PARALLELISME BIJ HET COACHEN VAN GEBRUIKERS IN OPEN LEEROMGEVINGEN

De MacTHESIS filosofie en de Parallelle Instructie theorie bij model-driven Simulaties.

Door Rik Min

Samenvatting

Dit artikel gaat over het ontwerpen van op modellen gebaseerde open leeromgevingen en enkele specifieke methoden voor het aanbieden en doseren van instructie daarbij. Er zal worden ingegaan op enkele recente ontwikkelingen op het gebied van de "model-driven"-simulatieprogramma's als leermiddel, dus programmatuur om iets na te bootsen waarin alles draait om het wiskundig model dat wordt gebruikt. Het artikel gaat in op enkele specifieke oplossingen zoals ontwikkeld zijn op de Universiteit Twente op het gebied van vormgeving bij de realisatie van deze - open - leeromgevingen, en het theoretisch concept voor wat zij noemen "parallelle instructie" ten behoeve van dergelijke educatieve simulatieomgevingen. Aan de orde komen achtereenvolgens aspecten aangaande de wiskundige modellen die voor ieder model-driven simulatieprogramma nodig zijn, de aankleding van deze simulatieprogramma's, de achterliggende filosofie, de vormgeving van de instructie, en de resultaten die met deze methoden en technieken zijn behaald. De Universiteit Twente houdt zich in het onderzoek naar vormgeving van interactieve, dynamische, multimediale leeromgevingen en het zoeken van nieuwe ontwerpmethoden al een groot aantal jaren bezig met het toepassen van nieuw beschikbare technieken, voornamelijk op het gebied van window-, "event-driven"- en "multitasking"-technieken. Het onderzoeks-team van de Universiteit Twente heeft recent over deze leermiddelen en de relatie tussen het teveel aan vrijheid in open leeromgevingen en de manier van instructie toediening een bepaalde theorie ontwikkeld: de "Parallelle Instructie theorie voor leeromgevingen voor simulatie" (de "PI-theorie").

Knelpunten

Het ontwerpen van goed functionerende, open leeromgevingen voor simulatie in onderwijssituaties of ten behoeve van bedrijfsopleidingen kent bij de Universiteit Twente drie belangrijke knelpunten. Ten eerste wordt een niet-academisch project veelal gehinderd door het moeizame proces van het ontwikkelen van een voldoende geschikt wiskundig model. Dat kost meestal onevenredig veel tijd. Dat moet betaald worden. Het alternatief: het zoeken van een geschikt bestaand model is ook zeer lastig, omdat het de juiste contacten in research-instituten vereist en wetenschappers hun modellen nooit goed genoeg vinden. Zoeken is dus ook tijdrovend. Bestaande modellen, beschikbaar via de vrij toegankelijke literatuur, zijn ook niet vaak of direct geschikt voor toepassing in onderwijssituaties. In ieder geval niet zonder tussenkomst van derden. Modellen worden immers in het algemeen om andere redenen gemaakt dan voor toepassingen in onderwijssituaties. Kortom vraag en aanbod is niet op elkaar afgestemd. Ten tweede is er het specifiek onderwijskundig probleem van het ontwikkelen van goed gedimensioneerde en adequaat werkende instructie voor de gebruiker (een leerling, een student of een cursist) in model-driven simulatieomgevingen en ten slotte het knelpunt van de ergonomisch meest verantwoorde presentatie-methode van deze instructie: kortom de vormgeving en de "performance" van de leeromgeving. (Waarbij wij hier onder "performance" verstaan het vermogen van de gekozen methoden en technieken voornamelijk met betrekking tot de snelheid van visuele en tekstuele informatie-presentatie en dynamiek van de leeromgeving.)

1. METHODEN EN TECHNIEKEN

1.1 Wiskundige modellen

Het ontwerpen en realiseren van computersimulatieprogrammatuur voor het gebruik als leermiddel in het onderwijs voor VWO, HBO en WO of bij "on the job"-bedrijfstrainingen is pas mogelijk als er goede, relevante en meestal juist complexe wiskundige modellen beschikbaar zijn. Deze modellen zijn niet op afroep beschikbaar. Modellen tijdens een projectperiode ontwikkelen is meestal onbetaalbaar en vaak uitgesloten. Leermiddelen-ontwikkelaars zijn dus aangewezen op het gebruik van eerder ontwikkelde modellen of modellen van derden. Modellen van minder dan twee of drie differentiaal vergelijkingen zijn in het kader van het hier bespokenen minder relevant. Simulaties met eenvoudige of kleine wiskundige modellen zijn relatief eenvoudig te verkrijgen, maar hebben meestal geen meerwaarde ten opzichte van de traditionele leer- of oefen methoden. De meest geschikte modellen om te gebruiken als leermiddel, met de meeste toegevoegde waarde, zijn die modellen die relatief groot zijn en waarbij de leerling of de cursist op praktisch geen andere manier kennis kan maken met dynamisch gedrag of relaties dan via computersimulatie als hier besproken. De grotere modellen, van bijvoorbeeld meer dan 30 tot 50 statements en/of minstens drie of vier differentiaal vergelijkingen, die dus ook niet meer zomaar te overzien zijn en zeker niet qua dynamiek, hebben als leermiddel het meeste succes. Zij zorgen voor iets unieks op de leerplek. Iets wat zonder computer niet geinstrumenteerd of niet begrepen kan worden. De grotere modellen dienen praktisch altijd terdege geschikt gemaakt te worden voor onderwijskundige doeleinden en moeten inhoudelijk worden getest en gestandariseerd. Zie aangaande al deze aspecten en ervaringen de publicaties van Min en anderen (Min 1992 en 1993a en Van Schaick Zillessen 1990)

Binnen een groep leermiddelenspecialisten is slechts in een enkel geval specifieke, uitgebreide domeinkennis aanwezig welke kan leiden tot een geschikt model. De contacten tussen leermiddelenspecialisten en modelvormers zijn, uit de aard van hun verschillende disciplines, niet groot. Het zijn nu eenmaal twee aparte werelden. Twee geheel verschillende wetenschappelijke disiplines raken elkaar dus hier: de inhoudelijke kennis van modelvormers en de onderwijskundige en technisch / technologische kennis van leermiddelenspecialisten. Voor een goed product, een effectief simulatieprogramma, dat kan worden ingezet als leermiddel, zullen op zijn minst enkele specialisten van deze twee verschillende werelden, gedurende een bepaalde periode, vrij intensief moeten samenwerken. Keer op keer blijken simulatieprojecten in het onderwijs te mislukken doordat onderwijskundigen, maar vooral beleidmakers en geldschieters, zich niet realiseren dat het ontwikkelen van een goed simulatieprogramma jaren kost, en niet op afroep, zomaar even gedurende de duur van een onderwijsproject, te ontwikkelen is. In het verleden zijn deze aspecten regelmatig over het hoofd gezien, bijvoorbeeld bij van hoger hand gestartte onderwijsstimuleringsprojecten (INSP, PRINT, PRONTO, SKG/HOOP, etc.). Een goed model is de absolute voorwaarde voor een succesvolle simulatie als leermiddel.

1.2 Samenwerkingsverbanden

De faculteit Toegepaste Onderwijskunde van de Universiteit Twente heeft zich gespecialiseerd in het ombouwen van modellen van derden tot volwaardige leermiddelen; althans prototypes. Zij heeft inmiddels nationaal en internationaal vele contacten opgebouwd. Een groot aantal modellen van Amerikaanse, Japanse, Russische, Duitse en Nederlandse research groepen zijn inmiddels tot complete en volwaardige leermiddelen omgebouwd. Met deze producten is veel wetenschappelijk onderzoek gedaan: onderzoek naar methoden en technieken, zowel als performance onderzoek. Hoewel de ontwikkelde programma's zelf niet het doel van het wetenschappelijk onderzoek waren - het zijn dragers van ideeën - zijn er toch een aantal programma's - als spin-off van ons onderzoek - direct voor anderen toepasbaar gebleken en op ruime schaal verspreid.

1.3 De MacTHESIS filosofie

De meeste simulatieprogramma's, die ontwikkeld zijn door medewerkers en/of studenten van de Universiteit Twente, kenmerken zich door een bepaalde filosofie. De punten waarop die filosofie, de MacTHESIS filosofie, zich toespitst zijn:

  • losse pagina's: verschuifbaar, wegklikbaar en veranderbaar in grootte;
  • sterke visualisatie van onderliggend wiskundig model: abstract of meer concreet;
  • papieren (of electronisch) instructiemateriaal: voor coaching van de gebruiker;
  • input-animatie technieken: voor directe interventie in het model of programma;
  • animatie objecten: om het dynamisch karakter te ondersteunen;
  • messages: die kunnen worden gebruikt als (intelligente) feedback;
  • desktop video fragmenten: als instructie of als feedback;

    Uitgaande van de de "desktop filosofie" van Steve Jobs (1983), Apple en Next (1988), dat een gebruiker informatie als losse vellen papier wil kunnen hanteren, zoals hij die kan verschuiven en naast elkaar op zijn bureau kan leggen om dingen te kunnen vergelijken, kenmerken de leeromgevingen voor simulatie van de Unversiteit Twente, bij het MacTHESIS project, zich door een serie makkelijk manipuleerbaar en naast en over elkaar liggende electronische beeldschermpagina's. Meestal niet meer dan drie of vier stuks. Een programma is dus eenvoudig en qua opzet behoorlijk compact.

    Eén van deze pagina's kan het eigenlijke simulatieprogramma worden genoemd. Een tweede pagina bevat een gevisualiseerde en meestal interactieve dynamische representatie van het onderliggende wiskundig model, wat kan dienen als referentiepunt voor de gebruiker bij zijn experimenten. Door de window technieken van moderne software kan er veel meer informatie op het beeldscherm worden aangeboden als bij "viewport" technieken, in een "full-screen" situatie, zoals dat bij oudere software vaak gebeurde. (Onder "viewports" verstaan we hier een aparte, vaste beeldscherm-plaatsen voor bepaalde informatie-onderdelen.) Een andere pagina bevat ten slotte het instructieprogramma. Hoewel de instructie ook vaak gewoon (en in sommige gevallen vaak beter en makkelijker) naast de monitor, in een werkboek of losse vellen papier, kan worden gelocaliseerd. De muis is het enige aanwijs- of bedieningsmiddel dat wordt gebruikt. Deze programma's behoeven geen toetsenbord. Een muis is voldoende om met het gehele programma-systeem te kunnen werken (Min, 1987). Tot slot maken dergelijke vormgegeven, model-driven, simulatieprogramma's gebruik van allerlei "output-attributen", zoals animatie-objecten, messages en zelfs digitale videofragmenten (hier genoemd: model-driven "desktop video"). Al deze objecten, teksten of multimedia signalen worden in deze simulatieprogramma's door het onderliggende model gegenereerd en dienen een belangrijk onderwijskundig doel, namelijk op het juiste moment in de simulatie-sessie tekstuele en visuele "feedback" naar de gebruiker toe te geven. Deze methode van sturing en coaching vervult bij de MacTHESIS filosofie een belangrijke rol. Zij is complementair aan de traditionele rol die de instructie-materialen spelen. We spreken in dit verband: dat instructie materiaal een "input" rol heeft in een leerproces. Terwijl feedback een vorm van "output" van een aktie in dat proces is (Min, 1993). Zie voor een verduidelijking van deze begrippen figuur 1.

    2. PROBLEMEN

    Simulatieprogramma's worden sinds jaar en dag met papieren begeleidings- of instructiemateriaal geleverd. Juist de simulaties met deze vorm van coaching bleken in de praktijk het meest succesvol. Simulaties die geleverd werden zonder instructie of coaching, hoe mooi ook ontworpen of geprogrammeerd, verdwenen geruisloos van het toneel. Uit onderzoek bleek dat succes van simulaties grotendeels bepaald wordt door de aanwezigheid van met zorg samengestelde werkbladen of boekjes met opdrachten en casusbeschrijvingen.

    Vele onderzoekers hebben pogingen gedaan de coaching electronisch op te lossen. Vaak mislukte dat. Er zijn voorbeelden beschreven waarbij de ene helft van de monitor de instructie bevatte en de andere helft een open leeromgeving voor simulatie bood. Bijvoorbeeld bij enkele COO projecten met het auteurs-systeem TAIGA. Deze viewport-achtige oplossingen geven aan dat de ontwerper beseft dat de gebruiker behoefte heeft om informatie naast elkaar te kunnen leggen en wil vergelijken, maar de ontwerper heeft maar een beperkt beeldscherm-oppervlak voor zijn presentaties. Window technieken, mits goed aangewendt, zijn dan uitstekend toe te passen. De belangrijkste bottelneck blijkt de veelheid van informatie die de ontwerper in zijn ontwerp nodig vindt en het te kort aan ruimte op de monitor van de PC. De monitor is op een bepaalde manier een gebrekkig onderdeel van de hedendaagse computer. Vele mensen zijn zich dat niet zo bewust. Er zijn immers ook zo veel voordelen aan een computer-beeldscherm.

    De monitor stamt echter nog af van het TV scherm. De TV was en is gemaakt en ontworpen voor lineaire programma's. Beelden verschijnen, waardoor tegelijkertijd beelden verdwijnen. Als het ene fragment te zien is, is het voorgaande fragment al weer weg. Dit doet een bepaald beroep op iemands geheugen. Het geheugen van een kijker wordt dan heel anders gebruikt dan nodig is bij leerprocessen. Ontwerpers van interactieve programmatuur zullen dus hele andere dingen bij mensen willen bewerkstellen dan ontwerpers van film en video. Een TV is een "one-way" medium. Bij een film of een gesprek op de TV is het continue verdwijnen van beelden geen probleem. Er is voldoende redundantie in de informatie om de boodschap over te laten komen. Bij les-programma's op een computer, bij courseware en educatieve software in het algemeen, maar met name bij leeromgevingen voor simulaties bleken de impliciete beperkingen van de monitor wel een grote rol te spelen. Veel problemen bij simulaties hebben, zonder dat men zich dat altijd bewust is, daar betrekking op. Bij les-programma's moeten bepaalde informatie, bijvoorbeeld een stuk van het scherm, juist bij een ander gedeelte van de les (voortdurend) geraadpleegd kunnen worden. Als de ontwerper daar niet op heeft geanticipeerd, dan verdwijnt zijn product vrij snel in de kast. Les-programma's en leeromgevingen in het algemeen impliceren een twee richtingen verkeer. De monitor zelf is niet manipuleerbaar; het kan wel indirect via een muis. Dat stelt heel aparte eisen aan het gehele apparaat.

    Nog steeds is het opnieuw vinden van eerder reeds gepresenteerde informatie niet volmaakt opgelost. Informatie van beeldscherm uitprinten en het een aantal keren raadplegen, is vaak veel praktischer dan dezelfde informatie steeds weer trachten op te zoeken. Men heeft vele oplossingen voor dit probleem verzonnen: scrollende informatie, zeer snelle en dus dure computers, hypertekst-achtige structuren, etc.. Toch voldoen weinig oplossingen echt voldoende; vaak ook omdat de gebruiker er een bepaalde handigheid voor nodig heeft. In onderwijs situaties is elke drempel er vaak één te veel. Er zijn door ontwerpers oplossingen gevonden door een beeldscherm gewoon vol te stouwen met allerlei informatie, parallel gepresenteerd (dat wel), maar allerlei nadelen van ergonomische aard van dien: gedrongen teksten, slechte zinsopbouw, te veel informatie, te klein op het scherm, etc. De desktop filosofie en de komst van windows, rond 1982, was niet alleen een technische doorbraak, maar bleek een grote stap vooruit, met name voor een beginnende gebruiker, die niks te maken wil hebben met andere dingen dan alleen zijn pakket. Professionele softwaremakers, en vooral "harde" informatici, zagen er in het begin het nut niet van in. Er waren immers ook enkele nadelen in het gebruik van windows, zoals de iets ingewikkelde wijze van gebruik van windows en de moeizame manier van het programmeren ervan. Het zijn vooral mensen die zelf een hekel hebben aan het moeten onthouden van nutteloze dingen (zoals commando's) die het revolutionaire aspect van de windows technologie voor onderwijsdoeleinden direct zagen.

    3. OPLOSSINGEN

    Window technieken en multitasking systemen blijken voor dit type leeromgevingen oplossingen te geven voor problemen die niet eerder adequaat konden worden geinstrumenteerd. Het concept van de MacTHESIS filosofie (die oorspronkelijk alleen op "kale" simulaties betrekking had) bleek eveneens van toepassing te zijn op de methode van instructie-aanbieding, zowel bij de papieren instructie- als de electronische instructie-methode.

    Electronische methoden voor instructie- en help-systemen waren aanvankelijk niet zo gemakkelijk te gebruiken als papieren instructie materialen. De aanvankelijke neiging van ontwerpers om alles electronisch op te lossen bleek in de praktijk moeilijker uitvoerbaar te zijn dan gedacht. De instructiecomponent bleek onder bepaalde voorwaarden (m.n. door de komst van de nieuwe technieken) best in electronische vorm gegoten te kunnen worden. Bij simulatie bleek de ergonomisch meest geschikte presentatie-vorm voor instructie een parallel window te zijn. Mits het instructieprogramma los van het simulatieprogramma en de status van het wiskundig model, dus los van elkaar ("a-synchroon"), was te gebruiken. Wij hebben het naast elkaar gebruiken van deze twee aparte programma's, de simulatie en de instructie, binnen de PI-theorie "a-synchroon" genoemd. Dat woord geeft aan dat het begrip open leeromgeving niet alleen op de simulatie omgeving slaat, maar ook op het min of meer vrijblijvende gebruik van het instructieprogramma. Men kan zelf beslissen om het te gebruiken en in welke mate. Instructie dient - bijvoorbeeld - alleen gegeven te worden als de student er om vraagt of er aantoonbaar behoefte aan heeft. Een goed interactieve leermiddel moet een "two-way" medium zijn en niet de "one-way" media zoals de lineaire media nog altijd zijn.

    Uit onze experimenten is gebleken dat er in interactieve open leeromgevingen inderdaad een (meestal onbewuste) behoefte bij de gebruiker bestaat om dingen naast elkaar te kunnen te zien, en te zetten en als het nodig is (tijdelijk) te verschuiven, om onderliggende informatie te kunnen bestuderen: kortom parallelisme bij de userinterface bij educatieve programmatuur speelt een belangrijke rol bij het oplossen van problemen waar ontwerpers voor staan. Traditionele (seriële) userinterfaces, waarbij iets wat op het scherm te zien is door een volgende aktie weer verdwijnt, doet blijkbaar in veel gevallen een te groot beroep op iemands geheugen.

    3.1 Parallelisme

    Parallelisme blijkt een grote basisbehoefte van een gebruiker te zijn. Maar het ligt breder. Het is bij veel fenomenen haast impliciet aanwezig. Er zijn meerdere perceptie-kanalen waarlangs informatie een persoon kan bereiken en ook bereikt. Een duidelijk voorbeeld van het gebruik van meerdere perceptoe-kanalen en meerdere media is de ondergewaardeerde instructie-methode bij moeilijke software pakketten met vele vrijheidsgraden die uitgelegd kunnen worden door een walkman met een audio bandje, waarbij stap voor stap oefeningen worden gegeven en besproken. Een cursist kan zelf - in een relatief eigen tempo - zijn instructie krijgen. Er is hier ook duidelijk sprake van twee parallelle, niet-gekoppelde en dus a-synchrone processen. Belangrijk hierbij is op te merken dat er geen technische koppeling is tussen de twee processen (vandaar de term a-synchroon) en dat er sprake is van twee geheel verschillende en verschillend ontworpen media. Dat laatste is ontwerp-technisch een belangrijk voordeel. Daar kunnen we in het kader van dit artikel verder niet op door gaan. Een paar andere voorbeelden uit het dagelijks leven waarbij parallelisme een grote en doorslaggevend handige rol blijkt te spelen:

  • een museum of een tentoonstelling
  • een krant
  • een (voorlees)les met geïllustreerde leerboekjes
  • de desktop filosofie bij operating systemen
  • een walkman met tape als instructiemethode
  • grote monitoren van bijvoorbeeld SUN workstations

    In al deze voorbeelden is sprake van naast elkaar geplaatste informatie waarbij het oog zelf bepaald wat eerst wordt gelezen en daarna gebeurt. De voordelen van parallelle gegevens-aanbieding zijn feitelijk al ruime tijd geleden door anderen ontdekt. Het desktop concept van de Apple Macintosh iserop geënt. Toch zijn deze concepten, volgens de schrijver dezes, in de leerpsychologie, de instructietechnologie en de instrumentatietechnologie nog onvoldoende op de juiste waarde geschat.

    Veel educatieve software ziet er helaas nog steeds te lineair uit, ondanks dat alles in de literatuur tegenwoordig multi- en hypermedia is wat de klok slaat. Dat komt voor een deel ook door de conservatieve kijk van informatici en computerfabrikanten op computers. De ontwikkeling van de notebook, de handcomputer en de gameboy zal de Intel PC wereld spoedig met haar neus op de feiten drukken. Het onderwijs wil nu eenmaal leermiddelen en en geen "general purpose" computers.

    3.2 De Parallelle Instructie theorie

    In de "parallelle instructie theorie" voor simulatieleeromgevingen, de "pi-theorie", die door Min in 1992 is gepubliceerd, veronderstellen wij dat een gebruiker in een open leeromgeving alleen maar goed kan leren, als de leeromgeving zodanig is ontworpen dat alle relevante informatie om beslissingen te kunnen nemen "in zicht staat" of er onmiddelijk " bij te slepen" is. Bij nadere bestudering van diverse soorten en grote aantallen voorbeelden, bleek echter keer op keer dat instructie methoden op een traditionele manier gepresenteerd betere resultaten opleverden dan oplossingen op een moderne manier gepresenteerd. Experimenten met simulaties die gerealiseerd waren binnen auteurssystemen en experimenten met combinaties van auteurssytemen en simulatiesystemen bleken geen duurzame oplossingen te bieden. Simulaties met papieren instructie-materiaal bleken om onduidelijke redenen heel vaak beter te functioneren. Uiteindelijk bracht een klein, half mislukt experiment voor een opdracht bij de AKZO in Hengelo ons op het spoor van de bovengenoemde gebreken van elektronische instructie methoden (Min, Van Schaick Zillesen & Gmelich Meijling 1992). Leeromgevingen waarbij de instructie component niet goed werkte, bleken bij nadere bestudeering veel te sequentieel ontworpen te zijn en veel te star gekoppeld. Dat wil zeggen de instructie was te veel gesynchroniseerd met de simulatie, terwijl ook de instructietekst verdween als er met de simulatie moest worden gewerkt. Dat was een wonderlijke ervaring, want het omgekeerde lag meer voor de hand.

    Dat een gebruiker van (educatieve) software graag alle informatie overzichtelijk bij de hand wil hebben en veel dingen in zijn verband of samenhang wil kunnen overzien is duidelijk. Een voorbeeld kan dat verduidelijken. Grote beeldschermen blijken tegenwoordig in situaties, vergelijkbaar met leren, sterk in de smaak te vallen. De enorme succes van SUN workstations is er het bewijs voor. Ze worden veel verkocht, tenminste als iemands budget dat toelaat. Dat grote beeldschermen zo aanslaan is bijna een bewijs voor onze theorie over parallellisme en is te verklaren uit de wens van een gebruiker relevante informatie elders op het grote beeldscherm te kunnen raadplegen zonder dat hij andere informatie daarvoor moet laten verdwijnen. Er is blijkbaar behoefte aan.

    Het komt bij gewone courseware vaak voor dat de ontwerper veel informatie bij elkaar in één plaatje of tekst heeft neergezet. Hoewel dat om allerlei andere redenen niet aan te bevelen is, is dat op zich toch een bewijs dat een mens in bepaalde situaties - en dat geldt zeker bij leersituaties - nu eenmaal alles wil en moet kunnen overzien en dat wat hij met veel moeite heeft gevonden of gecomponeerd, gemakkelijk wil kunnen naslaan.

    Hiermee is niet gezegd dat de paralllelle instructie theorie voor simulaties is bewezen. Maar onze bevindingen zijn van dien aard dat verder empirisch onderzoek uitsluitsel kan geven over de juistheid daarvan. Wij vonden het desondanks nodig het in 1992 als concept en/of als theorie te publiceren. Temeer omdat we een groot aantal prototypen hebben ontwikkeld, waarmee iedereen zelf kan experimenteren en kan ervaren dat het concept werkt. Eén van de middelen om een zekere mate van verspreiding van onze experimentele producten te bereiken was alles in een keer uit te geven, in eigen beheer, en tesamen met een groot aantal artikelen, manuals en figuren, op CD.ROM te publiceren.

    4. RESULTATEN

    4.1 CD.ROM

    In augustus 1993 is er 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. Daarnaast staan er zeer veel anders-soortige producten (graphics, animaties, video-fragmenten, muziek, geluiden, stacks, teksten, etc.) op. De meeste producten zijn gebruikt voor onderzoek naar instrumentatietechnologisch ontwerpvariabelen. Er is op deze CD.ROM alleen al om die reden een grote verscheidenheid aan soorten programma's terecht gekomen. Elke ontwerpvariable 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: simulaties, animaties en instructies
  • simulatiesystemen: o.a. het MacTHESIS systeem
  • achtergrondmaterialen: artikelen, manuals, figuren, etc.

    De simulatieprogramma's zijn gebouwd rondom modellen van Amerikaanse, Japanse, Russische, Duitse en Nederlandse oorsprong. De programma's behandelen uiteenlopende onderwerpen zoals fabrieksprocessen, processen in het menselijk lichaam, biologische systemen, de nederlandse economie, populatie dynamica of ecologie.

    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.

    4.2 Wat is het nieuwe? Wat zijn de vernieuwende aspecten van dit product?

    Het is voor het eerst dat een dergelijk scala van zoveel verschillende vormgegeven soorten educatieve simulatieprogramma's aan het onderwijs wordt aangeboden, inclusief instructie-voorstellen. De filosofie die er achter zit is, 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 snelle multi-tasking operating systemen (hier: System 7 van Macintosh) maakte het uiteindelijk mogelijk dat de ideeën ook konden worden vervolmaakt.

    4.3 Werkkamer metafoor

    De manier van leren bij leermiddelen waar het parallelle instructie concept is toegepast komt overeen met de manier van leren zoals studenten op hun zolderkamertje achter hun bureau leren. Veel losse vellen papier en boeken, geheel of gedeeltelijk opengeslagen, liggen op het bureau en door de hele kamer verspreid. Wandplaten met schema's hangen links en rechts aan de muur. De student kan overal zijn blik op werpen en doet dat niet bepaald via een vastomlijnd plan. Toch werkt hij/zij systematisch. De programma's kunen ook allemaal op deze manier worden gebruikt.

    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.

    5. MOGELIJKHEDEN

    5.1 Productie aspecten

    Docenten op school kunnen simulaties, die gemaakt zijn met het MacTHESIS systeem, zelf nog aanpassen: met een speciale zogenoemde "resource editor". Niet het hart van de simulatie, maar veel onderdelen van de simulatie kunnen hiermee veranderd worden. Het vertalen van bijvoorbeeld alle programmateksten in een andere taal behoort daarmee voor de docent tot de mogelijkheden. Er kan in een simulatieprogramma in ieder geval iets eigens van de school of het bedrijf worden gezet.

    De mogelijkheid om deze rol van wat wij noemen "tweede ontwerper" te kunnen spelen biedt het grote voordeel, dat leermiddelen die deze mogelijkheden in zich hebben, sneller geaccepteerd zullen worden door het docentencorps.

    Als men voor een project veel over heeft gebruikt men voor het instructiedeel bij onze simulaties Authorware Professional, anders SuperCard of HyperCard. HyperCard is het makkelijkste. Dat bevelen wij dan ook aan. Dit laatste lesschrijf-systeem biedt scholen of opleidingen de meeste voordelen om ook daadwerkelijk geheel eigen instructie-materiaal te kunnen schrijven en te kunnen onderhouden. Zelfs het allereenvoudigste systeem, instructie schrijven met TeachText, is een reeël optie. Hiermee is in System 7 op de Macintosh computer parallelle instructie aanbieding mogelijk.

    Door ontwerpproblemen van simulaties los te zien en te koppelen van ontwerpproblemen bij het maken van de instructie, is het mogelijk om voor beide onderdelen de beste ontwerpmethoden te gebruiken. Voor het de simulatieomgeving is MacTHESIS te gebruiken en voor de instructies bijvoorbeeld HyperCard. Een systeem dat optimaal is zowel voor het produceren van simulaties als voor instructies bestaat nog niet.

    5.2 Ideeën opdoen / concepten uitzoeken / software maken

    De verscheidenheid aan producten op de CD.ROM geeft een beeld van de mogelijkheden van dit type courseware en software. Niet één leeromgeving op de CD.ROM is hetzelfde gedimensioneerd. Er zijn veel van de honderden vrijheidsgraden, die er in de MacTHESIS filosofie zijn, te onderscheiden. Een geinteresseerde docent of een cursusleider heeft op een gegeven moment een voorkeur en kiest uiteindelijk de meest geschikte vorm voor zijn leeromgevingen uit. Met MacTHESIS kan men, met behulp van bepaalde ondersteuning, zelf een wiskundig model aankleden met visualisaties zo men die wil, met weergavenvormen die men wil, en met instructie methoden die men zelf wil.

    In Nederland zijn reeds projecten uitgevoerd voor het Waterloopkundig Laboratorium te Marknesse, Fokker Space and Systems te Amsterdam, Shell Rijswijk, AKZO Hengelo, Erasmus Universiteit Rotterdam, Landbouw Universiteit Wageningen, het psychiatrische ziekenhuis Fransiscushof te Raalte, het AMC te Amsterdam, de Stichting Leerplanontwikkeling Enschede en een aantal verschillende faculteiten van de Universiteit Twente zelf. Binnenkort start een pilot-project voor samenwerking met medewerkers van het SMILE project, van de Universiteit van Amsterdam, en anderen.


    Figuur 1 Vormen van feedback en instructievormen. Bij simulatieprogramma's genereren wiskundige modellen aan de "output" kant: animatie objecten, (intelligente) messages en zelfs digitale videofragmenten. Deze "model-driven" objecten, teksten of multimedia-signalen fungeren als een vorm van "feedback" naar de gebruiker toe. De diverse soorten van instructie die in de figuur staan opgesomd worden hier input - in het leerproces - genoemd: zij hebben als functie het leerproces bij de lerende op gang te brengen. Terwijl al de vormen van feedback vervolgens - als het goed is - het leerproces op gang houden.

    6. CONCLUSIES

    Het gebruik van leeromgevingen voor simulaties als leermiddel, om leerstof eens op een dynamische manier onder de loep te nemen, kan sterk motiverend zijn voor zowel een leerling van de basisschool als voor een cursist bij een bedrijfstraining, en alle doelgroepen daar tussen in. Leermiddelen voor simulatie dienen na afloop iemand te hebben geinspireerd tot verdere studie over het onderwerp. Stimuleren en motiveren gaat alleen maar goed als de dimensionering van de simulatie in orde is en er zinnige instructie (soorten opdrachten, diverse casussen, etc.) aanwezig is.

    De docent dacht in vroegere dagen teveel in termen van "ontdekkend leren" en dat bijgeleverde papieren instructie materialen niet zo belangrijk waren. Ze werden door de lerende ook vaak als storend ervaren. Veelal werd het bijgeleverde boekje en/of de werkbladen niet gebruikt. Daar komt men van terug. Electronische instructie had aanvankelijk ook zo haar gebreken. De leermiddelen verdwijnen dan, door sub-optimaal gebruik, in de kast. Electronische instructies kunnen, mits goed gedimensioneerd, dus rekening houdend met de bovenbesproken MacTHESIS filosofie en de principes van parallellisme, een positieve verandering bewerkstelligen in dat soort situaties.

    7. REFERENTIES EN LITERATUUR

    Gritter, H., (1993) Designing, realisation and evaluation of ISAV (Instructional Support to ARCVIEW); a CBT program for the program ARCVIEW. Afstudeerverslag, University of Twente (in samenwerking met de University of Southampton) Enschede.

    Koopal. W., (1993) Design, realisation and evaluation of learning environments for simulation. Afstudeerverslag, University of Twente, Enschede.

    Min, F.B.M., (1992) Parallel Instruction, a Theory for Educational Computer Simulation. Interactive Learning International, Vol. 6, no. 3, p. 177-183.

    Min, F.B.M., (1993) Computer Simulation as an Educational Tool (Chapter 2). The heart as pump: the computer simulation program CARDIO (Chapter 10). Fluid volumes: the computer simulation program FLUIDS (Chapter 19). In: Modelling and simulation in physiology and biomedical enineering on a Personal Computer; Springer Verlag Berlin; (Editors: D. Möller and R. van Wijk van Brievingh) ISBN 3-387-97650-7 / ISBN 3-540-97650-7 (incl. 6 ms.dos floppy's)

    Min, F. B. M., (1993) From Model to Program: Computer Simulation for Learning, Teaching and Training; Models, Programs and Systems; Textbook, collegediktaat, Uitgeveven op CD.ROM, University of Twente, Enschede, Holland.

    Min, F.B.M. and H.A.J. Struyker Boudier, (1982) Computer simulation programs in problem oriented medical learning at the university of Limburg. Computers & Education, vol. 6, 153-158.

    Min, F. B. M., Renkema, M., Reimerink, B. & Van Schaick Zillesen, P.G., (1987) MacTHESIS: A design system for educational computer simulation Proceedings of the EURIT 86 conference, Pergamon, London (Tj. Plomp & J. Moonen, eds.) pp 689-691

    Min, F.B.M., Van Schaick Zillesen, P.G., & Gmelich Meijling, M.: (1992) Computer support of Oparator Training based on an Instruction theory about Parallelism. Summaries of the European Conf. on Educ. Research, Enschede 22-25 june 1992, Vol. 2, 177-183. (Tj. Plomp, J.M. Pieters & A. Feteris, eds.)

    Van Schaick Zillesen, P. G., (1990) Methods and techniques for the design of educational computer simulation programs and their validation by means of emperical research. Academisch proefschrift, University of Twente Enschede (E. Warries & F.B.M. Min, promotoren) ISBN 90-9003874-4.