Natuurkunde met simulatie-apps: een voorbeeld van hybride onderwijs

Hieronder schetsen we een aantal leersituaties uit de toekomst. De leersituaties zelf zijn herkenbaar en komen nu ook voor. Hieronder laten we zien hoe technologie online en offline leren kan combineren en kan helpen om onderwijs op maat te bieden. 

Situatie 1: zelfstandig aan de slag met theorie en praktijk 

Een leerling zit in de tweede klas havo. Ze moet zich verdiepen in de theorie over elektriciteit. Dat doet ze thuis via haar digitale leermateriaal. Dat leermateriaal is aangevuld met een digitale oefenmodule in een simulatie-app. In de gesimuleerde werkelijkheid van de app oefent ze met verschillende soorten en maten weerstanden, spanning, schakelingen en stroomkringen. Loopt ze vast? Dan kan ze in de simulatie-app zelf de uitleg erbij pakken. Als dat niet voldoet, kan ze via de app naar het juiste hoofdstuk in het digitale leermateriaal. 

Situatie 2: toetsen van opgedane kennis

De leerling heeft alle modules van de simulatie-app met succes doorlopen. Daarmee heeft ze laten zien dat ze de theorie goed snapt. De simulatie-app beoordeelt haar niveau als ‘zeer goed’. Dit resultaat komt rechtstreeks in haar portfolio terecht. Haar leraar ontvangt hier een melding van.

Situatie 3: theorie toepassen in de praktijk op school

Op school heeft de leerling een voortgangsgesprek met haar leraar. Ze wil het geleerde echt in de praktijk brengen. Ze krijgt een aantal opties voor gebruik in het natuurkundelokaal of thuis. De leerling kiest voor Arduino: een microcomputerplatform waarmee elektronica zo geprogrammeerd kan worden dat het reageert op de omgeving. Aan de hand van instructiefilmpjes en webinars op internet en een opzetje uit een codebibliotheek laat de leerling de microcomputer ‘Jingle Bells’ spelen en tegelijkertijd rode en groene lampjes knipperen. 

Situatie 4: beoordelen van het vak

De leraar beoordeelt het begrip van deze module op basis van alle beschikbare informatie in het portfolio van de leerling: de resultaten van de simulatie-app, de code en het filmpje van het werkende Arduino-project. Het eindcijfer voor deze module komt automatisch in het leerlingvolgsysteem terecht. Zo telt het mee voor haar natuurkunderesultaten.

Volwassenheid van de technologieën

In onderstaande Hype Cycle ziet u de volwassenheidfase van de technologieën.

Om de toekomstschets hierboven mogelijk te maken, worden verschillende technologieën in samenhang gebruikt. We hebben ze in onderstaande Hype Cycle geplaatst, om ook een idee te geven van de volwassenheidsfase waar ze zich in bevinden.

De meerderheid van de technologieën in dit verhaal zijn volwassen technologieën die zonder al te veel risico kunnen worden ingezet. Er zullen scholen zijn waar op deze manier al natuurkunde wordt gegeven. 

Simulatie-apps zijn een kansrijke technologie. De adoptiegraad in het onderwijs is echter nog laag. Waardoor deze in het trough of disillusionment staat. Dat betekent dat we nog beter moeten uitzoeken in welke gevallen en onder welke voorwaarden de technologie succesvol kan worden ingezet. De standaarden voor gegevensuitwisseling staan in dezelfde fase. Uitwisseling van gegevens tussen leermiddelen en andere onderwijssystemen blijkt nog lastig. Dat heeft minder te maken met de technische mogelijkheden dan met het maken van afspraken en goede samenwerking tussen partijen die de gegevens uitwisselen.

De geschetste combinatie is niet dé combinatie. Er is veel meer mogelijk. Om erachter te komen welke technologieën en combinaties daarvan het beste bij uw eigen situatie passen, kunt u gebruikmaken van de keuzehulp onderwijstechnologie.

Digitaal leermateriaal

Het digitale leermateriaal biedt de eerste conceptuele basis voor de leerling. 

Simulatie-app

In de simulatie-app kan het geleerde in de praktijk worden gebracht. Via de simulatie-app kan veilig worden uitgeprobeerd en geoefend met verschillende opdrachten. De app biedt feedback en extra instructie waar dat nodig is. Dit biedt ook mogelijkheden voor onderzoekend leren. 

Devices

De simulatie-apps werken op de devices die leerlingen al gebruiken voor het digitaal leermateriaal. Er hoeven dus geen devices voor worden aangeschaft. 

Microcomputer platform

Op dezelfde devices wordt de Arduino geprogrammeerd. Dit is een microcomputerplatform waarop bijvoorbeeld weerstandjes, schakelaars, lampjes en luidsprekers kunnen worden aangesloten en geprogrammeerd. Juist de combinatie van de microcomputer met de simulatie-app is effectief: na het oefenen in de gesimuleerde omgeving zijn de basisbegrippen bekend en kan de leerling meteen aan het werk met de Arduino. Het leren programmeren is een extra vaardigheid die wordt verworven.

Webconference tools

De leerling overlegt met de leraar over wat ze heeft gedaan en haar vervolgopdracht. Dat kan op school – zoals in het voorbeeld – maar ook via webconference tools. Het webinar die de leerling volgt maakt ook gebruik van deze technologie.

Portfolio

Alle informatie wordt samengebracht in het portfolio: het begrip van het digitale leermateriaal, de resultaten uit de simulatie-app, de geschreven code en het filmpje van de werkende microcomputer die ‘Jingle Bells’ speelt. In het portfolio kan de leraar het geheel beoordelen, waarna hij een eindcijfer geeft dat in het leerlingvolgsysteem terecht komt. 

Standaarden voor gegevensuitwisseling

Dit alles is alleen mogelijk als de uitwisseling van gegevens gestandaardiseerd is. Dan kunnen gegevens worden uitgewisseld tussen het leermateriaal in de simulatie-app, het portfolio en het leerlingvolgsysteem.

Leerlingvolgsysteem

Het leerlingvolgsysteem is de plek waar alle eindresultaten van modules en vakken worden opgeslagen.

Aandachtspunten en tips 

Zelf aan de slag met hybride onderwijs via simulatie-apps? Lees eerst onderstaande tips en aandachtspunten.

Match de taak met de toepassing 

Simulatie-apps zijn laagdrempelig in te zetten, maar geen wondermiddel. Denk dus goed na over de activiteit en of simulatie toegevoegde waarde biedt. Vooral activiteiten waarbij leerlingen baat hebben bij veel oefenen en die in de fysieke wereld plaatsgebonden, duur of risicovol zijn, lenen zich uitstekend voor simulatie.

Niet altijd beschikbaar in het Nederlands 

Er zijn veel mogelijkheden, maar niet alle simulatie-apps worden in het Nederlands aangeboden. Voor sommige groepen leerlingen en bepaalde vakken hoeft dit geen probleem te zijn, maar laat het meewegen in de keuze voor een app.

Uitwisseling van gegevens is niet automatisch geregeld 

In dit verhaal worden resultaten automatisch doorgezet vanuit het portfolio naar het leerlingvolgsysteem. De uitwisseling van gegevens tussen verschillende software en systemen gaat alleen niet altijd vanzelf. Houd daar rekening mee bij het selecteren van een simulatie-app en andere software. Bijvoorbeeld door na te gaan met welke software standaard wordt gekoppeld en uitgewisseld.