Techniekles met virtual reality: een voorbeeld van hybride onderwijs

Hieronder schetsen we een aantal leersituaties uit het techniekonderwijs van de toekomst. De leersituaties zelf zijn herkenbaar en komen nu ook voor, maar hieronder laten we zien hoe technologie de combinatie van online en offline leren ondersteunt en kan helpen om onderwijs op maat te bieden.

Situatie 1: individuele instructie op eigen niveau

Leerlingen krijgen de opdracht om in groepsverband een robotarm te construeren. De groep is samengesteld op basis van de individuele leerdoelen van de leerlingen in de klas. Dit groepje leerlingen is namelijk op dit moment met dezelfde leerdoelen bezig. Dat is vastgelegd in hun portfolio. Het portfolio heeft dit groepje automatisch samengesteld. Via de elektronische leeromgeving van de school (de ELO) hebben leerlingen toegang tot alle verschillende stappen die ze voor deze opdracht moeten doorlopen. Alle leerlingen kijken vooraf op een zelfgekozen moment instructiefilmpjes over de robotarm. Zo krijgen ze een beter beeld van de context waarin zo’n arm wordt gebruikt. 

De instructie voor de opdracht bekijken ze ook individueel. Een gastleraar vertelt vanuit een fabriekshal dat de groep als opdracht heeft om een model robotarm in en uit elkaar te halen. Via een webconference tool bespreken de leerlingen met elkaar de opdracht die ze hebben gekregen. 

Situatie 2: samenwerken vanuit verschillende locaties 

De leerlingen starten met de opdracht. Ze loggen tegelijk – op een met elkaar afgesproken tijdstip – in op een VR-omgeving waarin ze de opdracht gezamenlijk uitvoeren. Een deel van de leerlingen logt in vanuit school. Het andere deel van de groep is bij een klasgenoot thuis en logt in vanaf daar. Iedere leerling heeft zelf een VR-bril tot zijn beschikking.  

Situatie 3: immersief leren

De leerlingen bekijken de robotarm van alle kanten met een VR-bril. Met hun handdevices kunnen ze de onderdelen uit elkaar halen en daarna opnieuw in elkaar zetten. Ze kunnen zelf zien hoe ver ze met de opdracht zijn binnen de VR-omgeving. De leerlingen kunnen dat via een statusscherm in de VR-omgeving zien. Hebben ze hulp nodig? Dan kunnen ze aanwijzingen opvragen via een hulp-icoontje. Als de groep de opdracht volledig en juist heeft voltooid, wordt dit in de VR-omgeving zichtbaar. De robotarm beweegt zich naar behoren en de VR-omgeving bevestigt dat ze het goed hebben gedaan. 

Situatie 4: evalueren van de opdracht

Op school kijkt de leraar in een dashboard terug naar hoe de opdracht in de VR-omgeving is gemaakt. Is het de groep gelukt de robotarm in elkaar te zetten en hoe snel? Hoe vaak is er om hulp gevraagd? En hoe groot was de individuele bijdrage van leerlingen? Dit geeft de leraar een beeld van het algemene niveau van de groep, maar ook van welke leerlingen nog meer oefening nodig hebben. Deze input gebruikt de leraar voor de evaluatie van de opdracht. Hiervoor belt hij met de groep via de webconferencing tool van de school. Een aantal leerlingen uit de groep is ook op school, dus doet fysiek mee met de evaluatie. 

Situatie 5: adaptief leren

Iedere leerling krijgt een vervolgopdracht op maat, gebaseerd op zijn individuele resultaten. Een deel van de leerlingen krijgt een vervolgopdracht over procesoptimalisatie van een fabrieksonderdeel toegewezen. Deze vervolgopdracht wordt opnieuw klaargezet via de ELO. Het deel van de leerlingen die het leerdoel van de eerste opdracht nog niet volledig heeft behaald, moet nog eens een robotarm in elkaar zetten. Dit keer een ander model.

Situatie 6: eindtoets

In een eindtoets worden de leerdoelen nog eens getoetst, maar dan in een realistische omgeving. De school heeft hiervoor een fabriekshal nagebootst, inclusief echte robotarm.

Technologieën in dit toekomstbeeld

De technologieën uit het toekomstbeeld lopen nog erg uiteen qua volwassenheid. Dat betekent dat het nog minstens 5 jaar duurt voor dit toekomstbeeld werkelijkheid wordt. Onderdelen ervan zullen wel al eerder mogelijk zijn.

Dit toekomstbeeld maakt gebruik van een mix van leermiddelen en technologieën. We zetten ze hierna op een rij met een korte toelichting. Gezamenlijk maken ze het mogelijk voor een leerling om een leerdoel over de samenstelling en werking van technische apparaten te behalen. Doordat leerlingen virtueel oefenen op hun eigen niveau is de uiteindelijke toepassing in de praktijk effectiever en efficiënter. Het oefenen kan immers korter, sneller, en met minder toezicht, en gaat gepaard met minder risico’s.

Virtual reality heeft veel potentie. VR hardware zoals headsets en controllers hebben een sterke ontwikkeling doorgemaakt en zijn “off-the-shelf” verkrijgbaar. Goede educatieve content is echter minder breed beschikbaar en kan kostbaar zijn om te ontwikkelen. 

Elektronische leeromgeving

Via de elektronische leeromgeving (ELO) hebben leerlingen toegang tot de verschillende soorten materialen die bij deze opdracht horen, zoals het instructiefilmpje. Ook kunnen de leerlingen via de ELO doorklikken naar het adaptieve leermateriaal dat voor ze klaar is gezet. 

Portfolio

In persoonlijke portfolio’s kunnen de leerlingen en hun leraar hun resultaten en persoonlijke leerproces bijhouden. In dit geval staan in het portfolio de leerdoelen vastgelegd waaraan de leerlingen de komende periode gaan werken. Op basis van deze informatie kan de leraar een groep samenstellen van leerlingen die in bepaalde periode aan hetzelfde leerdoel werken. 

Virtual reality (VR)

Via een VR-bril bevinden leerlingen zich gevoelsmatig in een andere omgeving, waarin zij een realistisch 3D beeld krijgen van de robotarm. De ervaring van het zien en kunnen bewegen van de arm draagt bij aan het begrijpen van de constructie van de arm. Via handschoenen die de handbewegingen van leerlingen registreren kunnen ze de robotarm in de VR-omgeving in elkaar zetten. 

Overkoepelend dashboard

Via het dashboard kan de leraar van alle leerlingen uit de groep zien wat hun voortgang is voor het vak Technologie. Dit is gebaseerd op samengestelde resultaten uit verschillende leermiddelen en daarbij behorende opdrachten en toetsen. 

Webconferencing tool

De leraar zet een webconferencing tool in om live de afronding van de opdracht met de groep te bespreken. En de leerlingen bespreken met elkaar de opdracht voordat ze eraan gaan beginnen.

Adaptiviteit 

In adaptieve leermiddelen wordt adaptiviteit toegepast om het individuele niveau van de leerlingen vast te kunnen stellen en daarop in te spelen. Vervolgopdrachten worden daarvoor gebaseerd op eerdere antwoorden of resultaten. Daarmee sluit het beter aan op hun individuele leerbehoefte. In dit voorbeeld wordt op basis van de prestaties voor de opdracht van de robotarm de volgende stap bepaald. 

Internetverbinding en wifi 

In dit inspiratievoorbeeld wordt volop gebruikgemaakt van programma’s, omgevingen en devices waarvoor een goede internetverbinding noodzakelijk is. En worden VR-omgevingen gebruikt waar leerlingen op verschillende locaties op inloggen. VR-toepassingen stellen eisen aan connectiviteit: de vertraging op de verbinding (latency) is het liefst zo laag mogelijk en er moet voldoende bandbreedte ter beschikking zijn. Ook thuis, of op de werkplek waar leerlingen zich bevinden. 

Aandachtspunten en tips 

In dit toekomstbeeld schetsen we een mogelijke combinatie van technologieën die techniekonderwijs via VR mogelijk maken. Hou daarbij alvast rekening met de onderstaande aandachtspunten.

Integraties van technologieën bestaan vaak nog niet 

Juist door verschillende systemen informatie uit te laten wisselen en goed op elkaar aan te sluiten is er meerwaarde mogelijk. En kunnen ze elkaar versterken. Dat is geen vanzelfsprekendheid. Het aan elkaar kunnen koppelen van leermiddelen en webconferencing tools in combinatie met een VR-omgeving is nu bijvoorbeeld nog niet mogelijk. Dat betekent niet dat het in de toekomst onmogelijk is. Maar leveranciers zullen daar een inspanning voor moeten leveren. Vraag hiernaar in gesprekken met leveranciers.

Randvoorwaarden en alternatieven 

Voor VR kan worden ingezet, moet een school eerst een aantal randvoorwaarden op orde hebben. Leerlingen hebben bijvoorbeeld een VR-bril of handdevices nodig. En een goede internetverbinding. Een alternatief voor dure VR-apparatuur zijn simulatie-apps. Deze zijn goedkoper, en makkelijker te gebruiken. Wanneer VR wel wordt ingezet, blijven simulatie-apps een goede aanvulling. Een andere randvoorwaarde is de inzet van cloud computing. Dit maakt het mogelijk om via internet bijvoorbeeld voortgangsgegevens in te zien, instructievideo’s te bekijken en opdrachten te voltooien. 

Uitvoering gaat verder dan technologie

Dit toekomstbeeld vraagt het nodige van technologie, maar ook van de school, de leraar, de leerling, ouders en het bedrijfsleven. Er moet op andere manieren worden samengewerkt. Zo vraagt het om input vanuit het bedrijfsleven voor instructies en opdrachten die aansluiten op de praktijk en de juiste tools en ruimte op school om te oefenen in VR. 

Ook vraagt het digitale geletterdheid van leerlingen en flexibiliteit van ouders doordat meer leeractiviteiten in de thuisomgeving plaats kunnen vinden. Toewerken naar een dergelijk scenario betekent dus niet alleen een focus op de inzet van de technologie, maar ook wat er van alle betrokkenen wordt verwacht.  

Ethische vraagstukken over gegevensverzameling en privacy 

Tijdens de opdracht worden allerlei gegevens verzameld. Biometrische gegevens zoals lichaamsbeweging in de VR-omgeving, maar ook gegevens over persoonlijke ontwikkeling via het portfolio en dashboard. Staan de school, de leerling en de ouders hierachter? Hoe wordt toestemming geregeld? Hoe past de verwerking van deze gegevens binnen standaardprocessen voor gegevensbescherming binnen de school? Over deze en andere ethische en privacyvragen moet worden nagedacht.