MULTIMEDIALE LEERMIDDELEN --- LOS TEKSTFRAGMENT

Het CD-ROM project; een CD-ROM vol met verschillende simulatieprogramma's

Dit project, dit onderzoek en dit artikel zijn oorspronkelijk in 1993 uitgevoerd en beschreven door Wytze Koopal en rond 1997 aangepast door Rik Min. Het vwas van oorsprong een vooronderzoek behorende bij het uiteindelijke afstudeerproject van Wytze Koopal. De oorspronkelijke titel luidde: 'Het voorontwerp en een voorbeschouwing voor het uitgeven van een CD-ROM met simulatieprogrammatuur conform de 'PI theorie' voor leeromgevingen voor simulatie' met als sub-titel 'Achtergronden bij het CD-ROM-project'. Het is uiteindelijk in 2020 ontdaan van - nu - irrelevante beschouwingen over Macintosh, windowing en CD.ROMs zonder de oorspronkelijke projectdoelstellingen - "produceer een CD.ROM als internationaal PR-product voor MacTHESIS-software gebaseerd op de PI-theorie" - geweld aan te doen. De voorliggende tekst gaat voornamelijk over een aantal producten van simulatie-applicaties waarmee we een CD-ROM hebben ontwikkeld voor een Macintosh-computer. De producten die als prototype - en dus met allerlei verschillende kenmerken - in de projectgroep van de vakgroep Onderwijskundige Instrumentatietechnologie (ISM) zijn ontwikkeld, zijn door Wytze Koopal in dit CD-ROM-project dan ook minitieus afgewogen en beoordeeld op hun uiterlijke kenmerken.

De inhoud van dit project was: het inventariseren van ontwerp overwegingen bij simulatie applicaties; het zoeken naar prototypische voorbeelden; het toetsen van de MacTHESIS filosofie voor het inrichten van voor leren geschikte leeromgevingen; het toetsen van de bijbehorende 'PITS ontwerpmethode'; het toetsen van het 'parallellisme concept' en de ideeen achter 'de PI-theorie van Min'.

      In augustus 1993 is er op basis van onderzoek bij de Universiteit Twente onder de titel 'Simulaties: experimentele producten voor simulatie en parallelle instructie'; een CD.ROM uitgebracht met 11 Engelstalige en een groot aantal andere, Nederlandstalige computersimulatieprogramma's. De zoektocht daar naar is hier beschreven. Naast educatieve interatieve dynamische simulaties staan er op deze CD-ROM ook zeer veel anders-soortige producten (zoals model-driven animaties, video-fragmenten, muziek, geluiden, stacks, teksten, etc.). De meeste producten zijn zijn het resultaat van ontwikkelwerk in voorgaande jaren dat nodig was voor onderzoek naar nuttige instrumentatietechnologisch ontwerpvariabelen.

Op deze CD.ROM zijn alleen al om die reden een grote verscheidenheid aan soorten programma's terecht gekomen. Elke ontwerpvariabele die maar enigszins betekenis kon hebben, voor ons onderzoek, heeft zijn representant in een bepaalde versie. Er staan drie catagorieën producten op de CD.ROM:

• prototypes: model-driven simulaties, animaties en instructies
• simulatiesystemen: o.a. het gehele MacTHESIS systeem
• achtergrondmaterialen: artikelen, manuals, figuren, etc.

De simulatieprogramma's zijn gebouwd rondom wiskundige modellen van Amerikaanse, Japanse, Russische, Duitse en Nederlandse oorsprong. De simulatieprogramma's behandelen uiteenlopende onderwerpen zoals fabrieksprocessen, processen in het menselijk lichaam, biologische systemen, de Nederlandse economie, populatie dynamica of ecologie en geven de mogelijkheid aan een gebruiker, leering of student om met deze gesimuleerde installaties te experimenteren.

De simulatieprogramma's zijn allemaal verschillend van opzet. Er zijn simulatie-omgevingen met een eenvoudige instructie methode en met uitgebreide instructie. Er zijn simulaties die een bepaalde mate van "intelligente" feedback (teksten, zowel als video fragmenten) genereren. Ook zijn er simulatieprogramma's die uitsluitend de animatieweergavevorm mee hebben gekregen.

Onze CD.ROM (1996)

Het is voor het eerst dat een dergelijk scala verschillende vormgegeven soorten educatieve simulatieprogramma's aan het onderwijs, en aan leraren en docenten, wordt aangeboden, inclusief instructie-voorstellen. De filosofie die er achter zit, is na een lange periode van onderzoek en voorbereiding ontstaan. Er is een poging gedaan de gevonden wetmatigheden, zoals bijvoorbeeld het niet begrijpen van de opdrachten, het vergeten van de opdrachten, het niet goed lezen en het niet goed kijken omdat bepaalde informatie steeds verdwijnt, in een theoretisch kader te plaatsen.

De simulaties kenmerken zich bijna allemaal door hun eenvoud in bediening en door een sterke visualisatie. De simulaties kunnen op een groot aantal verschillende manieren worden gebruikt: werken met opdrachten, werken met casussen, etc. Het nut van parallelle instructie als concept is pas zeer laat ontdekt en is als bewuste ontwerp-variabele iets geheel nieuws op het gebied. Ook het a-synchrone karakter - van een los instructieprogramma en een los simulatieprogramma, die toch volledig samengaan - is iets nieuws. (Koopal 1993)

De komst van multi-windowing systemen (van Macintosh van Steve Jobs en Windows van Bill Gates) maken het mogelijk dat de ideeën van onze projectgroep rond 1990 ook in kleur konden worden uitgevoerd. Daarvoor in het tijdperk van ms.dos en de Apple II kon dat niet.

De bureaublad/werkplek metafoor

Leren is doen; en al werkende iets doen is leren

Een student bewandelt vreemde paden als hij/zij aan het leren of studeren is. Het werken binnen vastomlijnde kaders of leren in een volgorde die een docent heeft bepaald, of een computer aangeeft, wordt praktisch door niemand gevolgd. Theoretische methoden van leren zijn niet bepaald voor iedereen geschikt. Juist electronische leermiddelen moeten studenten vrijheid geven die ze nodig vinden. Op de CD.ROM zijn ook traditionele instructie materialen opgenomen. De gebruiker kan dan zelf vergelijken.

Het bestaande simulatiemateriaal

Inventarisatie

In tabel 1 vindt u de verschillende modellen met het aantal programma's dat daarmee ontwikkeld is. Tevens wordt in deze tabel aangegeven met welke versie van het MacTHESIS systeem de in de inventarisatie betrokken programma's ontwikkeld zijn.

Zo'n 45 % van de programma's is gemaakt met MacTHESIS versie 3, maar ook met MacTHESIS versie 4 zijn een aanzienlijk aantal simulaties geproduceerd. Het onderscheid tussen tussen de verschillende MacTHESIS versies zal hieronder besproken worden.

MacTHESIS versie 2 is als ontwerpsysteem gebruikt op de Macintosh Lisa computer. De ontwikkelde programma's konden gebruikt worden op de 'kleine' Macintosh 512 of Macintosh Plus computers. Het MacTHESIS ontwerpsysteem kon echter niet gebruikt worden op deze computers met relatief weinig geheugen (zie ook Min, 1987, practicumhandleiding, pp. 179-184). Dit hield dus in dat de ontwerpomgeving op een andere machine geimplementeerd was dan de veranderomgeving en de leeromgeving.

Al vrij snel werd deze situatie achterhaald door de technische ontwikkelingen. De Macintosh II computer werd uitgebracht en vanaf dat moment was er geen aparte en weinig gebruiksvriendelijke ontwikkelmachine meer nodig. De ontwerp-, verander- en leeromgeving waren nu op een machine geimplementeerd.

MacTHESIS versie 3 had in de 'shells' nog allerlei procedures die de 'shells' onnodig groot maakten. Deze zijn in MacTHESIS versie 4 en 5 overgebracht naar de SIMLIB-libraries. Met MacTHESIS versie 5 is het mogelijk geworden om QuickTime video-fragmenten te gebruiken. Alleen het programma Stremmen maakt daar tot nu toe gebruik van.

Selectie van simulatiemateriaal

• op visuele aantrekkelijkheid (subjectief gescoord door afstudeerder)
• op aanwezigheid werkende casussen
• op de MacTHESIS versie (zie 5.1)
• op aanwezigheid source files (belangrijk als er (her)ontworpen moet worden)
• op de modelmaker
• op de programmamaker
• op de aanwezigheid van (goed) begeleidend materiaal (d.w.z. zijn er een docentenhandleiding, een studentenhandleiding, werkbladen en opdrachten en in welke vorm dan ook)
• op de gebruikte taal in de MacTHESIS applicatie (d.w.z. Nederlands of Engels).

Elk programma is met deze lijst geclassificeerd.

Een aantal classificatie-criteria zijn gebruikt als eerste selectie-criteria. Dit waren de aspecten bomgevoeligheid en visuele aantrekkelijkheid.

Veertien programma's vertoonden een grote bomgevoeligheid, dat wil zeggen dat bij normaal gebruik er een systeemfout optrad en de computer opnieuw opgestart moest worden. De (programma's op basis van de) modellen Biljart, Enzym en Gay-Lussac zijn op basis van dit criterium helemaal afgevallen (zie bijlage 1). Het programma met het VIJVER model is op instigatie van de afstudeerbegeleider niet afgevallen, ondanks de grote bomgevoeligheid. Er bleven nog 62 programma's over.

De afstudeerder heeft op het criterium visuele aantrekkelijkheid alle programma's gescoord van 1 (zeer onaantrekkelijk) tot 5 (zeer aantrekkelijk). De programma's met de scores 1, 2 of 3 kwamen in aanmerking om af te laten vallen voor publicatie op de CD-ROM. Het Bal-model, het Biologie-model, het Ecologie-model en het Reeksen model zijn door dit criterium afgevallen (zie bijlage 2). Ook het Cellen-model was in principe afgevallen, maar de afstudeerbegeleider heeft zich sterk gemaakt om het toch verder mee te laten draaien (zowel een Nederlandse als Engelse versie). Er waren nu nog 36 programma's over, gebaseerd op 16 modellen.

Na deze eerste selectie zijn er een aantal additionele criteria vastgelegd. Deze benaderen de selectie vanuit het oogpunt van de eisen die gesteld worden aan de te ontwerpen CD-ROM.

Een eerste additioneel criterium was als een eis geformuleerd: er mochten niet meer modellen afvallen na deze eerste selectie. De zestien verschillende modellen moesten worden gehandhaafd.

Een tweede additioneel criterium hield in dat de verschillende MacTHESIS versies zoveel mogelijk op de CD-ROM vertegenwoordigt moesten zijn. Programma's ontwikkeld met MacTHESIS versie 2 mochten echter afvallen: dat vanwege het feit dat deze versie achterhaald was. Er waren nog 35 programma's over.

Een derde additioneel criterium bestond eruit dat het niet zinvol werd gevonden om meer dan twee verschillende programma's per model op de CD-ROM te publiceren. Verder moest er rekening mee worden gehouden dat de CD-ROM tweetalig zou zijn (Engels en Nederlands).

Dit laatste criterium heeft als gevolg dat van een enkel model maximaal vier programma's op de CD-ROM aanwezig zullen zijn: een Nederlandse en Engelse versie van ontwerper A en een Nederlandse en Engelse versie van ontwerper B. Daarbij is altijd uitgegaan van een bestaand programma, zodat maximaal drie programma's per model helemaal opnieuw geprogrammeerd hoefden te worden.

Hiermee komen we op het criterium taal. De bestaande programma's waren in het merendeel van de gevallen in het Nederlands. Drie programma's waren oorspronkelijk in het Engels: een enkel met het Cellen model, een enkel met het CHEMIE model en een enkel met het PEKEL model. Van deze programma's is gesteld dat ze alle drie gehandhaafd moesten worden. Op basis van deze programma's kon een Nederlandse versie ontwikkeld worden. Voor het Cellen en het CHEMIE model goldt dat er al Nederlandse versie beschikbaar waren. Deze werden dus ook gehandhaafd.

Van het CHEMIE model is op basis van bovenstaande een ander (Nederlandstalig) programma afgevallen, evenals de andere twee programma's met het PEKEL model (van de AKZO zoutfabriek). Er waren op dit moment nog 32 programma's over.

Met de afstudeerbegeleider, als inhoudsdeskundige, zijn deze 32 programma's geanalyseerd. De overige drie classificatie-criteria (zoals de aanwezigheid van goede casussen, de aanwezigheid van begeleidend materiaal) en de inbreng van de afstudeerbegeleider zijn hierbij gebruikt om tot de definitieve selectie van programma's te komen. Meest belangrijk bij deze selectie is geweest het feit of het model op de juiste manier in het programma geimplementeerd was.

Uiteindelijk is er een selectie ontstaan van 19 programma's gebaseerd op 17 modellen. Hierbij kan aangetekend worden dat van een aantal programma's (van dezelfde ontwerper) zowel een Nederlandstalige als een Engelstalige versie reeds aanwezig was. Uit de tabellen blijkt dat er betrekkelijk weinig programma's in het Engels aanwezig zijn. Op een bepaald moment is besloten om in ieder geval ook in het Engels te publiceren.

Er is in tabel 2 uiteindelijk sprake van een definitieve lijst. Dat zijn ook programma's die er nog niet waren in het begin van het project. Het (her)ontwerp van deze programma's is in de ontwerpfase als eerste ter hand genomen.

Om de overgebleven simulatieprogramma's te karakteriseren is gebruik gemaakt van de eerder genoemde vrijheidsgraden. Hieronder volgt een aantal visueel weergegeven profielen van typische voorbeelden van MacTHESIS software. Daarbij wordt ook al iets vooruit gelopen op de volgende paragraaf omdat een vrijheidsgraad betrekking heeft op instructie- en coachingsmateriaal.

De profielen geven het profiel van programma's op het moment van vooronderzoek. Later in de tijd kan een profiel compleet veranderd zijn.

Een van de classificatiecriteria voor het simulatiemateriaal was de aan/afwezigheid van bestaand instructie- en coachingsmateriaal. Daar worden leerlingenhandleiding, docenthandleiding en werkbladen onder verstaan. Het overgrote gedeelte van dit materiaal was in het Nederlands en op papier.

In tabel 3 wordt aangegeven wat voor instructie- en coachingsmateriaal en in welke vorm er aangetroffen is voor de in tabel 2 genoemde programma's. Voor een aantal in tabel 2 genoemde programma's geldt dat de simulatieprogramma's zelf nog niet eens bestonden (zoals hiervoor ook al betoogd is), laat staan het instructie- en coachingsmateriaal. Deze programma's zijn gemerkt met een sterretje (*).

Op deze inventarisatie is in dit stadium verder geen selectie toegepast. In de ontwerpfase van dit project is met dit materaal verder gewerkt. Bij de selectie van materiaal geschikt voor publicatie op CD-ROM is van het begin af aan uitgegaan van geschikt bestaand simulatiemateriaal. En waarbij speciaal voor de CD.ROM aanpassingen bij hebben plaatsgevonden

Er is na lang beraad vastgesteld wat er op de CD-ROM, naast de simulaties en daarbij horend instructie- en coachingsmateriaal, gepubliceerd moest gaan worden. Dit is in nauwe samenspraak gebeurd met de afstudeerbegeleider. Dit materiaal wordt hier voor de volledigheid genoemd. Door afstudeerder is hier verder niet mee gewerkt. In samenspraak met de afstudeerbegeleider is hier door derden aan gewerkt.

Het belangrijkste onderdeel van het bestaande overige materiaal is zonder twijfel het MacTHESIS systeem. Als dit niet op de beoogde CD-ROM gepubliceerd zou worden, zou de CD-ROM eigenlijk niet af zijn. Om de MacTHESIS filosofie, PITS-ontwerpmethode en de Parallel Instruction Theory breder bekend te maken is het niet meer dan vanzelfsprekend om het ontwerpsysteem zelf ook beschikbaar te stellen. De eindgebruiker van de CD-ROM kan dan ook zelf educatieve simulatieprogramma's ontwerpen en ontwikkelen. Zoals in xxx beschreven is, bestaat het systeem uit het statische onderdeel, het dynamische onderdeel en de procedure-bibliotheken. Deze drie onderdelen zouden alledrie op de CD-ROM gepubliceerd worden.

Een tweede, niet onbelangrijk, onderdeel van het overig materiaal was de gebruikershandleiding van het MacTHESIS systeem. Dit is als tekst-document beschikbaar gesteld worden op de CD-ROM. Dit materiaal dient ter ondersteuning van de onderwijskundig ontwerper. Beschikbaarstelling is belangrijk in het licht van de eerste doelstelling van deze opdracht om anderen in kennis te stellen van de mogelijkheden en eigenschappen van het MacTHESIS systeem. Zonder handleiding zal een ontwerper niet zomaar met het MacTHESIS systeem een eigen simulatie maken. Publicatie van dit materiaal is dus absoluut noodzakelijk.

Een derde onderdeel van het overig materiaal bestaat uit twee animaties en de bijbehorende procedure-bibliotheken. Aan dit materiaal is door de afstudeerbegeleider en derden gewerkt.

Een ander onderdeel van het overig materiaal betrof de tekst van een boek over educatieve computersimulatie (Min, 1993). Deze tekst zou integraal op de CD-ROM beschikbaar gesteld moeten worden. De verantwoordelijkheid voor dit materiaal lag bij de afstudeerbegeleider. Dit onderdeel is Engelstalig.

Een laatste onderdeel was een eenvoudige, maar duidelijk inleiding in de MacTHESIS filosofie. In wezen is dat de tekst zoals de lezer die ook in dit verslag kan vinden. Als publicatievorm is hiervoor een interactief computerboek met hypertext-kenmerken gekozen. De naam 'MacTHESIS Coach' is hiervoor gekozen. Dit computerboek is ontworpen en ontwikkeld door een student-assistent. Dit onderdeel is Engelstalig.

Er werd voorzien dat er in de loop van het project meer materiaal beschikbaar zou komen dat in aanmerking zou komen voor publicatie op de CD-ROM.

Een CD-ROM als verspreidingsmedium (en als PR-materiaal voor ons simulatie-project)

Hieronder - het was toen 1993 - is een verantwoording gegeven voor deze keuze. Een alternatief voor een CD-ROM zouden toen een groot aantal diskettes kunnen zijn. Minstens 30 stuks. Diskettes werden echter niet gezien als meest ideale verspreidingsmiddel. Een belangrijke reden hiervoor is dat het om grote hoeveelheden software gaat. Een CD-ROM is veel handzamer dan een hele verzameling diskettes. Verder is een CD-ROM 'read only'. Dat wil zeggen dat 'ie niet per ongeluk gewist kan worden, zoals bij diskettes wel kan gebeuren. Een CD-ROM is bovendien veel ongevoeliger voor vuil en stof. Een grote harde schijf werd ook overwogen. Voordeel van een drager (zoals de CD-ROM of een losse harde schijf) voor alle software is dat er op de gekozen drager een handzame, vaste en gebruiksvriendelijke indeling gemaakt moest worden om de software overzichtelijk te houden. Logisch was toen een CD-ROM te verkiezen boven een harde schijf. Bij een harde schijf is per ongeluk wissen juist zo vervelend. Een losse lege harde schijf kost bovendien veel. En dan moet er ook nog allerlei software op gekopieerd worden.

Ook de kosten voor het 'persen' van een CD-ROM waren - anno 1993 - vrij hoog, maar de aanmaakkosten van bijvoorbeeld 50 diskettes (het aantal dat zeker nodig is om alle software van de CD-ROM te bevatten) waren waarschijnlijk weinig minder. Hoe meer diskettes, hoe voordeliger een CD-ROM in verhouding hiermee zou zijn.

Aan de eisen van representativiteit en diversiteit kon - toentertijd - voldaan worden door programma's gemaakt met al de verschillende versies van MacTHESIS op de CD-ROM te publiceren. De diversiteit zou tot uiting gebracht kunnen worden door het publiceren van meerdere programma's gebaseerd op het zelfde model, maar met verschillende ontwerpers en de verschillende systemen die we hadden ontwikkeld. Dit werd in dit project toentertijd allemaal meegenomen. Door de projectgroep is veel aandacht besteed aan het bijbehorende boekje dat in het plasic doosje moet worden gestoken. Ook werd uiteindelijk gekozen voor Engelstaligheid. Het boekje is ook uiteindelijk in het Engels gesteld. We kozen dus voor het produceren van een CD-ROM om de software en bijbehorende filosofie en theorie te verspreiden. Als leverancier kozen we een kleine startende ondernemer in Eindhoven.

De laaste pagina van het bijbehorende boekje dat zat ingeschoven in het doosje van CD.ROM; de inhoudsopgave.

Conclusies, Discussie en Implementatie-aspecten

Het is moeilijk om hier in termen van de beide doelstellingen van dit project te praten. Hieronder volgen de twee doelstellingen benaderd vanuit implementatie-oogpunt.

Doelstelling 1 behaald?

Doelstelling 2 behaald?

• het nut van MacTHESIS software in het algemeen
• de vormgeving van MacTHESIS software
• de mogelijkheden van parallele instructie met MacTHESIS software
• het nut van het Macintosh besturingssysteem hierbij
• de PI-theorie
• de PITS-ontwerpmethode
• de model-driven video-feedback bij de simulaties
• de MacTHESIS filosofie waarmee alles begonnen is.

Hier hebben we op een redelijke manier aan kunnen voldoen. Een groot aantal CD-ROMs hebben hun weg gevonden. Anno 1996 zijn er een kleine vijftig stuks over de hele wereld verkocht en/of voor promotiedoeleinden weggegeven. De CD-ROM is ook voor het onderwijs binnen de faculteit gebruikt en de inhoud ervan staat momenteel grotendeels ook op het WEB. Vier programma's zijn ook daadwerkelijk te down-loaden en te runnen.

De advertentie in de internationale editie van het tijdschrif 'Byte' (in maart 1996) leverde de projectgroep 400 interessante reacties.

De advertentie in Byte.

Enschede, 1995; updated: 1996, 1998 en 2002. Gerestaureerd in 2020.