Figuur 1. De leeromgeving op het WEB. De naam van de applet is AORTA. De simulator is ontworpen en ontwikkeld met javaTHESIS; de WEB-pages met WORD 6.0.
Paper ten behoeve van het congres: 'Studeren in digitale leeromgevingen'; Organiseren van hoger onderwijs voor de kennismaatschappij;. te Utrecht, op 11 en12 december 1997. Gepubliceerd in de Hoger Onderwijs Reeks van Wolters-Noordhoff Groningen. Titel: 'De Digitale Leeromgeving'. Ed. M. Mirande, J. Riemersma & W. Veen. 1997 ISBN 90-01-88662-0. Hst. 10. pp. 149-159. 'Het WEB als werk-, doe- en leeromgeving en de kracht van applets'.
(De sheets die gebruikt zijn bij deze lezing zijn elders op deze WEB-site te vinden.)
Door Rik Min, Universiteit Twente (UT), Faculteit der Toegepaste Onderwijskunde (TO), vakgroep Educatieve Instrumentatietechnolgie, Postbus 217, 7500 AE Enschede.
Mijn bijdrage aan het thema "Studeren
in digitale leeromgevingen; het organiseren van hoger onderwijs
voor de kennismaatschappij" zal gaan over computer ondersteund
onderwijs in het algemeen en leermiddelen als computer-based simulaties
in de vorm van interactieve 'dynamische graphics' op het WEB in
het bijzonder. Op onze faculteit, Toegepaste Onderwijskunde (TO),
hebben we inmiddels bij een aantal vakken ervaringen met tele-leersituaties
opgedaan. Ondergetekende heeft afgelopen studiejaar een pilot-studie
gedaan naar de mogelijkheden en de 'performance' (dat wil zeggen
de 'kracht') van HTML en Java; speciaal voor on-line leeromgevingen
voor simulatie en probleem oplossen achter een beeldscherm. Er
zijn een aantal verschillende soorten interactieve on-line simulaties
ontwikkeld en een aantal verschillende soorten online-toetsen
ontstaan. Het onderzoek leidde tevens tot een methode en een systeem
voor het ontwerpen, ontwikkelen en implementeren van simulaties
op het WEB (Min, 1997). Studenten van onze universiteit leren
er momenteel - in een practicum - complete leermiddelen mee te
maken. Onze ervaringen en conclusies worden hier besproken. Ook
de impact die deze methoden en technieken op het onderwijs elders
zal hebben, zal de revu passeren.
Leermiddelen
Computer-based simulaties hebben veel toepassingen
in het hoger onderwijs. Er zijn vele soorten van computer-based
simulaties: patient-simulaties, model-driven simulaties, animaties
en simulaties waarbij het modelleren voorop staat. Simulaties
die hier aan de orde komen zijn meestal allen gebaseerd op meer
of minder complexe wiskundige modellen. Dit soort simulaties kunnen
worden gebruikt als leermiddel om inzicht te verkrijgen in bepaalde
dynamische fenomenen die je op een andere manier onmogelijk of
moeilijk in een klas of op een werkplek kunt demonstreren laat
staan bestuderen. Het zijn open leeromgevingen waar in de regel
losse instructies en casuïstiek bij wordt geleverd om de
lerende te kunnen coachen. Zonder coaching en goede opdrachten is dit geen goed leermiddel (Min, 1995). Dergelijke interactieve leermiddelen
kunnen op PC's worden ingezet in alle soorten onderwijs: bij bedrijfsopleidingen
of in buitenschoolse leersituaties, zoals bij het LOI, de Open
Universiteit of gewoon thuis op CD.ROM of CD-i. Maar de laatste
tijd kunnen dit soort leermiddelen ook gewoon worden opgehaald
of gebruikt vanaf de electronische snelweg: het world wide web.
Het WEB geeft de electronische leermiddelen-industrie en Computer
Ondersteund Onderwijs (COO) een tweede kans. We gaan nu met COO
de tweede - en beslissende - fase in. De multimedia producten
op CD.ROM zijn kenmerkend voor het einde van fase 1; een fase
die zich kenmerkte door wanorde. Het WEB is het begin van fase
2; een fase waarin electronische leermiddelen zich een vaste plek
op school en op de thuismarkt moet zien te verwerven. COO, en
alles wat daarmee samenhangt, komt daarmee in haar tweede jeugd.
Werkomgevingen, doe-omgevingen en leeromgevingen lopen op de electronische
snelweg in elkaar over. Het on-line werken zal worden afgewisseld
met een gepaste off-line manier van werken en leren. Maar of werken
en doen ook tot leren leidt zal de tijd moeten leren.
Instructiemiddelen
Een zeer bepaald aspect bij het dagelijks gebruik
leermiddelen is de aanwezigheid van adequate coaching. Veel software
ontwikkelaars - de goede niet te na gesproken - hebben op dit
punt gefaald. Leermiddelen, en vooral simulaties, zijn namelijk
pas volledig als leermiddel tot zijn recht komen als er goede,
aan een les aangepaste instructies en relevante en actuele opdrachten
bij worden gebruikt en/of geleverd. Opdrachten en coachingsmaterialen
moeten actueel zijn en makkelijk door een individuele leerkracht
of een school kunnen worden veranderd. Een belangrijk punt bij
leermiddelen is dat docenten er graag nog iets 'nuttigs' aan toe
willen voegen of in ieder geval iets aan de betreffende materialen
aan kunnen passen . Er moeten bijbehorende opdrachten bij gemaakt
kunnen worden of bestaand instructiemateriaal moet door de leerkracht
zelf geschikt kunnen worden gemaakt ('re-engineering'). Al het
materiaal moet op een makkelijke manier in te bedden zijn in het
geheel van de electronische leeromgeving. Bij leeromgevingen voor
simulatie geldt dat de interactieve simulator zelf zodanig moet
zijn ontworpen dat niemand er veel aan hoeft te veranderen. Dat
software onderdeel wordt standaard opgeleverd door een leermiddelenontwerper
of door een speciale educatieve uitgever. De instructie, de opdrachten
en het coachingsmateriaal daarentegen dienen veel flexibeler geleverd
te worden. Daar moet de leerkracht zich kunnen onderscheiden.
Daar moet de leerkracht snel, efficiënt en effectief zijn
lesmateriaal en het begeleidingsmateriaal op de doelgroep kunnen
afstemmen.
Bepaalde media populair bij leerkrachten
Het WEB is bij voorbaat een medium om zelf
instructie te maken op maat en beschikbaar te maken voor iedereen.
De juiste balans tussen een open leeromgeving en een zekere mate
van coaching (geslotenheid) kan nu mede door de leerkracht zelf
worden bepaald en ingesteld. Het WEB is qua opzet een erg gedemocratiseerd
medium; te vergelijken met de stencil-machine van eerdaags en
het fotokopieer-apparaat van heden. Docenten houden van dit soort
laagdrempelige apparatuur. Iedereen kan vandaag de dag iets op
het WEB neerzetten of dat anderszins regelen. Het maken van geheel
eigen instructiemateriaal van een docent of een school, of bestaand
materiaal gemakkelijk te kunnen aanpassen maakt het mogelijk dat
leermiddelen een optimale context krijgen. Bij kant en klaar software
krijgt de docent of de school veel minder kans om aan een leermiddel
(van een ander) nog iets te veranderen dan bij software op het
WEB. Omdat men zijn eigen WEB-pages in het geheel kan inschakelen.
De kans dat Computer Ondersteund Onderwijs
(in fase 2) een succes wordt is dus groter als men het WEB als
leeromgeving gaat gebruiken dan een batterij geïsoleerde
PC's, al dan niet met CD.ROM drives. De traagheid van internet
blijkt geen onoverkomelijke hinderpaal te zijn. De vooralsnog
zwakke performance van het net valt op alle mogelijke manieren
op te krikken of te omzeilen.
De schoolleiding moet beseffen dat het WEB
op velerlei gebieden en manieren een bijdrage kan leveren aan
de studeerbaarheid en de motivatie van de leerlingen. De key-woorden
in dezen is standaardisatie, actualisatie en flexibele optimalisering
van het moderne leermateriaal. De key-woorden voor de ontwikkelaars
zijn platformonafhankelijkheid en Java.
Java
De komst van de programmeertaal Java en andere
voor iedereen toegankelijke WEB-technieken geven de leermiddelenontwikkelaars,
ongekende mogelijkheden. Met Java kunnen software-ontwikkelaars
losse onderdelen ('bouwstenen') voor docenten maken. Bijvoorbeeld
kale computer-based simulaties. Het maakt niet uit op welk platform
er ontwikkeld wordt: de applicaties (applets) zelf zijn platformonafhankelijk.
Bouwstenen, in Java gemaakt, kunnen in willekeurige WEB-pages
op genomen worden. Deze kale bouwstenen worden 'applets' genoemd.
Applets bevinden zich op een WEB-page en zijn over het algemeen
zelf interactief, visueel en dynamisch. Die verschijningswijze
geeft onderwijskundig de meeste mogelijkheden. Momenteel komen
er steeds meer volwaardige applicaties in applet-vorm. SUN, IBM
en Apple, maar ook MicroSoft zijn dag en nacht bezig hun standaard
programmatuur te schrijven in java om de slag om het WEB niet
te verliezen. Zelfs WP wil binnenkort zijn tekstverwerker als
java-applets op het WEB op de markt brengen.
Applets zijn krachtig, ondanks dat dit type
software door een browser geïnterpreteerd moet worden. De
'performance' van een simulatieprogramma als applet - ingebed
binnen allerlei instructiemateriaal van een WEB-site - is over
het algemeen vrij groot. Het hangt van de dimensionering en de
manier waarop een applet in het geheel ingebed is.
Een uitgever of een ontwerper kan een applet
en een basis instructie met voorbeeldopdrachten maken, terwijl
een docent kan beslissen hier volledig van af te wijken. Het afgelopen
half jaar heeft de Universiteit Twente gekeken naar de mogelijkheden
om nieuwe ideeën van vorm en opzet van de leeromgeving toe
te passen en af te tasten. Het speuren heeft geleid tot een werkend
prototype voor een simulatiesysteem om op een handige manier model-driven
simulaties te maken. De producten die dit systeem in de vorm van
applets kan aanleveren zijn platformonafhankelijk en kunnen derhalve
op elke computer worden gedraaid.
Ons team wilde in dit pilot-project twee vliegen
in een klap slaan: ten eerste een indruk te krijgen van de mogelijkheden
van java en java-applets en ten tweede een systeem ontwikkelen
dat zou kunnen worden gebruikt in bovengenoemde vierde jaars cursus:
'computersimulatie als leermiddel'.
Binnen dit pilot-project hebben we gekeken
naar de specifieke mogelijkheden en voordelen van applets af te
tasten en de mogelijkheid om onze ideeën over parallellisme
binnen het WEB toe te passen.
We begonnen met het uitzoeken hoe animatie
op het WEB met Java te realiseren was. We wilden bijvoorbeeld
uitzoeken hoe we een bitmapped object over een willekeurige achtergrond
konden laten bewegen. Dat experiment lukte. Het volgende experiment
was om te kijken of wij een voor simulatie zo belangrijk 'groeiende
grafiek' konden maken. We wilden niet zomaar een 'grafieken-teken-programma',
daar zijn er honderden van, maar een langzaam groeiende grafiek,
zoals op een monitor in een ziekenhuis boven het bed van een patiënt
pleegt te hangen, en waarop bijvoorbeeld het ECG en de bloeddruk
grafisch is af te lezen. We wilden ook de werkelijke waarde van
variabelen en de actuele tijd, in getallen, af kunnen lezen. Dat
is in een simulatie-omgeving heel belangrijk.
Modellen
Vanaf het begin gebruikten we reële en
beproefde simulatiemodellen, zodat we precies wisten waar we mee
bezig waren. Maar vooralsnog gebruikten we alleen eenvoudige voorbeelden.
Zo gebruikten we hier de wiskundige modellen waar we veel onderzoeks-
en onderwijservaring mee hebben opgedaan. De grote modellen bewaarden
we voor een latere fase in ons onderzoek. We willen daar onze
eigen studenten bij betrekken en hen het implementeren van grotere
modellen laten uitzoeken.
Vooraf hadden we als doelstelling genomen dat
het ontwikkelen van applets zou moeten leidden tot een universeel
simulatie-systeem waarmee anderen ook simulaties in Java mee kunnen
ontwikkelen. De promotie van het product hebben we op een op het
WEB gebruikelijke manier gedaan, namelijk door producten onmiddellijk
op het WEB aan te prijzen en te beproeven. Iedereen kan er nu
mee werken en ons onmiddellijke feedback geven.
Programma's
De applets die door ons gerealiseerd zijn,
hebben we zowel als open leeromgeving zowel als 'casus' op het
WEB neergezet. In een open leeromgeving is een leerling redelijk
vrij. Te vrij vinden velen. Bij een casus moet een leerling binnen
een redelijke tijd een 'probleem' proberen te signaleren en analyseren.
Een leerling leert een diagnose te stellen. Vervolgens moet hij
het probleem (de casus) trachten op te lossen. Hij mag daartoe
alle informatie die zich op de betreffende pages of in de betreffende
site bevindt, gebruiken. Dit is in medische situaties te vergelijken
met het geven van de juiste therapie en het direct controleren
of de therapie in relatie tot de diagnose de juiste is.
We deden een experiment met het wiskundige
model aangaande aderverkalking in de bloedvaten. Dat model was
ooit door ons uitgewerkt aan Rijksuniversiteit Limburg (nu: Universiteit
Maastricht). In deze prototypen hebben we twee scroll bars als
interventie-mogelijkheid opgenomen. De performance van het systeem
bleek op dit punt ruim voldoende gegeven onze doelstellingen.
Van dit prototype hebben we ook een multi-windowing versie gemaakt.
Dat prototype kenmerkt zich door twee verschuifbare windows. Dat
is een belangrijk aspect binnen de parallelle instructie theorie
en het concept van parallellisme. De simulator zelf is in een
apart window gesitueerd, los van de WEB-page waarin de opdrachten
en de instructie zich bevinden. Al deze verschillende interfaces
hebben specifieke voor- en nadelen. Nader onderzoek moet uitwijzen
welke interface onder welke condities de beste zal zijn.
Overige lesmateriaal
De WEB-site, waarin onze applets zijn opgenomen,
bevatten allerlei vormen van instructie en opdrachten. Deze combinatie
van onze interactieve, dynamische simulatieprogramma's en onze
min of meer statische teksten lijkt ons voor veel type onderwijs
geschikt: MBO, VWO, HBO en WO.
Vooralsnog zijn er alleen maar simulaties gebaseerd
op kleine modellen ontwikkeld. Er is nog maar een beperkt hoeveelheid
instructie en een beperkt aantal toetsen. Het is een prototypische
site. Studenten zijn momenteel bezig om met onze methode en ons
systeem grotere modellen op het WEB te testen en de site beter
in te richten.
Na afloop van een simulatiesessie kan de docent
de leerling desgewenst een toets via het WEB laten maken. We hebben
in dit kader drie soorten on-line toetsen getest: twee verschillende
soorten toetsvormen met multiple choice-vragen en een toetsvorm
met open vragen. De resultaten van de toets worden direct naar
de docent gemaild. De locaties van de betreffende WEB-pages staan
onderaan deze pagina.
Simulatiesysteem
Het speuren heeft ook inderdaad geleid tot
een prototype van een simulatie-systeem voor het WEB: JavaTHESIS.
De producten die dit systeem kan aanleveren zijn platformonafhankelijk
en kunnen derhalve op elke computer worden gedraaid. Met dit systeem
kunnen modellen uit de biologie, de natuurkunde, de economie en
de scheikunde op het WEB tot leven worden gebracht. De pages met
de simulatieprogramma's erop zijn zowel op een Macintosh als op
een Wintel platform getest. WEB-sites van scholen of van leerkrachten
kunnen opgevuld of verluchtigd worden met deze dynamische software
of dynamische graphics die dit systeem kan genereren.
1. Applets zijn inderdaad krachtig. Ondanks
dat dit type software door een browser geïnterpreteerd moet
worden is de performance zoals nodig voor leeromgevingen prima.
De 'performance' van een simulatieprogramma als applet - ingebed
binnen allerlei instructiemateriaal van een WEB-site - is vrij
groot maar hangt wel degelijk af van de dimensionering en de totale
inbedding.
Niet alleen is de simulator bij middelgrote
wiskundige modellen redelijk snel, maar ook de integratie met
de instructie-materialen, in relatie tot andere processen, zoals
die welke bij volwaardige leeromgevingen voor simulatie een belangrijke
rol spelen, is door deze methode goed.
2. De hypothese dat java tot platform onafhankelijkheid
leidt is positief bevestigd. Onze hypothese dat het WEB een goed
medium is voor een leerkracht om aan leermiddel (van een ander) nog
iets te kunnen veranderen is deels bevestigd. De veronderstelling
dat veel applicaties (zoals WORD en WP) ooit binnenkort in een
WEB-page-structuur worden gegoten zal binnenkort wel door de feiten
worden bevestigd.
3. Aangaande multiwindowing is gebleken dat
het WEB daar wel degelijk geschikt voor is. Veel gebruikers en
ontwerpers zijn zich nog niet van alle mogelijkheden van parallellisme
op het WEB bewust. De gebruiker kan tijdens de simulatiesessie
vrij gemakkelijk switchen tussen de ene window en het andere (deels)
(overlappende) window. De hanteerbaarheid en de snelheid van deze
constructie blijkt op dit punt voldoende, gegeven onze doelstellingen.
De drie verschillende testprogramma's functioneren allemaal op
het WEB.
Een multi-windowing versie van een programma
heeft als voordeel dat er op een beperkt beeldschermoppervlak
een grote informatiedichtheid kan worden verkregen. Het effectieve
kijk- en werkoppervlak van deze vorm van dimensionering van een
leeromgeving wordt groter. De gebruiker kan door een zodanige
manipulatie met twee of drie windows steeds alleen die informatie
naast elkaar leggen, die hij op dat moment voor een taak nodig
heeft. Er komen - voor de gebruiker die daar gevoelig voor is
- enkele vrijheidsgraden van werken bij, welke bij een traditioneel
vormgegeven werkomgeving niet bestaat. Als een gebruiker met dit
type werken vertrouwd is geraakt, blijken er allerlei voordelen.
Zie ook Min en anderen (Min, 1994; 1996).
4. Aangaande het verspreiden van software hebben
we ervaren dat het WEB bij uitstek geschikt is voor verspreiden
van software, lesmateriaal en andere spullen en ideeën. De
verspreiding via CD.ROM zal nog wel een tijdje blijven bestaan,
omdat grote programma's, gegeven de huidige capaciteit van het
net, nog altijd te veel problemen opleveren. Het down-loaden van
programmatuur via het WEB is ook heel makkelijk - en wordt veel
gedaan. Die methode van verspreiding van software is echter alleen
handig voor software die nog steeds platform-afhankelijk is.
5. Het probleem van het interpreteren, door
een browser, blijft op zich bestaan. Maar java-applets lossen
twee problemen radicaal op: het is een soepele en natuurlijke
wijze van verspreiding van software en een manier om onafhankelijkheid
van platforms te zijn.
6. Samen met een goed toets-systeem op het
WEB is de combinatie van simulatie, instructie en toetsen op het
WEB zeer de moeite waard gebleken. Verder ontwikkelwerk, uittesten
van prototypes en evalueren van projecten zal moeten uitmaken
wat de uiteindelijke kracht van deze methode en het WEB is.
7. Anno 1997 wegen de voordelen op tegen de
nadelen van veronderstelde traagheid van het WEB. Iedereen kan
met een beetje oefening met WEB-producten werken en met producenten
of docenten communiceren. Wereldwijd. Dat is zeer aantrekkelijk
voor elke ontwerper, onderzoeker of leerkracht. Je kunt, gegeven
een goed marketingplan, in een keer een groot marktsegment veroveren.
Tot slot:
De term Computer Ondersteund Onderwijs (COO)
gaat wat ons betreft zijn tweede jeugd in. Maar dan niet in de
beperkte zin van de klassieke term tutoriële courseware of
multimedia. Nee, in de ruimste zin van het woord, namelijk als
computer-ondersteunde werk-, doe- en leeromgevingen. Voor onderwijs
van de toekomst heb je veel open, two-way-media nodig en slechts
een beperkte hoeveelheid one-way media.
Min, F.B.M. (1995) Simulation Technology
& Parallelism in Learning Environments; Methods, Concepts,
Models and Systems. 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,
1966; A publication of the Society for Computer Simulation International
(SCS) (Eds. A. Verbraeck & P. Geril)
Min, F.B.M. (1997) Locatie van de Java applets
op het WEB: WWW.TO.UTWENTE.NL/prj/min/Java/examples.html
