De toekomst van mens-computerinteractie in het onderwijs

Artificial intelligence (AI) is al een aantal jaren met een opmars bezig. De ontwikkeling van virtual reality (VR) – waar al heel lang veel van wordt verwacht – raakt mede door de coronapandemie in een versnelling. En ook technologieën als sociale robots en chatbots worden snel doorontwikkeld.  

De toepassing van dit soort technologieën in het onderwijs gebeurt op dit moment meestal nog in geïsoleerde gevallen: bijvoorbeeld als hulpmiddel bij een specifiek vak of afgebakende taak. Of als experiment, om te beoordelen wat er allemaal mogelijk is. Naar verwachting zijn ze binnen 5 jaar verder doorontwikkeld en breder te gebruiken. Op de langere termijn zou neurotechnologie (een directe koppeling tussen brein en computer) zelfs mogelijkheden kunnen bieden voor het leerproces, want leren doen we tenslotte met ons brein.  

Het zijn technologieën die mens-computerinteractie zullen veranderen en die veel kansen bieden. Ze brengen ook risico’s met zich mee. Om schoolbesturen te helpen en te inspireren bij het onderzoeken van deze kansen – mét oog voor de keerzijden –  hebben we onderstaande elementen in de toekomst van technologie op een rij gezet en aangevuld met aandachtspunten. Dat doen we op basis van de huidige stand van technologie, de verwachte ontwikkeling van die technologie en de ambities die er binnen het onderwijs leven. 

Dat de inzet van zulke technologieën nog ver weg lijkt, is geen reden om achterover te leunen: juist nu kan de onderwijssector meedenken en -sturen in de ontwikkeling van deze innovaties. Zo kunnen we de technologie laten werken voor het onderwijs – en niet andersom.  

Van adaptieve leermiddelen naar een adaptieve leeromgeving 

Flexibel. Gepersonaliseerd. Maatwerk. Het zijn allemaal termen om aan te duiden dat het onderwijs leerlingen optimaal wil kunnen bedienen. De meeste schoolplannen bevatten tegenwoordig één of meer van die termen. Om zulke onderwijsambities te kunnen realiseren is er een integraal beeld nodig van de leerling: rooster, vakken, resultaten en projecten, maar ook interesses en welzijn. 

Adaptieve leermiddelen zijn een veelgebruikte technologie in het leveren van maatwerk. Ze passen de opgaven aan op het niveau van de leerling, maar hebben op dit moment nog een beperkte blik. Ze verzamelen een smalle set aan data en kunnen daardoor alleen goede ondersteuning bieden bij specifieke vaardigheden. Een adaptief leermiddel bepaalt bijvoorbeeld welke volgende opdracht van één vak geschikt zou zijn voor een leerling. Ook het soort activiteiten dat ze ondersteunen blijft vaak beperkt: het gaat voornamelijk om simpele interacties, zoals het aanklikken van het juiste antwoord. 

In het onderwijs klinkt steeds vaker de wens om een integraler en completer beeld te krijgen van leerlingen: een integrale adaptieve leeromgeving, waar alle informatie op een logische plek bij elkaar komt en die inzicht biedt aan leraar en leerling. Om zo het volledige leerproces van een leerling beter te ondersteunen en in kaart te brengen hoe een leerling zich ontwikkelt. Het gaat zowel om denkvaardigheid als sociaal-emotionele ontwikkeling. Technologie kan daarbij een rol spelen.  

Dan zou er in de toekomst bijvoorbeeld informatie uit allerlei digitale leermiddelen en vakken kunnen worden samengevoegd. Denk aan: 

• Opdrachten die leerlingen in VR of augmented reality (AR) hebben gedaan 
• Analyses uit gesprekken die leerlingen samen via een online samenwerkingsomgeving hebben gevoerd  
• Observaties en beoordelingen van leraren  

Deze informatie wordt vervolgens gecombineerd om een beeld te vormen van waar de leerlingen staan. 

Het systeem genereert dan voor iedere leerling per vak een advies over de activiteiten voor de komende periode. Maar (juist) ook over vakken heen – en misschien zelfs over opleidingen, modules en leerjaren heen. Daarbij komen allerlei verschillende activiteiten aan bod, die zowel met als zonder technologie worden uitgevoerd. In het integrale beeld worden vakspecifieke vaardigheden, vakoverstijgende vaardigheden en de sociaal emotionele ontwikkeling meegenomen. 

Rijkere data over het leerproces 

Er ontstaat een steeds veelzijdiger aanbod aan devices en technologie. Daarmee wordt het mogelijk om rijkere data te verzamelen over het leerproces van leerlingen. Onderliggende technologieën als internet of things (IoT) en kunstmatige intelligentie spelen een rol bij het verzamelen en analyseren van al deze data om inzicht te kunnen geven en tot vakoverstijgende adviezen te komen. 

• Data over personen – Door de inzet van VR en AR wordt bewegingsdata verzameld, en kunnen leerlingen feedback krijgen op het oefenen van vaardigheden. Andere op het lichaam draagbare technologie zoals smartwatches en hartslagmeters, ook wel wearables genoemd, kunnen fysiologische data verzamelen. En met de komst van neurotechnologie wordt het op termijn zelfs mogelijk om data direct uit de hersenen op te halen. Daarmee kunnen nieuwe inzichten over de leerlingen worden verkregen waaruit we mogelijk kunnen afleiden hoe ze zich voelen. 
• Data over omgevingen – Om interactie mogelijk te maken met en via technologie als sociale robots en VR is ook data nodig over de omgeving: waar bevindt iemand zich ten opzichte van de ander en de technologie? Denk aan een automonteur die de diagnostische informatie over het motorblok heen geprojecteerd ziet. Of een sociale robot die de leerlingen kan herkennen en iedereen op een verschillende manier benadert. Met name in grote instellingen zien we de ‘smart campus’ steeds concretere vorm aannemen: door sensoren in de openbare ruimtes worden gebruiksgemak en studentenwelzijn gemonitord en verbeterd. 

Om al die data te kunnen verzamelen zijn overal allerlei sensoren nodig: meetapparatuur, camera’s, microfoons. Op die manier integreren mensen, computers en de omgeving steeds meer met elkaar. Het zal dan in de toekomst ook nóg meer dan nu een afweging worden: hoeveel data zijn we bereid te verzamelen en vrij te geven in ruil voor een gepersonaliseerde ervaring of adaptieve leerroute? 

Rijker palet aan onderwijsactiviteiten 

We krijgen ook een breder palet aan interfaces tot onze beschikking. Naast monitor, muis en toetsenbord kunnen we aanraking, spraak, VR, AR en op termijn misschien zelfs neurotechnologie gaan inzetten. Welk effect heeft dat op technologiegebruik? Het zal voelen alsof de technologie ons steeds beter begrijpt en op ons anticipeert. Denk aan sociale robots die met sensoren naar ons kijken en luisteren en op basis daarvan reageren. 

Het betekent ook dat technologie op meer plaatsen gebruikt kan worden dan alleen achter een bureau met een computer. Door VR- en AR-technologie, aangevuld met hologramtechnologie, kunnen we bijvoorbeeld virtuele werelden betreden of de virtuele en fysieke wereld met elkaar verweven. Stelt u zich een digitaal overleg voor waarin u niet meer naar een 2D-scherm kijkt, maar in 3D naar de mensen met wie u spreekt – net alsof ze bij u in de kamer zitten. 

Nieuwe vormen van interactie tussen mensen en de omgeving worden ook mogelijk. Denk aan het manipuleren of testen van objecten in een virtuele omgeving: een 3D-model van het lichaam bekijken, aanraken en ontleden, of een brugconstructie bouwen in VR. Gaat het mis? Dan kan daarvan geleerd worden zonder dat het grote gevolgen heeft: de patiënt overlijdt niet en de brug stort niet in. 

Dit alles maakt het mogelijk om met technologie een rijker palet aan werkvormen en onderwijsactiviteiten te ondersteunen en mogelijk te maken: 

• De wereld als leeromgeving gebruiken. Denk aan een biologieles in het park waarbij AR-brillen informatie geven over de flora en fauna. 
• Op afstand samenwerken zoals in een fysieke ruimte. Bijvoorbeeld in een virtuele versie van het schoolgebouw, compleet met klaslokalen en kantine. 
• Beroepsvaardigheden in een levensechte simulatie oefenen via VR-technologie. Handig voor beveiligers en politiemensen in opleiding die virtueel een situatie moeten de-escaleren.  
• Tijdens het oefenen van processen en vaardigheden informatie en feedback geven aan leerlingen, waar traditionele vormen van computers niet goed werken. Via een AR-belverbinding kan er bijvoorbeeld op afstand worden meegekeken. De leerling ziet de leraar in de rechterbovenhoek van het gezichtsveld en kan vragen stellen of gecoacht worden. 
• Praktische vaardigheden oefenen met informatie en feedback via AR-technologie. Bijvoorbeeld tijdens een opleiding tot automonteur, waar bij het oefenen van motorblokreparaties de onderdelen op een echt motorblok geprojecteerd worden, net als aanwijzingen voor handelingen. 
• Onderwijs toegankelijker en inclusiever maken voor mensen met uiteenlopende beperkingen, omdat lichamelijke en ruimtelijke beperkingen niet bestaan in VR. Een virtueel potje voetballen met de hele klas, waarbij ook de kinderen met zware astma mee kunnen doen – net als iemand met een been in het gips. 
• Een-op-een begeleiding mogelijk maken met sociale robots, bijvoorbeeld voor leerlingen met een taalachterstand. Door spraaktechnologie kunnen deze robots interactie hebben met leerlingen en zo helpen bij de taalontwikkeling. Dit kan op een natuurlijke manier, door gesprekken te voeren en gepersonaliseerde feedback te geven aan de leerling. 
• Het brein stimuleren met neurotechnologie, gebaseerd op individuele behoeften. Zo kunnen leerlingen zich bijvoorbeeld beter of langer concentreren, of ervaren ze minder problemen met hun dyslexie bij het lezen van een tekst.  

Concrete voorbeelden met technologie

Aandachtspunten en tips 

Lang niet alles wat we hier hebben besproken is al realiteit. Sommige dingen zien we al wel terug in de praktijk, maar nog niet met een vlekkeloze werking of integratie in het curriculum. De adaptieve leeromgeving is een complex samenspel van mens-computerinteractie door middel van technologieën in verschillende fasen van ontwikkeling. Bovendien staat technologie nooit op zichzelf. Een flexibele en integrale leerroute moet worden bekeken in de bredere maatschappelijke context. 

Hieronder schetsen we een aantal aandachtspunten voor schoolbesturen. Het is belangrijk dat we in actie komen, zodat keuzes óver het onderwijs gemaakt worden mét het onderwijs. 

Investeer compromisloos in goede infrastructuur 

Zonder goede infrastructuur zijn investeringen in technologie als VR, AR en sociale robots niet rendabel. En nieuwe technologieën vragen soms ook om aanvullende investeringen in infrastructuur. Voor VR-toepassingen zijn bijvoorbeeld verbindingen nodig met zeer weinig latency (vertraging). Waar een beetje vertraging bij een adaptief leermiddel op een laptop niet zo erg is, kan het voor een VR-toepassing zeer onwenselijk zijn.  

Elke kans kent een keerzijde: verken ze allebei 

Technologie heeft het onderwijs enorm veel mogelijkheden te bieden. En het onderwijs is het aan zichzelf verplicht om deze te onderzoeken. Tegelijkertijd is het ethische gesprek over de rol van technologie van steeds groter belang. Zo is virtueel samenwerken in veel gevallen een uitkomst, maar voelen de meesten van ons haarfijn aan dat enkel in VR leven geen fijn vooruitzicht is. Andere vraagstukken die spelen: 

• Gaat technologie ons leiden of zitten we zelf aan het stuur? Wie bepaalt er uiteindelijk wat er gaat gebeuren in de les, het algoritme of de leraar? 

• Welke data wordt allemaal verzameld door intuïtieve interfaces zoals VR-headsets? Waar wordt dat opgeslagen en verwerkt?  
• Heeft elke leerling gelijke kansen in het gebruik van deze innovatieve technologie? Hebben ze er toegang toe? Wordt de digitale kloof ermee vergroot of verkleind? 

Neem dit toekomstbeeld mee in landelijke discussies 

Het toekomstbeeld dat we hier schetsen zal bij de meeste mensen vragen oproepen. Het is belangrijk om nu al over deze vragen na te denken. En daarmee ook de landelijke discussies te voeden. We noemden hiervoor al de vraagstukken rond toegankelijkheid van technologie, kansengelijkheid, zeggenschap over data en dataverzameling. Maar denk ook aan de vrijheid in de keuze voor technologie en producten en aan standaardisering op het gebied van gegevensuitwisseling.   

Het zijn discussies die nu al spelen. De discussie over het bieden van gratis devices wordt bijvoorbeeld anders wanneer VR-headsets de status quo worden. En in het geval van afstandsonderwijs: bij wie ligt de verantwoordelijkheid voor een goede glasvezelverbinding op school en misschien zelfs voor een netwerkverbinding bij alle leerlingen en medewerkers thuis?