Het Vak: Computersimulatie als leermiddel
Dit jaar met medewerking van Ben Reimerink (dd 24 nov. 1997 afgesloten)
INHOUD:
Enschede, 25 november 1997
ALGEMEEN
Vooraf
Het vak 'Computersimulatie als leermiddel' is een keuzevak in de D2-fase van Toegepaste Onderwijskunde. Het is een voor TO, en met name voor de vakgroep ISM, zeer karakteristiek ontwerp-vak. Het vak omvat 10 hoorcolleges (van 2 x 50 min) en 10 practicummiddagen (van 2 x 100 min). De colleges behandelen de achterliggende theorieen, wetmatigheden, methoden en technieken van computersimulatie in het onderwijs, bij trainingen en opleidingen. Studenten leren een interactief model-driven, multimediaal,dynamisch online leermiddel te ontwerpen en te ontwikkelen, incl. bijpassende opdrachten en instructiemateriaal.
Nieuwe start in september 1997 (studiejaar 97/98)
Dit jaar zijn er bij het keuzevak 'Computersimulatie als leermiddel' (193510) twee gastdocenten geintroduceerd. Dr. Hilbert Kuiper van het fysisch elektronisch laboratorium van TNO (FEL) te Den Haag en Dr. Ton de Jong, projectleider van de Europeese SMISLE en SERVIVE projecten, hebben enkele colleges verzorgen.
De heer Kuiper is specialist op het gebied van simulatoren en specifieke
coachingsproblematieken. Hij kent als geen ander de situatie in Nederland op het gebied
van simulatoren, wat hun effecten zijn en waar onderwijskundigen en
instrumentatietechnologen bij het ontwerpen op moeten letten.
De heer de Jong is specialist op het gebied van leren en instructie bij leeromgevingen voor simulatie. Hij is ingaan op de leerpsychologische achtergronden bij leren met computersimulaties en enkele experimentele onderzoeken naar ontdekkend leren met simulaties behandelen.
Het practicum is niet, zoals in de studiegids is aangegeven, met de MacSimAuthor-editor en het MacTHESIS systeem gegeven, maar dit jaar hebben de deelnemers computersimulatieprogramma's ontworpen en ontwikkelt met Java en het JavaTHESIS systeem. Deze taal en dit simulatie-systeem staan toe dat simulatieprogramma's op het WEB in een HTML context kunnen worden gebruikt. Studenten hebben een WEB-page gemaakt met een simulatie applet en passende instructies.
Boek
Het boek dat vanaf 1987 behandeld werd is 'Computersimulatie als leermiddel; een inleiding in methoden en technieken' Academic Service Schoonhoven (Min, 1987).
Vanaf 1992 is dat het boek 'Simulation Technology and Parallelism in Learning Environments; Methods, Concepts, Models and Systems' (Min, 1992).
Toets
Er wordt een individuele toets afgenomen over de stof uit dit boek. Deze schriftelijke toets duurt ongeveer anderhalf uur en het is een 'inzichtstoets'.
De cursusmaterialen voor 1997/98 zijn de volgende
Niet meer nodig - maar handig om eens door te kijken - is de practicumhandleiding 'MacSimAuthor, MacSimBuilder en MacTHESIS' (door diverse auteurs) (ligt in de practicumzaal; het is niet verplicht die te kopen).
In het cursusjaar 1990/91 is er ook een reader over computersimulatie uitgebracht voor studenten die wat meer in de theoretische achtergronden van (computer)simulatie als methode van leren geinteresseerd zijn. Deze is momenteel niet meer leverbaar.
Het vak is een echt ontwerpvak
Centraal staat bij dit vak het kennismaken met computersimulatie als leermiddel in leersituaties en bij trainingen. De colleges zullen inzicht verschaffen in instructietheorieen en ontwerpmethoden zoals die bij de vakgroep ISM in de loop der jaren zijn ontwikkeld. De colleges zullen daarnaast gaan over de
onderwijskundige context waarin computersimulatie voorkomt en over de achtergronden van wiskundige modellen die nodig zijn bij de
computersimulaties en de simulatietechnieken zelf.
Het practicum
In het vak wordt het accent op het practicum gelegd. De bedoeling van het practicum is om in groepjes van twee personen een zo compleet mogelijk computersimulatie pakket te ontwikkelen.
U kunt kiezen uit de modellen die hier vooraf genoemd zijn . We hebben liever niet dat er meerdere groepen met hetzelfde model werken. Een en ander zal dus in overleg met de docent en de andere groepen moeten geschieden.
Van elke groep wordt verwacht een kaal, wiskundig model om te transformeren tot een zo compleet mogelijk leermiddel. Een leermiddel, zoals een computersimulatieprogramma, is pas compleet als er voor de leerling ook allerlei 'coachings materiaal' bij is. Om te beginnen dient U eenvoudige opdrachten (oplopend in moeilijkheidsgraad) te ontwerpen. Tevens dienen er een serie casussen te maken, welke - als het kan - ook in het programma zelf dienen te worden ge•mlementeerd. Tenslotte dienen de opdrachten, zowel als casussen, beschreven te worden op losse werkbladen of in een werkboekje, los van de leerling- of modelhandleiding. Er hoort bij elk programma een leerlingenboekje en een docentenhandleiding te worden gemaakt.
Het eerste practicumdagdeel is verplicht voor alle groepen. Dan worden de opdrachten en de modellen verdeeld. Tevens zal de java compiler en de practicumsituatie op het Macintosh netwerk worden toegelicht en javaTHESIS worden ge•ntroduceerd.
Dit vak is een logische afsluiting in de reeks computer practicum-vakken
'ISM1' en 'multimedia programmeren'. Bij ISM1 hebben studenten kennis gemaakt met allerlei soorten editors en (statische) bestanden incl. HyperCard. Bij het vak 'multimedia programmeren' hebben studenten bepaalde onderdelen van COO leren
maken met behulp van een hogere programmeertaal. Het vak 'computersimulatie' maakt gebruik van al deze inzichten, kennis en vaardigheden. Algemene vakdoelen
zijn: het om kunnen gaan met computersimulatie en onderliggende wiskundige modellen; het kunnen toepassen van kennis, inzicht en vaardigheden en het kunnen instrumenteren van conceptuele ideeen.
Voorwaarde voor deelname
Er zijn geen dwingende voorwaarden om dit vak te volgen. Nuttige voorkennis zijn de vakken: 'MM-programmeren' en de cursus 'ISM1'.
DE COLLEGESTOF
Inhoud van de colleges studiejaar 1997/1998; roosterwijzigingen zijn nadrukkelijk voorbehouden.
hc.1. Introductie in het vak
Wat is een leermiddel?
Wat is simulatie?
Wat is computersimulatie?
Wat is simulation of 'simulation COO'?
Wat is 'modelling COO' (modelvorming) in relatie tot 'simulation COO'?
Wat is 'simulation COO'in relatie tot andere vormen van COO?
Wat is het verschil tussen CAL en CAI?
Wat is een ontwerpvak?
Welke eisen stellen we aan een (interactief) leermiddel?
Welke eisen stellen we aan een leermiddel voor simulatie?
Welke eisen stellen we aan de leeromgeving?
Wat is parallellisme? -->PARALLELLISME EN DE PI THEORIE <--
Zie elders
hc.2. Simulatoren (gastcollege)
Wat is een simulator?
Wat is het verschil tussen vaardigheids- en inzichtstrainingen?
hc.3. Wiskundige modellen
Welke principes liggen er aan simulatiemodellen ten grondslag?
Welke representatievormen bestaan er bij (wisk.) modellen?
Wat zijn variabelen??
Wat zijn interne, externe en toestandsvariabelen?
Wat zijn parameters, constanten, startwaarden en interventiemogelijkheden?
Wat is de methode van Euler?
Wat is intelligente computersimulatie (ICS)? (1)
hc.4. Bepaalde aspecten van modelling en simulation
Wat is stabiliteit; steady state?
Wat is een singulier punt?
Wat voor soort kleine modellen zijn er? 1e, 2e en 3e orde diiff. verglijkingen
Wat is een WYSIWYG-editor voor simulation? Voorbeeld: MacSimAutor
Hoe bouw je rondom een wiskundig model een compleet computersimulatieprogramma?
hc.5. Ontwerp- en ontwikkelsystemen, incl. filosofie en theorie
Welke ontwerp- en ontwikkelsystemen zijn er?
Welke soorten model-driven simulatie zijn mogelijk?
Welke weergavevormen zijn relevant?
Wat is een THESIS ontwerp- en ontwikkelsysteem?
Welke kenmerken hebben THESIS systemen?
Wat is de MacTHESIS filosofie?
Wat is MacTHESIS?
Wat is JavaTHESIS?
Wat is HyperTHESIS?
Welke WYSIWYG-ontwerpsystemen bestaan er voor simulatie?
Bestaan er WYSIWYG-systemen voor simulatie?
Wat is MacSimAuthor?
Wat is de desktop filosofie (van Xerox)?
Verschil tussen een leer-, verander- en ontwikkelomgeving?
Wat is intelligente computersimulatie (ICS)? (2)
hc.6. Leren in open leeromgevingen voor simulatie (gastcollege)
Wat is behelst het Smile-project, het servive-project?
Wat is SimQuest?
Wat is een object georienteerd ontwerp- of auteurssysteem? Hoe werkt dat?
Wat is in dit verband de leerling activiteit en het instructiedoel?
Hoe wordt er geleerd bij simulaties?
Wat is het verschil tussen conceptuele en operationele simulaties? (inzichts- versus vaardigheidstraining?)
Welke zijn de gewone voordelen? (geld, tijd, gevaar.)
Welke zijn de instructie-voordelen van simulatie? (changing time scale; motivatie; ontdekkend leren)
Samenwerking met Carnigie Melon University; met wie? (Lerenden houden vast aan hypothes; zijn soms (50%) er niet vanaf te brengen)
Support omgeving? (opdrachten kunnen geven; uitleg kunnen vragen; model progressie inbouwen; opslag van simulatie-data mogelijk maken; scratchpad mogelijkheden; goede feedback; messages zoals geluid; log-inspector; monitoring tool) ('task-driven')
Project omvang? (circa 6 milj gulden; 10 partners; 40 m/v)
hc.7. Parallellisme en de PI-theorie
Wat is parallellisme? (2)?
Wat is de Parallelle Instructie theorie van Min (de PI-theorie)?
Wat is instructie (versus leren)?
Wat is leren (versus instructie)?
Wat is coaching?
hc.8. Leren met simulaties; Leermodellen
Welke vormen van leren zijn mogelijk bij leeromgevingen voor simulaties?
Wat is een leermodel?
Welke vormen van leermodellen zijn te onderscheiden?
Wat is ontdekkend leren?
Wat is gestuurd ontdekkend leren?
Wat is probleem gestuurd (ontdekkend) leren?
hc.9. Verder en overig onderzoek op gebied van simulatie
Welke onderzoeken zijn er op dit gebied bij de vakgroep en elders?
Welke producten heeft dit vak in de loop van de tijd opgeleverd?
Welke producten heeft dit project in de loop van de tijd opgeleverd?
De voor en nadelen van computersimulatie (nalezen in boek)
Het AKZO-project (na te lezen in boek)
Het Randstad-project (na te lezen in boek)
Het Waterloopkundig lab-project (na te lezen in boek)
Uitleg over BOILER, CARDIO, ECONOMIE, FARMA, etc. (ook na te lezen in boek)
hc.10. Ontwerpen met javaTHESIS
Hoe ziet de ontwerpopdracht eruit?
Welke mogelijkheden zijn er?
Welke onderwerpen zijn mogelijk?
Welke modellen zijn er beschikbaar?
Diverse opmerkingen, tips voor practica, e.d.
BEOORDELING
De toets test of de student voldoende inzicht in de basistechnieken -en
methoden van simulatie heeft, en of hij voldoende is toegerust om aan de
eisen die het practicum stelt te voldoen. Tijdens het practicum dienen twee
studenten samen een software product/werkstuk te maken. Een los kaal
wiskundig model moet worden omgevormd tot een programma met bijbehorende
leerlinghandleiding, werkbladen of een werkboek en een docentenhandleiding.
Erwordt er gevraagd om dit begeleidende instructiemateriaal in een
WEB-page (of site) op te nemen. Het geheel moet ontworpen zijn conform de 'PI theorie'. De beoordeling van het werkstuk vindt plaats tijdens het laatste practicum.
DE TOETS
De toets is schriftelijk; duur 1.5 uur. Het boek mag tijdens de toets worden
gebruikt. Werkstuk (programma en instructiemateriaal) wordt beoordeeld op de
laatste dag van het practicum. Het eindcijfer komt tot stand door het
werkstuk twee keer en de toets eenmaal mee te tellen. Herkansing kan na het
bekend worden van het eindcijfer gebeuren door ofwel de toets over te doen
ofwel het werkstuk te verbeteren. (Bij voorkeur het laatste.) In het geval
van een onvoldoende kan het jaar daarop weer mee gedaan worden met de toets
en het practicum. Tussentijds tentamineren is onmogelijk bij dit type
practicum. De taal waarin het vak gegeven wordt is Nederlands.
Het boek is echter in het Engels geschreven.
AFSTUDEERMOGELIJKHEDEN
Afstuderen in deze richting behoort tot de mogelijkheden, eventueel in
combinatie met andere vakgroepen. Er zijn talrijke simulatieprojecten bij de
vakgroep geweest bij het Waterloopkundig laboratorium, Fokker Space Shell,
TNO, SLO, ECC en bij promotie- en onderzoeksprojecten van ISM zelf.
MENING STUDENTEN:
De keuzevakkengids vermeld: Het vak wordt gekozen uit interesse en ter verdieping van
een specialisatie. Tijdens de hoorcolleges wordt het studiemateriaal
toegelicht. Tevens worden voorbeelden uitgewerkt en wordt extra studie-
materiaal uitgereikt. Het vak is leuk om te doen, je maakt een echt produkt. De begeleiding bij het practicum werd goed gevonden. Men vond dat de tijd zinvol besteed werd. Het vak wordt aangeraden aan studenten met interesse voor het maken van
simulatieprogramma's voor het onderwijs en voor ISM-ers in het algemeen.
Sterke punten van het vak (volgens evaluatiegegevens van studenten in keuzevakkengids):
* het maken van een concreet produkt;
* goede begeleiding;
* leuke resultaten.
