e-report / i-report

Parallellisme en de PI theorie

empirische onderbouwing

beschrijving van 5 experimenten

Door Rik Min, onderzoeker/ontwikkelaar, www.acone.nl
tel: 053 - 4763.881 / 053 - 4.30.30.73

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

Vooraf

Er is al veel geschreven over parallellisme en de PI theorie van Min, maar nog weinig over de experimenten die door hem en zijn medewerkers zijn gedaan. In 2004, is een - voor ons - zeer belangrijk paper gepubliceerd in the J. of CAL gebaseerd op een experiment van Yu en een experiment van Min. Dit paper, hier, laat zien dat er nog veel meer experimenten in de loop van de tijd zijn gedaan. Deze experimenten zijn nog niet allemaal goed gepubliceerd. Dit artikel geeft een eerste aanzet.

De onderwijskunde staat, als wetenschappelijk product, feitelijk nog in de middeleeuwen. De eerste Newton, laat staan de eerste Einstein, moet nog geboren worden. In de medische wetenschap is het heel gewoon dat wetenschappers naar wetenschappers uit andere disciplines luisteren iets van hen aannemen, bijvoorbeeld van een ingenieur die zojuist op heel vernuftige wijze de bloeddruk van een patiënt op afstand heeft gemeten.

Als een arts bij zijn patiënten in een academisch ziekenhuis niet naar specialisten (e naar anderen wetenschappers) luistert, krijgt hij niet de juiste feedback en kan een patiënt binnen een uur of minder zelfs zijn overleden. Als een onderwijskundige de de minister of Zoetermeer een advies geeft voor het opheffen van kleuterscholen of het zonder voldoend geld invoeren van het studiehuis, merk je de gevolgen bij wijze van spreken pas in het bejaardenhuis.

Ik wil her niet iets mee suggereren maar aangeven dat ik het ene geval de tijdsconstantes - zoals dat in de ingenieurswetenschappen heet - klein zijn en in het andere geval - binnen de onderwijskunde - groot. Te groot vaak.

Wij kunnen het ons binnen de onderwijskunde niet veroorloven om niet te luisteren naar experts uit anderen disciplines. In de medische wetenschappen weet men dat. Men is daar ook door schade en schande wijs worden.

Als we een moderne leeromgeving willen en geen creëren dan moeten er minstens aan twee voorwaarden zijn of worden voldaan, blijkt uit ons onderzoek:

En dan heb ik het dus nog niet over leren en of er geleerd kan worden achter een beeldscherm en hoe dan wel? Ons onderzoek richt zich dan de laatste tijd op die twee aspecten van leeromgevingen. Dus: de werk-omgeving en doe-omgeving moet 100 procent goed zijn als ultieme voorwaarde voor een goede leer-omgeving.

Een paar jaar geleden hebben we een opdracht gehad van de Randstad Holding in Diemen (het hoofdkantoor). Op dit hoofkantoor wordt ieder jaar een spreadsheet gemaakt van meer dan 300 bij 300 cellen. Al die cellen bevatten informatie voor planner van locale kantoren met tussen de tien tot honderden medewerkers. Deze spreadsheet bevat streefgetallen e.d. m.b.t. de werkzaamheden. Die spreadsheets worden elk jaar op floppy aan alle kantoren naar alle lokale managers gestuurd. De manager dient daar een jaar vooruit in te plannen. U begrijpt dat als je ergens informatie verander op de meest vreemde plaatsen in die spreadsheet getallen verspringen. Doordat dit rekenvel zoals we spreadsheet ook wel noemen te groot is voor de monitor denk aan iets van 2 bij 2 meter (fysiek) hebben we een probleem. Het menselijk geheugen is niet in staat tijdens het verschuiven het oog ergens anders op te richten en oorzaak en gevolg te interpreten om informatie van zijn input goed te onthouden zodat de gebruiker het met de informatie in de output-cel kan vergelijken U ziet in werk- en doe-omgevingen is het korte termijn geheugen de bottleneck.

Wij zijn hun probleem te lijf gegaan met onze oplossingen en onze analyse methodes: om geheugen probleem oplossen in open en krachtige omgevingen en onze ontwerptheorie de PI theorie voor het inrichten van een goede en betere open werk- en doe-omgeving. Twee jonge starters die bij mij waren afgestudeerd hebben er twee jaar werk aan gehad. Voorwaar een succes. Momenteel werken wij met ons onderzoek in een bedrijfssetting. Zowel in een trainingssetting voor onderhoud als mede bedieningspersoneel aan een empirische onderbouwing van onze theorie een instructietheorie maar meer nog een ontwerptheorie. Bij Holland Signaal. Mona Claessens, een cognitief psychologe, als AIO aangesteld om in 4 jaar een onderbouwing van onze hypotheses in reële virtuele situaties met concrete populaties proefpersonen te vinden; gericht op procedurele taken in dit geval.

Waarom heeft veel courseware en tutoriele software gefaald en waarom hebben hypermedia het enorme nadeel dat men er in kan verdwalen. Men kan door de bomen het bos niet meer kan zien. "He had lost his way in hyperspace", zeggen wij dan. En - als men het probleem van het inrichten en vormgeven van de doe- en werk-omgevingen niet kan oplossen - kan men er dus uiteindelijk ook niet goed mee leren.

Een kladblok erbij doet vaak wonderen. Hou dat idee even vast. Het idee achter een kladblok om iets op te schrijven, is een indicatie waar onze theorie op duidt. Het vasthouden van tijdelijke informatie.

Als er bij een lineaire film of bij tutoriale courseware of hypermedia een beeldpagina verschijnt, verdwijnt de voorliggende beeldpagina met inhoud - tekst of de uitkomst van een sommetje of wat dan ook - direct en in zijn geheel van het scherm. (De achtereenvolgende inhouden van beeldpagina's worden - hier - ook wel 'frames' genoemd.) Terughalen van informatie om te gebruiken of te vergelijken zal - i.v.m. iemands beperkte korte termijn geheugen - heel vaak een probleem zijn. Technisch trouwens ook. Dat laatste willen wij als educatieve software ontwerpers/onderzoekers - qua vormgeving en/of beeldscherm ontwerp - optimaliseren met als doel: mensen met een slecht korte termijn geheugen (en anderen) ter wille te zijn. Dit probleem treedt ook op bij hypermedia: dat (web-)pagina's verdwijnen als andere (web-)pagina's verschijnen; net als bij film en traditionele courseware c.q. electronische boeken.

Bij simulaties en virtuele werkelijkheden (dat wil zeggen interactieve manipuleerbare VR-modellen), die wij hier dan ook 'interactieve doe-omgevingen' of 'open leeromgevingen' of zelfs soms 'micro-werelden' noemen, speelt het verdwijnen van complete beeldscherminhouden in veel mindere mate een rol. Althans, daar is het verdwijnen van informatie veel partiëler en veel beter op te lossen. Daar is het probleem dat we eigenlijk hele grote beeldschermen willen en kunnen hebben om alles wat we nodig denken te hebben 'in zicht' te kunnen houden. Gelukkig hebben we bij dergelijke gecoachte ontdekomgevingen maar met 2 of 3 aparte 'frames', 'windows' of 'beeldpagina's' te maken. Het probleem is dan - conform de ideeen uit de PI-theorie - oplosbaar.

Wij kennen twee basisuitvoeringen van open krachtige doe-, werk- en leeromgevingen. U ziet ze hier. Wij houden steeds kerngedeeltes van onze software (frames- of windows-gewijs) parallel - naast elkaar - open waardoor alles 'in het zicht' blijft. Dat is onze basis-gedachte. Op de website die ik voor u heb samengesteld ziet u hiervan online dynamische voorbeelden. De meeste aanwezigen kennen mijn werk; wellicht nog niet deze nieuwste prototypes.

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

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

In de afgelopen tijd heb ik 3 experimenten met vrij veel proefpersonen gedaan, t.w.:

Daarbij heb ik vele collegiale gesprekken gehad en papers geschreven. De experimenten zijn zelf deels te vinden op Internet en de resultaten ook. Als u mij mailt kan ik hier meer over vertellen. Duidelijk is geworden dat het eigenlijk niet mogelijk is courseware of digitale leermiddelen te maken waar ieder persoon discreet goed mee kan werken. Visueel ingestelde personen; auditief ingestelde personen, inventief ingestelde personen; etc.; allemaal gedragen zij zich anders. De een wil altijd iets op kunnen schrijven de ander wil alles kunnen onthouden een ander is slordig zonder dat hij / zij zich dat bewust is en zit maar te switchen.

Nu kom ik - ten slotte - weer terug op mijn onderwerp: parallellisme. Ik heb dit zelf inmiddels ook toegepast op of in een artikel op internet over een onderwerp wat in deze sessie juist ook aan bod dient te komen: 'leren'; hoe te leren en welke invloeden spelen daarop in. Wij hebben namelijk een nieuw en gewaagd 'model van leren' (gebaseerd op ideeen van o.a. Atkinson) bedacht.

Het heeft een relatie met goed vormgegeven rijke leer-, werk- en doe-omgevingen. Als het technisch op al die niveaus goed is, dan verhoogt het product ongetwijfeld de motivatie van de leerling aangaande het onderwerp van studie tot verdere en verdergaande studie over het betreffende onderwerp.

Dit is een 'denkmodel' over leren; hoe kennis wordt geaccumuleerd in relatie tot de 'motivatie' van de leerling (1), 'intelligentie' van de leerling (2), 'studeerbaarheid' (van het vak) (en de stof) (3), de 'instructie' en het niveau van de stof (de 'target' of 'goal') (4) en tot slot een 'vergeetfactor' (5). Ik heb dit gemodelleerd en gesimuleerd. U kent het model zelf op internet online toetsen en testen. Ik noem dat paper daarover dan ook een 'interactieve scientific paper' ('IPS'). Het is 2e orde parallellisme in een leer-omgeving. Deze combinatie van wetenschappelijk paper en het online (parallel) kunnen testen van een hypothese is bij volgens mij uniek qua opzet en uitvoering. Dit is bij mijn weten nog nooit vertoond.

Inleiding en vraagstelling

In het onderwijs worden veel web-sites gebruikt. Soms luk-raak ontworpen en/of zonder goed design. Vele web-sites gaan echter mank aan een goed wetenschappelijk verantwoord design en zijn in het onderwijs niet zo maar goed te gebruiken: vaak alleen al omdat je er niet goed mee kunt werken en derhalve ook niet zomaar goed mee kan leren. Je komt als leerling vaak in de knoei met je (korte termijn) geheugen: bijvoorbeeld als je iets hebt opgezocht of hebt gedaan en datgene wat 'er uit komt', op een andere pagina, verderop op de site, weer wilt gebruiken of toepassen. Dan kun je je die uitkomst soms niet meer herinneren of niet meer reproduceren. Daardoor moet je weer terug naar een eerdere web-pagina en het opzoeken of de handeling weer overdoen, etc. Het concept van parallellisme en de PI theorie van Min (1994) biedt dan uitkomst. Dit probleem - van het gebrek aan parallellisme - komt in moderne hypermedia meer voor dan onderwijsgevenden en onderwijsmakers beseffen. Dat fenomeen, kwantitatief benaderd, komt in dit paper aan de orde. Het manco van PC's komt met name naar voren als ontwerpers door hun opdrachtgevers gedwongen worden om alle lesmaterialen electronisch en/of digitaal op te leveren. In dat soort gevallen is het nuttig rekening te houden met de mogelijkheden en de onmogelijkheden van computerbeeldschermen en hypermedia.

We hebben aan de Universiteit Twente en met name in onze vakgroep (afdeling) de afgelopen periode een kleine honderd verschillende soorten en formaten van prototypen op het web gemaakt; en hun effecten onderzocht. De recentste ontwerp-gerichte onderzoeken moeten niet los gezien worden van onderzoeken die we al vanaf 1985 met een kleine honderd verschillende prototypen op desktop computers, zoals Macintosh en SUN computers, hebben gedaan. De onderzoeksvariabelen waren steeds de nieuwe software technieken. In dit geval de web-technologie. De constantes in ons onderzoek waren steeds de wiskundige modellen, de opdrachten en de 'content'. De onderwerpen kwamen uit de medische, technische, biologische, chemische of de economie-hoek; of waren een bijzonder onderwerp uit de sociale wetenschappen.

Opzet van het onderzoek:

Ons onderzoek is zo opgezet dat we vijf verschillende soorten doe-, werk- en leer-situaties met veel parallellisme, naast identieke situaties met weinig parallellisme, met elkaar hebben vergeleken. Dit hebben we gedaan met secretaresses en collega's, in hun eigen vertrouwde werk-omgeving, maar ook in speciaal ontworpen en/of uitgezochte werk-, leer- en doe-omgevingen waarbij we onze eigen studenten als proefpersoon hebben gebruikt. Alle betrokkenen deden vrijwillig mee. De meeste proefpersonen wisten gedurende de onderzoek-sessies niet waar we speciaal op letten en ook niet waar we naar op zoek waren.

We onderscheiden - in al de verschijningsvormen van onze prototypen - fysiek twee soorten 'ruimten': de 'probleem-oplossings-ruimte' en de 'instructie-ruimte'. In de probleem-oplossingsruimte kan zich een simulatieprogramma, een VR-animatie of eenvoudigweg een tekstverwerker bevinden, waar men 'een probleem moet zien op te oplossen'. Daar moet iets 'gedaan' worden of gewoon 'gewerkt' kunnen worden. Onder de instructieruimte verstaan we (hier) een gebied op het beeldscherm, zoals een viewport of een window; of een vel papier of een boek of een koptelefoon, maar dan naast het beeldscherm. Het geheel van probleem-oplossings-ruimte en instructie-ruimte noemen we (hier) fysiek een 'doe'-, 'werk'- of 'leer'-omgeving. (Definities: zie elders.)

(Voorbeeld van een taak in een doe-omgeving.)

Bevindingen en voornaamste conclusies:

We hebben bij de hier beschreven, recente experimenten ontdekt dat print-faciliteiten en pen en papier - vanwege het parallellisme effect - essentieel zijn bij efficient leren en werken in computer-based omgevingen. We kende al andere knelpunten met beeldschermen en wisten er bepaalde oplossingen voor. (Zie elders; o.a. Min, 1992 & 1994; Benshoof & Hooper, 1993; Mousavi, Low & Sweller, 1995; Bly & Rosenberg, 1986; Min, 1999.) Sommige wetenschappers waren ook al soortgelijke problemen bij mulitmedia leren, zoals wij hadden gesignaleerd, op het spoor, zoals het 'Split Attention Effect' en de 'Cognitive Load Theory'. (Zie elders; o.a. Chandler & Sweller, 1996; Mayer & Moreno, 2000; Sweller, van Merrienboer & Paas, 2001). Het hier beschreven onderzoek interacteert met al deze onderzoeken.

Onze voorlopige eerste empirisch onderbouwde bevindingen (gebaseerd op persoonlijke waarnemingen in de loop der jaren als courseware/leermiddelen-onderzoeker en docent ontwerpvakken) zijn dat circa 20 tot 30 procent van de gemiddelde user een significant probleem lijkt te hebben, als hij/zij iets moeten onthouden bij het uitvoeren van een taak achter een beeldscherm. Dit treedt vooral op bij het gebruiken en onthouden van zinnen, woorden, getallen of opdrachten, die op het beeldscherm staan, maar verdwenen zijn, op het moment dat de gebruiker die informatie elders voor het (af)maken van de taak nodig heeft. Als de inrichting van de doe-, werk- of leer-omgeving conform de ideeen van parallellisme en de PI-theorie ontworpen zijn, scoren deze groep proefpersonen echter niet significant afwijkend t.o.v. het gemiddelde; anders wel. D.w.z. een goede leermiddelen-onderzoeker en/of -ontwerper, die rekening houdt met het verschijnsel dat bepaalde users alles in een omgeving in zicht ('in view' of 'pan-optimum') willen hebben, maakt betere leer-omgevingen. We ontdekten - terloops - hoe het (in onze optiek) komt dat een papierloos-kantoor maar (blijkbaar) niet geheel mogelijk is (en met name waarom). Onze eerste bevindingen, uit de hier beschreven pilot-studies, willen we, hier, graag met collega-onderzoekers bediscussiėren.

Voorbeeld van een werk- of doe-omgeving:

De kwestie in bovenstaande complexe, open werk-situatie is: hoe geef je hier instructies? We zien minstens 8 viewports. Hoe help je een user? Hoe kun je hier coachen? Hoe ga je hier bijvoorbeeld om met handleidingen?

BIJVOORBEELD - BIJVOORBEELD



Experiments (tasks)

Wij zullen vijf onderzoeken de revu laten passeren:

Zoals Min & Claessens vorig jaar op de ORD 2000 al rapporteerden (Min & Claessens, 2000), hebben we aan de Universiteit Twente een theorie ontwikkeld, de parallelle instructie theorie (de 'PI theorie'), die voor een aantal problemen met hypermedia een verklaring vanuit de cognitieve psychologie poogt te geven. Inmiddels hebben we een iets duidelijker beeld waarom de ene (open) leer-, werk- en/of doe-omgeving succesvoller is dan de andere. Het feit dat de ene open leer- of werk-omgeving succesvoller is (of beter gezegd efficienter) heeft volgens ons iets te maken met het feit dat een groot aantal mensen (wij denken aan een groep van 30 procent van de mensen) een beperkt korte termijn geheugen heeft of op een bepaalde manier lui is. De inrichter van een leer- of werk-plek dient, om een succesvol product te krijgen, bij zijn ontwerp daar dan ook rekening mee te houden. Momenteel toetsen wij onze hypotheses empirisch, in een breed opgezet onderzoek.

De rationale achter onze experimenten is de veronderstelling dat men met een leermiddel pas goed leren kan - en ook daadwerkelijk iets leert - als je er goed mee kunt werken en als alle interface-elementen het ook naar behoren doen . Er zijn - kortom - twee (opeenvolgende en waarschijnlijk in zekere zin absolute) voorwaarden verbonden aan een leeromgeving: je moet alles wat je wilt kunnen doen in de doe-omgeving; en lekker kunnen werken op een manier die de user wenst, dus de werk-omgeving moet ook 100 procent in orde zijn; ook en vooral in die volgorde en dan pas kan men veronderstellen dat er (pas) iets geleerd kan worden of wordt.

De hier aan de orde zijnde experimenten betreffen: twee experimenten op het gebied van iets kunnen doen (experiment 3, maar deels ook 1); drie op het gebied van kunnen werken (experiment 1, 2 en 4) en een op het gebied van iets kunnen leren (experiment 5) op de manier zoals wij die denken dat het gecoached ontdekkend leren gedaan kan worden.

Experiment 1

In het eerste experiment hebben we een veel voorkomende handeling bij leeromgevingen (gebaseerd op simulaties) zeer abstract - en ontdaan van alle details - uitgevoerd. Dit is geen leertaak, maar een doe-taak. Niet alleen is deze taak abstract, maar is de experimentele setting voor de proefpersonen teruggebracht tot een zeer eenvoudige werk-taak. De taak die de proefpersonen kregen uit te voeren was een serie getallen te laten opkomen, te bestuderen, te trachten dat getal te onthouden, en elders - in een bepaald veld op een formulier - te noteren. Wij hebben daarvoor bepaalde barrieres bij onze proefopstellingen opgeworpen. De proefpersonen mogen het kijken en noteren in meerdere keren doen. De proefleider geeft de instructie. Zie hieronder. Onder deze instructie ziet u een knopje waarop u kunt klikken en een voorbeeld (van een van de taken) kunt bekijken. Tevens ziet u daar een tweede knopje met een voorbeeld uit deze werkomgeving waar de opdrachten betrekking op hebben. We meten op een automatische manier de tijd die iemand er over doet om deze taak te maken en observeren het aantal malen dat de proefpersoon per opdracht op en neer scrolt (en loggen dat).

BIJVOORBEELD - - BIJVOORBEELD

Het aantal proefpersonen is tot op heden onder de tien gebleven. Bij alle experimenten hebben we met de hand de tijd opgenomen hoeveel het kost om taak 1, 2 resp. taak 3 te maken. Momenteel doen we dat met een log-systeem waarbij de gemeten tijden naar de onderzoeks-leider worden gemaild. In eerste instantie bleek dat tussen de 20 tot 30 % van de proefpersonen het gedrag vertoonden waar we op zoek naar waren.

Wat we zochten staat elders beschreven, maar komt neer op het fenomeen dat een minderheid van de gebruikers van software, problemen hebben met het onthouden van een opdracht, of het onthouden van een resultaat, indien ze gedwongen worden die informatie ook daadwerkelijk te gebruiken. (Zie screendump en runable voorbeeld; verderop.)

Experiment 2

In het tweede experiment hebben we dezelfde taken en opdrachten gekozen als in experiment 1. Dit is ook geen leertaak, maar een doe-taak. De instructie staat evenwel niet parallel, op papier, maar is geheel geintegreerd in de electronische (digitale) proef-omgeving. (Dus als het ware meer 'lineair', i.p.v. parallel.) De instructie ziet er bijna hetzelfde als in experiment 1 uit; en wel als volgt:

Het aantal proefpersonen is tot op heden beperkt gebleven. We kunnen er nog niet over rapporteren. Er wordt namelijk nog aan de opstelling gewerkt. (Zie screendump en runable voorbeeld; verderop.)

Experiment 3

In het derde experiment hebben we voor een veel voorkomende dagelijkse taak van een secretaresse gekozen. Dit is geen leertaak, maar een werk-taak. De taak die de proefpersonen kregen uit te voeren was een bestand van een floppy copieren naar een plekje op hun eigen harde schijf, op hun eigen computer, op hun eigen werkplek. Een deel van de taak ziet u hier:

Het aantal proefpersonen is tot op heden onder de tien gebleven. De C-schijf, de naam van de file 'x.doc' en de map 'temp' zijn hier vrij willekeurig gekozen. (Zie screendump en runable voorbeeld; verderop.)

Experiment 4

In het vierde experiment hebben we voor een veel voorkomende dagelijkse taak van een secretaresse gekozen. Dit is geen leertaak, maar een werk-taak. De taak die de proefpersonen kregen uit te voeren was een samenvatting te maken van een stuk tekst. De tekst was in Netscape, gesitueerd op het beeldscherm. De samenvatting moest gemaakt worden in een normaal ook te gebruiken tekstverwerker: hier 'Word'. Een deel van de taak ziet u hier:

Het aantal proefpersonen is tot op heden onder de tien gebleven. De website en de tekst was in principe willekeurig gekozen. De alinea's waren geselecteerd op de veronderstelling dat de tekst makkelijk was samen te vatten in twee of drie korte zinnen. Er werd - door ons - verondersteld dat er minstens twee of drie keer geswitcht zou moeten worden van de tekstverwerker naar de openstaande tekst in Netscape om een goede en correcte samenvatting te krijgen. (Zie screendump en runable voorbeeld; verderop.)

Experiment 5

In het vijfde experiment hebben we voor een echte, goede simulatie gekozen. Dit was weliswaar een leertaak, maar had als introductie in eerste instantie - en zeker bij dit experiment - meer het karakter van een werktaak. De taak die de proefpersonen kregen uit te voeren was voor een deel een soort observatietaak, een doe/werk-taak en niet zo zeer een leeropdracht. Een deel van de taak / opdracht ziet u hier:

De gesimuleerde microwereld - ZONNEBOILER - die we bij dit experiment gebruiken, is hier vrij willekeurig gekozen uit een groot aantal simulatieprogramma's dat we op de plank hebben liggen. Deze gesimuleerde zonneboiler was toevallig klaar en heel geschikt voor dit experiment. Een aantal studenten hadden er recent nog aan gewerkt en hebben toen - in het kader van het keuzevak "Computersimulatie als Leermiddel" - de uitvoering, de opdrachten en de casuistiek redelijk goed op elkaar afgestemd. (Zie screendump en runable voorbeeld; verderop.)


De beschrijvingen van de vijf experimenten

De vijf experimenten zijn:
Wij beschrijven hier van de vijf experimenten resp. de methode, de 'werkomgeving', de 'instructies' en de resultaten.

Experiment 1

Methode

Werkomgeving


Proefpersonen moeten getallen (onderin op de webpagina) aflezen, onthouden en (bovenin de website) noteren.

De instructieomgeving

Een voorbeeld van een opdracht:

Resultaten

Experiment 2

Methode

De werkomgeving


Proefpersonen moeten getallen (ergens op de webpagina) aflezen, onthouden en (elders in de website) noteren. De instructie is verweven in de taak.

Resultaten

Experiment 3

Methode

De werkomgeving


Een proefpersoon (pp 3) opende met internet explorer zowel het floppy 'A', alsmede de map 'temp' op schijf 'C'.

Resultaten

Experiment 4

Methode

De werkomgeving


Proefpersonen moeten stukken tekst uit een bepaald window van een applicatie ('Netscape') van een bepaald artikel samenvatten en elders in een andere window van een andere applicatie ('Word') kort en bondig samenvatten en noteren. (Hier pp 0.)

Resultaten

Experiment 5

Methode

De leeromgeving


Een experimentele leeromgeving BOILER: een leeromgeving gebaseerd op een model-driven simuatieprogramma met parallel daaraan enkele instructie-elementen: hier een opdracht en een schema. Deze 'a-synchronious', 'multi windowing', 'learning environment' 'based on model-driven simulation' heeft drie belangrijke onderdelen: (1) de 'simulator' (linksboven), (2) een illustratief, conceptueel schema van de zonneboiler (als instructie) (linksbeneden), en (3) de eigenlijke instructie (de opdracht) (rechts) (De Rijke, Sikken, de Goeijen en Min; diverse versies in de periode 1996 - 2001).

Resultaten

Conclusies




BIJLAGEN

De PI theorie en parallelisme

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.

1e orde parallellisme:


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

2e orde parallellisme:

Version 1:

Version 2:

Version 1: in the middle: the home-base (the instruction); right: open doing environment (movable).
Version 2: in the middle: the home-base (with the open doing environment); right: the instruction (moveble)

(een voorbeeld - met windows)

Meer over parallellisme
(vanuit de verschijnselen):

Klik hier.

Meer over de PI theorie
(vanuit de psychologie):

Klik hier.

Foto's aangaande het verschijnsel parallellisme
(uit dagelijks leven):

Klik hier

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 werkomgeving 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.

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 twee 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 leer-, werk- of doe-omgeving moet ontwerpen en vormgeven DAN moet men alles in het werk stellen dat alle losse onderdelen, zowel de instructie-onderdelen (de 'instructie-ruimte'), alsmede de open delen (de 'probleem-oplossings-ruimte'), als het ware voor het oprapen of minimaal in het zicht (voor het grijpen) 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 software product in de praktijk niet succesvol zal zijn.


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 werk-, leer- en doe-omgevingen te maken heeft met:




P.S.

Wat zijn doe-, werk- en leeromgevingen?

We zullen de definities van deze drie omgevingen, aangaande de verschillen in verschijningsvormen, inleiden met een redenatie. De redenatie loopt als volgt:

Goede 'leer-omgevingen' zijn altijd ook goede 'werk-omgevingen' (als er niet gewerkt kan worden kan er uberhaupt niet goed geleerd worden) en het zijn derhalve ook goede 'doe-omgevingen' (want als dingen niet gedaan kunnen worden kan er uberhaupt niet gewerkt worden; laat staan dat er dan goed geleerd kan worden).

Dus: iets (kunnen) doen is de voorwaarde voor het (kunnen) werken en dat is de voorwaarde voor het (kunnen) leren.

Verder onderscheid ik in bijna elke doe-, werk- en/of leer-omgevingen (minstens) (altijd?) twee onderdelen die ik als volgt heb gedefinieerd:

Wat is parallellisme?

Parallellisme (in omgevingen met betrekking tot mens-machine interactie) is alles wat op de mens tergelijkertijd afkomt.

(Dus: zien, horen, ruiken en voelen, dwz. visueel, tekstueel, geluid, spraak tot en met reuk en motorische beweging, etc.)

Extra discussie-punt


Interactieve simulaties en interactieve VR-animaties zijn geen instructie-middelen maar leermiddelen ('open ontdekomgevingen' - zo u wilt - al dan niet met 'coaching' of 'instructie'). Dit soort 'open' leermiddelen verhogen de motivatie van de leerling om (soms saaie) vervolg-leertrajecten in te gaan. Om diè discussie met instructietechnologen goed te voeren heeft Min een concept-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:

(niet aanwezig)

Referenties

Ainsworth, S. (1999).
The functions of multiple representations. Computers and Education, 33, 131-152.

Benshoof, L.A., en S. Hooper (1993)
The effectes of single- and multiple-Window Presentation on Archievements During Computer-Based Instruction'. J. of Comp. Based Inst. vol. 20, no. 4, p. 113-117.

Barfield, L. (1994)
Learning about user userinterfaces for learning; science, art of craft? Interact, vol. 1, no. 4, 8-10.

Baddely, A. D. (1992, January 31)
Working Memory. Science, 225, 556-559.

Baddeley, A. D. (1993).
Human Memory: Theory and practice. Cambridge: Lawrence Erlbaum Assiosates.

Bly, S. A., & Rosenberg, J. K. (1986)
A comparison of tiled and overlapping windows. Proceedings of the CHI 86, human factors in computing systems conference, 101-106. New York: Assiociation for computing machinery.

Cohen, S., Ward, L. M., Enns, J. T. (1994)
Sensation and perception. Florida: Harcourt Brace College Publishers.

Cohen, R. L. (1981)
On the generality of some memory laws. Scandinavian journal of psychology, 22, 267-281.

Chandler, P., and Sweller, J. (1996)
Cognitive Load while learning to use a computer program. Appl. Cogn. Psychol. 10: 151-170.

Chi, M. T. H. (1978)
Knowledge structures and memory development. In R. S. Siegler (Ed.), Children's thinking: What develops?, 73-96. Hillsdale, NJ: Erlbaum.

Cleassens, F.F.M., F.B.M. Min & J. Moonen (2000)
The use of virtual objects in multimedia for training procedural skills; a theoretical foundation (short paper on the web) In: proceedings IWALT, Intern. Workshop Adv. Learning Technology, IEEE Learning Technolology Task Force (4-6 dec 2000 Palmerston North, New Zealand) p. 229-230. IEEE Computer Society, Los Alamitos, PR00653; ISBN 0-7695-0653-4 (Eds. Kinshuk, C. Jesskope & T. Okamoto)

Claessens, F.F.M. (1999)
The effect of different ICT-designs on learning specific tasks. First year report of PhD study; period: jan. - oct. 1999; 127 pages (promotor J. Moonen; co-promotor/projectleider R. Min)

Elbro, C. and J. Christoffersen (1988)
Reading in a moving text-window: differences between fast and slow adult readers. Univ. of Copenhagen. Paper in bezit van indieners.

Mayer, R. E. and R. Moreno (2000)
A split attention Effect in multimedia Learning: Evidence for Dual Processing Systems in Working Memory. J. of Educ. Psych., Vol. 90, no. 2, p. 312-320.

Min, F.B.M., and M. Claessens (2000)
Theoretische en empirische onderbouwing voor het inrichten van rijke doe-, werk- en leer-omgevingen. In: Proceedings Onderwijs Research Dagen, ORD 2000, Universiteit Leiden. (abstract + sheets op internet) p. 358-359. ISBN 90-804722-2-0.

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.

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

Min, F.B.M., P. Kommers, H. Vos and C. van Dijkum (2000)
A Concept Model for Learning; An attempt to define a proper relations scheme between instruction and learning and to establish the dynamics of learning in relation to motivation, intelligence and study-ability ('studeerbaarheid'). J. of Interactive Learning Research (formerly the J. of Artificial Intelligence in Education), Vol. 11, no. 3/4, 2000, p. 485-506.

Mousavi, S., Low, R., & Sweller, J. (1995)
Reducing cognitive load by mixing auditory and visual presentation modes. Journal of Educational Psychology, Vol. 87, p. 319-334.

Oliver, R. (1994)
Proof-reading on paper and screens: The influence of practice and experience on performance. J. of Comp. Based Instr., Vol. 20, no. 4. (118-123).

Schneider, W. and Shiffrin, R.M. (1977)
Controlled and automatic human information processing: I. Detection, search, and attention. Psychological Review, 84, p. 1-66.

Shiffrin, R. M. and Schneider, W. (1977)
Controlled and automatic human information processing: II. Perceptual Learning, automatic attending, and a general theory. Psychological Review, 84, p. 127-190.

Sweller, J., van Merrienboer, J. J. G., and Paas, F. G. W. C. (2001)
Cognitive Architecture and Instructional Design. Educational Psychological Review, Vol. 10, No. 3, p. 251-296.


Enschede, 22 june 2001