maar er kan nu eenmaal geen rekening worden gehouden met individuele gevallen. Het komt voor dat een leerling achter een computersimulatieprogramma zit en de lessen niet heeft gevolgd of de stof niet heeft begrepen of een boek niet heeft gelezen of de demonstratie door de docent in de eerste les niet heeft gezien of het conceptueel schema van het onderliggend model niet logisch vindt en niet begrijpt waar het programma uberhaupt over gaat. Eigenlijk dien je een leerling dus van tevoren te kunnen toetsen op zijn kennis. Een curriculum opbouwen zonder feedback momenten is zinloos. Simulaties kunnen dergelijke feedback momenten voor de docent zijn. Immers de resultaten kunnen op een of andere manier geregistreerd worden en informatie voor de docent vormen.
Het ideale curriculum voor een bepaald simulatieprogramma is - bijvoorbeeld - dat een simulatie op - bijvoorbeeld - het eind van de eerste les in een bepaald curriculum van bijvoorbeeld tien weken - tijdens de introductie van de leerstof - door de docent gedemonstreerd wordt. De leerlingen kunnen zich dan al - geheel in het begin - een bepaald beeld (een bepaalde concept map) vormen van - bijvoorbeeld - het dynamisch gedrag van een stukje uit de werkelijkheid; en dat in een theorieles. Vervolgens kunnen er dan enkele lessen (saaie) theorie volgen; vervolgens een hele middag oefeningen doen met een simulatieprogramma en weer wat later enkele 'casussen' ('problemen') voorgeschoteld krijgen. Een 'casus' is (dus) een 'probleem' welke een leerling (of een groepje leerlingen) dienen op te lossen. Ze moeten een 'diagnose' stellen en (tenslotte) ook een 'therapie' geven; dat is dan de 'oplossing' van 'het probleem'. Doen ze dat verkeerd, dan belanden ze in een moeras van vreemde verschijnselen. Een begeleider (de docent of de leraar) dient deze verschijnselen voor te blijven. Een programma en met name de feedback van een programma is daarbij heel essentieel. Goede feedback houdt het leerproces op gang; goede instructie start het leerproces. Een casus zonder goede feedback kan een hele boel - d.w.z. het hele onderwijskundig nut van een dure simulatie - geheel verknoeien.
Oefenen is de kunst van alles. Maar blind oefenen moet meestal vermeden worden. Dat dient de ontwerper of de docent dan ook te voorkomen. Als een leerling verkeerde kennis aan boord heeft, kan oefenen verkeerd uitpakken. (Zie o.a. De Jong, 1999)
Goed onderwijs is een afwisseling in gebruik van leervormen en leermethoden en leermiddelen. Leermiddelen als simulaties kunnen op zich zelf door de docent ook weer verschillend worden ingericht. Dat is wel essentieel bij goede leermiddelen. Een goed leermiddel is aanpasbaar aan elke situatie. Simulaties gebaseerd op de MacTHESIS filosofie hebben bewezen dat te zijn.
Electronisch coachen: Vele onderzoekers hebben pogingen gedaan de coaching electronisch op te lossen. Vaak mislukte dat. Er zijn voorbeelden beschreven waarbij de ene helft van de monitor de instructie bevatte en de andere helft een open leeromgeving voor simulatie bood. Deze viewport-achtige oplossingen geven aan dat de ontwerper beseft dat de gebruiker behoefte heeft om informatie naast elkaar te kunnen leggen en dingen wil kunnen vergelijken zoals bij papieren instructiemateriaal zo makkelijk is, terwijl een ontwerper van educatieve leer- en instructie-omgeving maar een beperkt beeldscherm-oppervlak tot zijn beschikking heeft. Het belangrijkste knelpunt blijkt de veelheid van informatie die de ontwerper in zijn ontwerp nodig vindt ofwel het te kort aan ruimte op de monitor van de PC. De monitor is op een bepaalde manier een gebrekkig onderdeel van de hedendaagse computer. Vele mensen zijn zich dat niet zo bewust. Er zitten immers ook zo veel voordelen aan een computer-beeldscherm.
Lineariteit: De monitor was en is gemaakt en ontworpen voor lineaire programma's. Beelden verschijnen, waardoor tegelijkertijd beelden verdwijnen. Ontwerpers van interactieve programmatuur willen met hun producten dus hele andere dingen bij mensen bewerkstellen dan ontwerpers van film en video willen. Een televisietoestel is een 'one-way medium'. Bij een film of een gesprek op de TV is het continue verdwijnen van beelden geen probleem. Er is voldoende redundantie in de informatie om de boodschap over te laten komen. Bij les-programma's op een computer, bij courseware en educatieve software in het algemeen, maar met name bij leeromgevingen voor simulaties bleken de impliciete beperkingen van de monitor wel een grote rol te spelen. Veel problemen bij simulaties hebben, zonder dat men zich dat altijd bewust is, daar betrekking op. Bij les-programma's moet bepaalde informatie, bijvoorbeeld een stuk van het scherm, juist bij een ander gedeelte van de les (voortdurend) geraadpleegd kunnen worden. Als de ontwerper daar niet op heeft geanticipeerd, dan verdwijnt zijn product vrij snel in de kast. Les-programma's en leeromgevingen in het algemeen impliceren een twee richtingen verkeer. De monitor zelf is niet manipuleerbaar; het kan wel indirect via een muis.
Nog steeds is het opnieuw vinden van reeds eerder gepresenteerde informatie niet volmaakt opgelost. Informatie van beeldscherm uitprinten en het een aantal keren raadplegen, is vaak veel praktischer dan dezelfde informatie steeds weer trachten op te zoeken. Men heeft vele oplossingen voor dit probleem verzonnen: scrollende informatie, zeer snelle en dus dure computers, hypertekst-achtige structuren en dergelijke. Toch voldoen weinig oplossingen echt voldoende; vaak ook omdat de gebruiker er een bepaalde handigheid voor nodig heeft. Windowing technieken, mits goed aangewend, zijn dan uitstekend toe te passen.
Het zijn vooral mensen die een hekel hebben aan het moeten onthouden van nutteloze dingen (zoals commando's) die het revolutionaire aspect van de windows technologie voor onderwijsdoeleinden zagen. Kortom mensen met een slecht korte termijn-geheugen of mensen die geen overbodige balast aan hun kop willen hebben. (Min, 1994)
Uit onze experimenten is gebleken dat er in interactieve open leeromgevingen inderdaad een (meestal onbewuste) behoefte bij de gebruiker bestaat om dingen naast elkaar te kunnen te zien, en te zetten en als het nodig is (tijdelijk) te verschuiven, om onderliggende informatie te kunnen bestuderen: kortom parallellisme bij de userinterface bij educatieve programmatuur speelt een belangrijke rol bij het oplossen van problemen waar ontwerpers voor staan. Traditionele (seriële) userinterfaces, waarbij iets wat op het scherm te zien is door een volgende actie weer verdwijnt, doet blijkbaar in veel gevallen een onnodig groot beroep op iemands geheugen. (Claessens, Min & Moonen, 1999)
Een monitor in combinatie met een PC is natuurlijk uniek voor simulatie. Simulatie is zo iets unieks; je ziet de meerwaarde van computers er direct van. Er is geen andere methode om complexe, fuzzy, model-driven simulaties tot een modern interactief krachtig leermiddel om te vormen; al of niet met een complex, twee- of drie-dimensionaal animatie-uiterlijk. Het probleem is de leeromgeving onderwijskundig zo in te richten dat er ook echt geleerd kan worden en dat bij een simulatiesessie de leereffecten voor een docent in ieder geval te voorspellen zijn; en dat een gebruiker van een casus er - aantoonbaar en meetbaar - iets aan heeft. Een computer is goed en uniek in rekenen, voorspellen, expert systemen via rule bases iets laten beslissen, en allerlei digitale dynamische dingen te doen; derhalve mooie, effectieve simulaties mee proberen te laten ontstaan. Als je daar niet in gelooft, dan kun je als leermiddelentechnoloog, Zoetermeerse of Haagse beleidsbepalers, beter gewoon studieboeken blijven ontwikkelen; die lijken handiger en goedkoper.
Het concept van parallellisme is een doorbraak. De parallelle instructie theorie voor simulaties en voor andere open leer-, doe- en/of werk-omgevingen geeft een cognitief raamwerk voor verdere studie en betere producten. Daar ben ik van overtuigd.
De Parallelle Instructie theorie van Min voor o.a. simulaties sluit aan op de denkwijze die ook voorkomt in de Cognitive Load theorie van Sweller, Van Merrienboer en Paas, zoals die recent op de Onderwijs Research dagen 2000 te Leiden door Kirschner voor het voetlicht gehaald (Kirschner, 2000).
Instructie en simulaties gebruiken of down-loaden via een netwerk is technisch en praktisch heel handig. Een netwerk is een prima drager voor beiden: 'simulation on demand' en 'instruction on demand'; handiger dan CD-rom's of CD-i's. Kortom e-learning gaat het maken. De kwestie is dus alleen hoe je een in principe open leeromgeving combineer met een iets minder vrijblijvende maar wel feedback-rijke en adaptieve instructie-omgeving: dus hoe je de voordelen van het constructivisme combineert met de voordelen van de klassieke instructietheorie? Zodanig dat al die componenten, op een bepaalde plaats, in een bepaalde handzame en effectieve wijze en vorm; en op het juiste moment, samenkomen.
In een wereld van zappen en zoeken (met zoekmachines of slimme 'agents') sluit, dat wat we hier als methoden en producten eens uitgebreid voor het voetlicht hebben gehaald, aan bij de belevingswereld van kinderen en (jong) volwassenen. Wij denken dat de leermiddelen met de hier beschreven methoden van leren in die wereld een prima plaats kunnen vinden en van groot nut zijn voor het operationeel dynamische maken en het verschaffen van inzicht rondom kennis die in het gewone onderwijs vaak veel te statisch wordt opgevat.
Enschede, 30 okt. 2000
Met dank aan Jan de Goeijen, Jacob Sikken, Ger Tielemans, Ben Reimerink, Paul Glaser en vele anderen.
Collis, B., (1998)
Teleware: Instrumentation for Tele-Learning. Inaugurale rede op 1 oktober 1998 te Enschede; Uitgave: Universiteit Twente, Enschede.
Greenblatt, C, (1979)
How to build a simulation/game. Proceedings of the 10th Conference of the International Simulation and Gaming Association: ISAGA (red. K. Bruin), Leeuwarden. Vol.I and II. Print: Rijksuniversiteit Groningen.
Kirschner, P., (2000)
Symposium over de Cognitieve Belasting Theorie en het ontwerpen van instructie; Proceedings van de ORD 2000. p. 39-43. (m.m.v. J. Merrienboer, P. van Gerven, F. Paas, H. Schmidt, H. Tabbers, R. Martens) Druk: ICLON/Universiteit Leiden. ISBN 90-804722-2-0.
Dicheva, D. & P. Kommers (editors) (1999)
Microworlds for Education and continuous Learning; In: special issue of Int. J. Cont. Eng. Educ. and Life-long Learning, Vol. 9, no.2/3/4, p.177-328.
Jong, A.J.M. de, (1999)
De proef op de som. Inaugurale rede op 30 september 1999 te Enschede; Uitgave: Universiteit Twente, Enschede.
Kommers, P. (guest editor) (1998)
Conceptual support for learning. Special issue of Int. J. Cont. Eng. Educ. and Long-Life Learning, Vol.8, no.1/2, pp. 89-205, ISSN 0957-4344.
Min, F.B.M., (1987)
Computersimulatie als leermiddel; een inleiding in methoden en technieken. Boek. Academic Service B.V., Schoonhoven, ISBN 90 6233 282 X.
Min, F.B.M., (1992)
Parallel Instruction, a theory for Educational Computer Simulation. Interactive Learning Intern., Vol. 8, no. 3, 177-183.
Min, F.B.M., (1992)
Pilot-onderzoek naar 'leermodellen' bij computersimulatie aan de hand van observaties van leergedrag; Paper in proceedings van 'Gezond onderwijscongres' door de Nederlandse Ver. voor medisch onderwijs in samenwerking met de vakgroep Onderwijsontwikkeling en Onderwijsresearch, Rijksuniversiteit Limburg op 28-29 november 1991 te Velthoven. Redactie: C.P.M. van der Vleuten, A.J.J.A. Scherpenbier en M.C. Pollemans; Uitgever: Bohn, Stafleu Van Loghum BV. Houten. p. 130-137. ISBN 90-313-1489-7.
Min, F.B.M., (1994)
Parallelism in open learning and working environments. Britsh Journal of Educational Technology, Vol. 25, No. 2, p. 108-112. ISSN 0007-1013.
Min, F.B.M., (1995/1996)
Simulation Technology & Parallelism in Learning Environments; Methods, Concepts, Models and Systems. Publisher: Academic Book Center, De Lier. ISBN 90-5478- 036-3.
Min, F.B.M. (1996)
Parallelism in working-, learning- and doing-environments; The Parallel Instruction Theory for Coaching in Open Learning Environments for Simulation; Proceedings of EuroMedia 96; Telematics in a multimedia environment, dec. 19-21, 1996; A publication of the Society for Computer Simulation International (SCS) (Eds. A. Verbraeck & P. Geril)
Min, F.B.M., (1997)
'Het WEB als werk-, doe- en leeromgeving en de kracht van applets'. Hoofdstuk in: 'Studeren in digitale leeromgevingen'; Wolters- Noordhoff Groningen. Ed. M. Mirande, J. Riemersma & W. Veen. ISBN 90-01-88662-0.
Min, F.B.M., (1998)
Digitale leermiddelen in een wereld van zappen en zoeken. Proceedings van de Nationaal seminar 'digitalisering van leermiddelen', in samenwerking met New Book Economy - Building Informatica Society (NBE - BIS) en Hogeschool van Amsterdam, Faculteit Economie en Informatie. p. 45-51. ISBN 90 75064 06 3.
Min, F.B.M., (1999) Interactive Micro-worlds on the World Wide Web. Int. J. of Continuing Engineering, Education and Long-life Learning, vol.9, no.2/3/4, p.302-314, ISSN 0957-4344. (Also published in concept on the web http://projects.edte.utwente.nl/pi/papers/JavaWeb.html)
Min, F.B.M. en K.H. Ephraim (1979)
Computer assisted instruction voor het leren overzien van de anamnese. Proceedings Medisch Informatica congres '79 (red. J.L. Willems), Acco Leuven, Antwerpen. p. 117-122.
Min, F.B.M., H. Vos, P. Kommers en C. van Dijkum, (1999)
Een algemeen dynamisch denk-model voor leren: een analogon; een poging om te komen tot een eenduidige vorm van bepaalde begrips-omschrijvingen; een goed relatieschema; een model; en ten slotte om de dynamiek van het leren in relatie tot enkele moderne begrippen vast te leggen. Published on internet.
Min, F.B.M., H. Vos, P. Kommers and C. van Dijkum, (2000) (in press)
A concept model for learning; An attempt to define a proper relations scheme between instruction, learning and to establish the dynamics of learning in relation to modern political and educational concepts; Int. J. of Continuing Engineering, Education and Long-life Learning. (Also published in concept on the web http://projects.edte.utwente.nl/pi/papers/Learning.htm) (interactive scientific paper; 'ISP');
Papert, S., (1980)
Mindstorms; Childeren, Computers and Powerful Ideas. Basic Books, Inc., Publishers; New York.
Parreren, C. F. van, (1978) (6 th edition)
Psychologie van het Leren. Van Loghum Slaterus, Deventer. ISBN 90 6001 509 6.
Piaget, J., (1977)
The development of thought: equilibration of cognitive structures. New York: Viking.
Vygotsky, L., (1981)
The instrumental method in psychology. In J. Wertsch, ed. The concept of activity in Sovjet psychology. Armouk, New York: Sharpe.