Innovatieve natuurkunde-onderwijstool (met dank aan Angry Birds)

Statische theorieboeken voor een generatie die al sinds kleuterleeftijd vertrouwd is met smartphone, tablet, (serious) games en (educatieve) apps? Dat moet beter kunnen, dacht Industrial Design-student Paul Meulendijks. Dus ontwikkelde hij in het kader van zijn bacheloronderzoek aan de TU Eindhoven een interactieve onderwijstool voor het middelbareschoolvak natuurkunde. De jury van de Saganet Awards is vol lof over zijn indrukwekkende ontwerp en bijbehorende scriptie: ‘De liefde voor het vak spat van de pagina’s af.’

Tekst: Jolanda van den Braak

Voor basisscholen is er aardig wat educatief materiaal beschikbaar met elementen van gamedesign. Maar op middelbare scholen klinkt doorgaans nog: ‘Pak je boek en leer dat hoofdstuk’. Nu heeft hij niets tegen boeken, zegt Paul Meulendijks, “maar je kunt je afvragen: is het van deze tijd om jongeren voornamelijk tekstuele informatie aan te bieden? De middelbare scholieren van nu zijn enorm digitaal ingesteld. Is het niet tijd om het voortgezet onderwijs wat interactiever te maken? Om het, door elementen van spel aan het leren toe te voegen, visueel aantrekkelijker en leuker te maken?”

Terug naar school

Paul besloot de proef op de som te nemen en een interactieve teachingtool te ontwikkelen voor het vak natuurkunde. Om te beginnen dook hij daarvoor in de wetenschappelijke literatuur over effectieve manieren van lesgeven en informatieoverdracht, het motiveren van leerlingen en typen docenten. Voor het vergaren van praktijkinformatie zocht hij zijn middelbare school in Eindhoven weer op. “Heel leuk om daar rond te lopen en een aantal docenten terug te zien.” Hij observeerde er tijdens lessen, sprak met leerkrachten en leerlingen en nam een vragenlijst af. Eenmaal toegerust met voldoende observaties en inzichten kon hij van start om een eerste versie van zijn teachingtool te ontwerpen.

Boze vogeltjes

In de ontwerpfase liet Paul zich onder meer inspireren door de populaire game Angry Birds. “Dat spel heeft niet de intentie om natuurkundige principes over te brengen, maar draait wel om zwaartekracht, gewicht, snelheid en hun onderlinge samenhang. Hoe harder de boze vogeltjes aan de katapult trekken om de bouwwerken van hun vijanden te slopen, hoe verder ze schieten. En hoe langzamer een object door te lucht vliegt, hoe sneller het daalt.” Een ander lichtend voorbeeld vond Paul in Kahoot, de app waarmee docenten multiplechoicevragen kunnen voorleggen aan de klas. Leerlingen beantwoorden de vragen individueel op hun smartphone waarna het resultaat klassikaal gedeeld kan worden op een monitor of digiboard. “Kahoot is heel eenvoudig in gebruik, een belangrijke vereiste voor een innovatief onderwijsinstrument. Het moet geen gedoe zijn om ermee aan de slag te gaan. De school hanteerde als criterium dat de tool zou aansluiten bij de actuele lesstof.”

Verkeerd is niet fout

Answers – met de nadruk op ‘we’ –, zo doopte Paul zijn interactieve natuurkunde-teachingtool. In een van de opdrachten die hij erin verwerkte, moeten leerlingen een heteluchtballon precies de juiste snelheid meegeven om op een eiland te kunnen landen. In een andere opdracht krijgen zij een stroomcircuit te zien waarin zij de optimale voltage en weerstand moeten invoeren om een lamp zo fel mogelijk te laten branden. “De leerlingen buigen zich in groepjes over het vraagstuk en voeren hun antwoord in de digitale omgeving in. Daar wordt hun input gevisualiseerd in begrijpelijke simulaties. En geven zij een verkeerd antwoord, dan is dat niet zo zeer fout, maar leren zij er juist van hoe het natuurkundige principe wél werkt.”

In het diepe

Om Answers te testen, ging Paul er zelf mee voor de klas staan. “Toen ondervond ik dat het concept nog structuur miste. De leerlingen waren enthousiast over de opdrachten, maar staken er niet meer van op dan van een reguliere les. Ook bleek het moeilijk om hun aandacht vast te houden.” Een van de oplossingen die Paul vond, was het toevoegen van een slide met uitleg. Lachend: “Met een muziekje eronder om de aandacht weer naar het scherm te trekken waar ze dan kunnen lezen waar het in de opdracht om draait.” Op basis van de feedback van de leerlingen en hun docent kwam Paul al doende tot de eindversie van zijn tool, waarin de opeenvolging van uitleg, vraag, groepswerk, collectieve visualisatie en opnieuw uitleg een dynamische leercirkel vormen. De docent kan ervoor kiezen om de uitleg vóór of na het uitvoeren van de opdracht te laten zien. “Je kunt de leerlingen voorbereiden of in het diepe gooien. In beide gevallen vullen opdracht en uitleg elkaar goed aan.”

meuledijks

21st century skills

Natuurlijk heeft een bacheloronderzoek zo zijn beperkingen. De tijd is te kort om een eerste concept te ontwikkelen tot een kant-en-klaar eindproduct voor het onderwijs. “Je hebt ook massa nodig om een tool als Answers door te ontwikkelen en – heel belangrijk – betaalbaar te maken; scholen hebben niet veel geld. Daar komt bij dat niet alle docenten open staan voor innovatie. En er zijn er die huiverig zijn omdat de examens gebaseerd zijn op het traditionele lesaanbod. Maar de tijd zal het leren. Er wordt steeds meer waarde toegekend aan 21st century skills als samenwerken, communiceren, kritisch en creatief denken en probleemoplossend vermogen. Precies die vaardigheden waar een tool als Answers aanspraak op maakt.”

Paul volgt inmiddels de masteropleiding Design for Interaction aan de TU Delft. Een Nederlands bedrijf dat e-learningproducten ontwikkelt voor monteurs heeft een tijd terug interesse getoond. Paul zou het leuk vinden om naast zijn studie parttime aan het werk te gaan, maar wil niet op de zaken vooruit lopen. Met het Saganet Award-prijzengeld bezocht Paul in november de SIGCHI summerschool on experimental play in Melbourne, Australië. Benieuwd naar zijn ervaringen daar? Hij vertelt er dit najaar over tijdens het Saganet seminar. Wil je meer weten over Answers? Bekijk dan dit filmpje of lees het onderzoeksrapport van Paul.