ORD - onderwijs research dagen - 2000
25 Mei 2000
17.00 - 17.30 uur
Leiden
(gewone paperlezing)

Theoretische en empirische onderbouwing voor het inrichten van rijke doe-, werk- en leer-omgevingen op het web

(Verslag van een ontwerp-gericht onderzoek bij o.a. Randstad Holding Diemen, Stichting Leerplan Ontwikkeling Enschede, Erasmus Universiteit Rotterdam en Holland Signaal Hengelo)

Doe-, Werk- en Leer-omgevingen

dr. ir. Rik Min
wetenschappelijk medewerker / universitair docent
drs. Mona Claessens
onderzoekster / Assistent in opleiding, AIO

Onderzoekers van de Universiteit Twente; Faculteit der Toegepaste Onderwijskunde;
Postbus 217; 7500 AE Enschede
E-mail: Min@edte.utwente.nl
Web-site: http://
users.edte.utwente.nl/min

Key-words: Leermiddelentechnologie, ontwerp gericht onderzoek, empirisch onderbouwing, conceptueel denken, vormgeving, werkplek-inrichting, electronische leer-omgevingen, motivatie- gerichtheid, constructivisme, problem solving, leermodellen, model van leren, theorie-vorming.

Abstract

De komst van het world wide web heeft op scholen en in bedrijven alles rondom leermiddelen en instructiemethoden op zijn kop gezet. Niet alleen de toepassingen van educatieve software in het onderwijs zijn anders komen te liggen, ook het design van de interactie en de inrichting van de werkplek stelt geheel nieuwe eisen aan leerkrachten, onderzoekers en ontwerpers. ICT en het Web laat met name 'toegepaste' onderwijskundigen en leermiddelentechnologen zoals die worden opgeleid aan de Universiteit Twente (UT) niet onberoerd. Bij de faculteit der Toegepaste Onderwijskunde (TO) in Twente heeft men in de loop der jaren een nieuw concept voor het inrichten van interactieve werkplekken ontdekt en verder tot ontwikkeling gebracht: het parallellisme-concept. Het goed toepassen van dit concept is inmiddels, volgens ons, een voorwaarde geworden om een actieve taak goed te kunnen uitvoeren, laat staan om echt iets achter een beeldscherm te kunnen leren. Leren is pas echt mogelijk als het 'werken' en iets moeten 'doen' ook echt werkt.


A working environment with everything you want (or you think you want) in view. This kind of parallelism (pan-optimum) is often desirable but seldom good enough for untrained people.

We hebben een theorie ontwikkeld, de parallelle instructie theorie (de 'PI theorie'), die een verklaring vanuit de cognitieve psychologie poogt te geven en inmiddels duidelijk maakt waarom de ene leer-, werk- en/of doe-omgeving succesvoller is dan de andere. Het heeft volgens ons iets te maken met het feit dat een groot aantal mensen een beperkt korte termijn geheugen heeft. De inrichter van de werkplek dient, om een succesvol product te krijgen, daar dan ook op een bepaalde manier rekening mee te houden. Momenteel toetsen wij onze hypotheses empirisch, in een breed opgezet onderzoek, bij onderhoudspersoneel en ook bij onze eigen studenten. Wij werken daartoe o.a samen met Holland Signaal, afdeling Opleidingen en hebben in dat bedrijf tevens de beschikking over een Virtual Reality-room.

Op deze plaats willen wij dan ook onze ideeen, ervaringen en gegevens van ons onderzoek aan u presenteren.

Meer over parallellisme:

Klik hier.

Meer over de PI theorie:

Klik hier.


A screendump of a part of the huge interactive working environment of the Randstad Holding-project (Gritter, Koopal & Min)



A screendump of an interactive working environment with VR functionallity for training procedures for troubleshooting. (Mona Claessens and TO students, Holland Signaal, 2000).

Review

Toen in de negentiger jaren educatieve simulatie software voor ons onderzoek, "optimalisering van leeromgevingen", gemaakt werd met onze simulatie-systemen, begonnen wij bepaalde eisen te stellen aan de computer, het beeldscherm en de userinterface.

Wij ontdekten met onze experimenten dat de desktop metafoor van Jobs een nog grotere potentie had dan op dat moment zelfs in de literatuur verondersteld werd. Niet alleen het toepassen van interfaces met losse windows, maar ook een goede functionele scheiding tussen het kale leermiddel en de instructie werd pas in 1997 theoretisch verklaarbaar. De parallelle instructie-theorie voor simulatie-omgevingen ontstond. De theoretische verklaring werd vooralsnog gevonden in het gegeven dat een lerende voortdurend wil kijken naar zijn instructie, ook al heeft een gebruiker een goed korte termijn geheugen. Er werd in 1992 door Min een hypothese opgesteld met een mogelijke verklaring vanuit de cognitieve wetenschappen. In 1994 werd ontdekt dat niet alleen leer-omgevingen, maar ook werk- en met name doe-omgevingen op dit punt overeenkwamen. Er werd begin 1999 een onderzoekster (mw. M. Claessens) aangesteld om het concept van parallellisme te onderzoeken om te proberen de PI-theorie empirisch te bewijzen.

Op vele plaatsen, ook in de maatschappij, bleek parallellisme plots als leidend principe zichtbaar te worden. Wij publiceerden op het internet een aantal aansprekende voorbeelden uit het dagelijks leven gebaseerd op het concept van het parallellisme; zoals een krant een vorm van parallellisme is, maar ook een museum. We realiseerden ons dat het huidige grote krantenformaat al honderden jaren hetzelfde is en feitelijk populair vanwege de overzichtelijkheid. Musea idem dito; al eeuwen is dat een prachtige ontdekomgeving voor kinderen. Kijk naar multimedia-spectakels, pop-concerten en zelfs bij ondertiteling bij films. Overal zie je vormen van functioneel parallellisme.

Successen met de parallelle instructie theorie en het concept van parallellisme kreeg Min bij het Randstad-project (Gritter & Koopal); eerder al bij het waterloopkundig laboratorium project en later bij Holland Signaal te Hengelo waar hij in een samenwerkingsverband met de Universiteit Twente voor het parallellisme-onderzoek de mogelijkheid kreeg om met diverse soorten virtual reality (VR) te experimenteren o.a. in een 'VR-room' aan de hand van concrete, reeele onderhouds-problemen en bij het trainen van procedurele taken in realistische werk-omgevingen.

Parallellisme

Een goede definitie voor parallellisme is dat allerlei informatie-fragmenten in een bepaalde omgeving - en dat kan op een beeldscherm of op een of andere lokatie zijn - naast elkaar gesitueerd zijn. De ontwerpers van de software of de omgevinginrichters willen dat de gebruiker of de persoon die langsloopt optimaal kan kiezen uit het aanbod.

Bij een leer-omgeving voor simulatie bijvoorbeeld wil de gebruiker de resultaten zien - en blijven zien - van zijn ingrepen in de gesimuleerde werkelijkheid en tegelijkertijd iets uit het instructieboekje kunnen lezen: een nieuwe opdracht of informatie over een fenomeen dat hij zojuist op het beeldscherm heeft gecreeerd. Dit eist iets van de indeling op het beeldscherm; liefst gebaseerd op een ontwerp-theorie.

Als je goed om je heen kijkt bestaan er in de wereld waarin wij leven allerlei zuivere en onzuivere vormen van parallellisme; bijvoorbeeld in een museum de manier waarop de schilderijen zijn opgehangen of in een supermarkt de producten. Kijk maar eens goed hoe Albert Heijn zijn winkels inricht; de producten zijn allemaal parallel opgesteld, maar de route waarlangs je kunt en/of moet lopen: daar is goed over nagedacht. (De looproute is feitelijk niets anders dan een slimme vorm van - onzichtbare - coaching of instructie.)

Parallelle instructie

Bij een goed software product hoort een handleiding; dat geldt voor simulatieprogramma's evengoed als voor speelgoed of gebruiksartikelen. Niet alleen hoort er bij een simulatieprogramma van het type waarvan wij er honderden hebben ontwikkeld een empirisch onderzochte, goede instructies, opdrachten en casussen, maar vooral - zo ontdekte hij - moest de leeromgeving zodanig goed ingericht zijn dat een leerling ook goed kan werken en allerlei dingen vrij op het beeldscherm kan doen. Wij ontdekten dat een goede leeromgeving allereerst en vooral een goede doe-omgeving en werk-omgeving moest zijn, waar een gebruiker zich op zijn gemak voelt en allerlei aparte tools of gegevens of instructies of help-systemen links en rechts voor het grijpen moet hebben anders wordt er uberhaupt niet geleerd met de simulator of met het spel. Wij ontdekten dat gewone, klassieke, papieren instructies heel goed blijken te werken en tot op de dag van vandaag een reele oplossing voor instructie biedt. Een min of meer ongeordende stapel papier c.q. losse vellen met allerlei te raadplegen informatie of opdrachten bleek - ondanks geavanceerde computertechnologie - nog steeds vaak erg functioneel en zelfs doorslaggevend voor succes van het product. Het simulatieprogramma VIJVER en ECONOMIE zijn hier voorbeelden van.

In een museum bijvoorbeeld wil iemand vrij kunnen rondlopen en objecten kunnen bestuderen en een ander wil juist met een walkman met koptelefoontje en een bandje uitleg krijgen om iets over een object te weten te komen. Eventueel kan een museum kastjes met een drukknop erop naast elk object plaatsen. Het ene geval is een vorm van een nogal dwingende, maar soms nuttige vorm van lineaire parallelle instructie en het andere geval een vorm van een soort random-access databank met losse audio-fragmenten.

Het idee

Het concept van parallellisme


Een collage: een digitaal, interactief leermiddel in de context van gewone instructie en opdrachten.

De Basis uitvoeringen

Parallel instruction
(1e orde parallellisme)


left: the open doing environment; right: the instruction (scrollable)
(
een voorbeeld - met viewports)

Parallel instruction
(2e orde parallellisme)


left: the open doing environment (movable); right: the instruction
(een voorbeeld - met windows)

Voorbeeld: ZONNEBOILER
(1e orde parallellisme)


left: the open doing environment; right: the instruction (scrollable)
(een voorbeeld - met viewports)

Voorbeeld: ZONNEBOILER
(2e orde parallellisme)


left: the open doing environment (movable); right: the instruction
(een voorbeeld - met windows)

Others

A micro-world (II)
separate from the instruction

Go to Transistor, version x.x
(after clicking on the button: the working environment (right);
the basic web-page is the manual)

Methods

Klik hier
(foto's over parallellisme)

Klik hier
(een leestekst over parallellisme)

Klik hier
(de PI theorie)

De PI theorie kort samengevat

De parallelle instructie theorie - de PI theorie - is gebaseerd op het concept van parallellisme. De laatste drie jaar hebben we geprobeerd de PI theorie zo goed mogelijk te omschrijven. De komende drie jaar zullen we gebruiken om de PI theorie te bewijzen. We zijn bezig daartoe een empirisch onderzoek op te starten. De onderzoeker zal een goede cognitieve basis moeten hebben. Vooralsnog is het fenomeen en het concept van parallellisme omlijnd en omschreven. Wij hopen met deze theorie (achteraf) aan te kunnen geven waarom en waardoor tutoriele courseware en geprogrammeerde instructie vooralsnog gefaald hebben - althans nog bijna nergens dat succes hebben als dat er oorspronkelijk aan toegekend was. Indirect hopen we te kunnen bewijzen dat ms.dos computers met lage beeldschermresolutie en slechte of geen windows, als leermiddel in het onderwijs ook niet hebben kunnen slagen. Overigens voor de goede orde: de PI theorie is dan ook een 'ontwerp theorie'. Het is een theorie waarmee ontwerpers van educatieve software rekening moeten houden op straffe van het falen van hun product.

De PI theorie - als veronderstelling - is als volgt te omschrijven:

ALS men een open leer-, werk- of doe-omgeving moet ontwerpen en vormgeven DAN moet men alles in het werk stellen dat alle losse onderdelen voor het oprapen (voor het grijpen en/of in het zicht) liggen en wel zodanig dat ze direct voor gebruik gereed zijn en dat ze in de 'stand' (c.q. 'state') blijven staan, die ze (dan) hebben (of die ze hadden). Gebeurt dit niet dan loop u een grote kans dat uw product niet zal aanslaan.


De centrale onderzoeksvraag is: Waarom loopt de ontwikkelaar een grote kans dat zijn product zal falen als hij een te lineair product maakt en te weinig of geen rekening houdt met de concept-ideeen van parallellisme?

De veronderstelling is dat het nut van parallellisme bij open werk-, leer- en doe-omgevingen te maken heeft met:

Experiments (tasks)

Klik hier
Experiment 1 met studenten (n=20)
Experiment 2 met collega's (n=8)
Experiment 3 met secretaresses (n=4).

Extra discussie-punt


Simulaties en VR-aniamties zijn geen instructie-middelen maar leermiddelen (open ontdekomgevingen - zo u wilt - al dan niet met coaching of instructie). Dit soort lermiddelen verhogen de motivatie van de leerling om (soms saaie) vervolg-leertrajecten in te gaan. Om diè discussie met onderwijskundigen goed te voeren heeft Min een (wiskundig) model ontwikkeld; een 'denk-model'. Een online te gebruiken simulatiemodel van leren om met collega's te kunnen discussieren welke parameters 'kennisaccumulatie' beinvloeden en hoe ze aangrijpen. Het betreffende model staat in een internet artikel waarin een kleine 'werk-omgeving' zit ingebakken waarbij 2e orde parallellisme is toegepast. Vandaar dit extra discussie-punt over 'leren' en 'modellen van leren'; het heeft drie aanrakingspunten met het hoofd-onderwerp van deze voordracht. In deze 'wetenschappelijke lees-omgeving' ziet men de invloed van het stellen van doelen en de begrippen motivatie en studeerbaarheid, ten opzichte van de lengte van het leertraject (c.q. 'tijdconstantes').
(
Klik hier)

De letterlijke tekst van ons verhaal:

Klik hier.

Referenties

Kirschner, P. (voorzitter), (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.

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. ISBN 90 75064 06 3.

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 (1997) ISBN 90-01-88662-0.

Min (1994)
Parallelism in open learning and working environments. Britsh Journal of Educational Technology, Vol. 25, No. 2, pp. 108-112. ISSN 0007-1013.

Min (1992)
Parallel Instruction, a theory for Educational Computer Simulation. Interactive Learning Intern., Vol. 8, no. 3, 177-183. (
other reference)

Min, F.B.M., (1999)
Interactive Micro-worlds on the World Wide Web. Accepted and in press at the Int. J. of Continuing Engineering Education and Long-life Learning.

Min, F.B.M., & J. de Goeijen (1999)
Computersimulatie als leermiddel.
http://to-www.to.utwente.nl/TO/ism/course/sim/index.html
De cursus computersimulatie als leermiddel (klik hier)

Min, F.B.M., (1995)
Simulation Technology & Parallelism in Learning Environments; Methods, Concepts, Models and Systems. Publisher: Academic Book Center, De Lier. ISBN 90-5478- 036-3.

BOILER (pre-prototype; 1999),
een online simulatieapplet met een model van een zonneboiler (een voorbeeld van leren door dingen te veranderen en te kijken); (een student-werkstuk) (klik hier) (of hier)

ECONOMIE (pre-prototype; 1999),
een online simulatieapplet met een model van de nederlandse economie (een voorbeeld van leren door te leren voorspellen); (een voorstudie) (klik hier)

TRANSISTOR (prototype; 1999),
een online simulatieapplet met een model van een transistorversterkingsschakeling (een voorbeeld van leren door te doen); (een student-werkstuk) (klik hier) (of hier)

CARDIO (prototype; 1999),
een online simulatieapplet met een model van de bloeddrukregulatie van het mensenlijk lichaam; (een student-werkstuk) (klik hier)

Enschede, 24 mei 2000