Een nieuwe RCT naar AI in het onderwijs: AI-tutoring verslaat actief leren, of toch niet?

Onderzoekers van Harvard voerden een randomized controled trial uit met 194 studenten om te onderzoeken of een AI-tutor studenten beter kan laten leren dan actief leren in de klas. De resultaten toonden aan dat wanneer studenten werkten met een AI-tutor zij significant hogere scores behaalden op de posttests, terwijl ze er minder tijd besteedden aan studeren dan wanneer ze actief leerden in de klas. Daarnaast gaven studenten aan zich meer betrokken en gemotiveerd te voelen. De AI-tutor was in deze studie specifiek ontworpen volgens bewezen didactische principes, zoals stapsgewijze begeleiding, directe feedback en hield rekening met cognitive load. Maar wat betekenen deze resultaten nu precies? En hoe werd de studie precies opgezet?

In deze studie ondergingen studenten beide condities, de AI-tutor én de actieve les,  maar dan in twee opeenvolgende weken. Dit zogenoemde crossover-design zorgt ervoor dat elke student beide condities. Voor en na elke les maakten de studenten toetsen in om de leerwinst te meten. Hoewel beide groepen dezelfde leerstof kregen aangeboden, zat het verschil 'm in de uitvoering: de AI-tutor bood individuele, stapsgewijze begeleiding met directe feedback, terwijl de actieve les draaide om samenwerking aan opdrachten in een klassikale setting. Maar wat zegt dit nu eigenlijk over de echte verschillen tussen deze twee onderwijsvormen?

De resultaten uit deze studie zijn duidelijk: wanneer studenten met de AI-tutor werkten, behaalden ze significant hogere scores op de posttests dan wanneer ze actief leerden in de klas. Met een effectgrootte variërend van 0.73 tot 1.3 standaarddeviaties, laat de studie zien dat de AI-tutor niet alleen beter presteerde dan actief leren, maar dit ook deed in beduidend minder tijd. Ruim 70% van de studenten voltooide de les in minder dan een uur, terwijl de actieve les een vaste 60 minuten in beslag nam. Ook op het gebied van betrokkenheid en motivatie scoorden hoger wanneer ze werkten met de AI-tutor. 

Resultaten van de studie voor posttest scores.

Deze studie is indrukwekkend op papier, maar er zitten toch een paar haken en ogen aan. Ten eerste:Wat wordt er nu precies vergeleken in deze studie? Een zelfstandige, individuele leeromgeving  met stapsgewijze begeleiding, directe feedback en adaptief tempo met een klassikale setting waarin samenwerking en opdrachten centraal staan. Met andere woorden: de auteurs vergelijken tutoring-achtige instructie (een methode waarvan al decennialang bekend is dat ze effectief is) met een klassieke versie van actief leren. Kun je dan zeggen dat AI beter werkt? Of had je dan AI-tutoring moeten vergelijken met tutoring van een docent of een oudere student? Of met een Intelligent Tutoring System?

Ten tweede: het novelty effect. Studenten waren meer betrokken en gemotiveerd. Maar dit was wellicht omdat ze met een nieuwe, hippe tool werkten. Maar hoe lang blijft dat effect bestaan? Zonder herhaalde blootstelling of langdurig gebruik weten we niet of die motivatie en betrokkenheid blijven bestaan als de nieuwigheid eraf is. 

Ten derde: tijdsbesparing betekent niet automatisch dieper leren. Studenten leerden meer in minder tijd, maar dat zegt niets over of ze de stof echt begrepen of alleen maar snel oppikten. De toetsen die de studenten maakten richtten zich volgens de auteurs op "the understanding, applying, and analyzing levels of Bloom’s Taxonomy". Mogelijk matchte dit minder goed met de opzet van de opzet en opdrachten in de actief leren-lessen, die mogelijk beter aansluiten bij de hogere niveau's van de taxonomie.

Kortom: AI is geen magie. Het werkt alleen wanneer het goed ontworpen is. Als je dezelfde principes (stapsgewijze begeleiding, directe feedback, adaptief tempo) in de klas of in een face-to-face situatie toepast, zou het resultaat vergelijkbaar kunnen zijn. En dan is er nog iets wat de auteurs helemaal vergeten te noemen: de prijs van veel directe feedback die de AI-tutor je kan geven. Het is al lang bekend uit de literatuur over Intelligent Tutoring Systems (ITS) dat directe feedback efficiënt kan zijn, maar dat het studenten ook kan belemmeren in het zelf ontdekken en corrigeren van hun eigen fouten. Schooler en Anderson waarschuwden hier in de jaren '90 al voor. Studenten die direct feedback krijgen, leren misschien sneller, maar ze leren óók minder zelfstandig. Ze leren bijvoorbeeld minder goed zelf fouten ontdekken en deze fouten corrigeren.

Activerend onderwijs 5: Laat je studenten niet verzuipen

Kirschner, P. A., Sweller, J., Clark, R. E. (2006). Why minimal guidance during instruction does not work: An analysis of the failure of constructivist, discovery, problem-based, experiential, and inquiry-based teaching. Educational Psychologist, 41, 75-86. https://doi.org/10.1207/s15326985ep4102_1 

Introductie

Heb je wel eens gehoord van het begrip “leerkuil” (in het Engels: “Learning pit”)? Ik had er tot voor kort ook niet van gehoord, maar als de onderstaande afbeelding bekijkt, herken je er misschien wel iets in.  ¹

 

https://www.praxisbulletin.nl/wp-content/uploads/2022/01/PB39_05_beeld_leerklimaat_2.jpg 

Bij activerend leren werken studenten geregeld in groepen aan complexe opdrachten waarbij ze flink op zichzelf worden teruggeworpen. Deze opdrachten zijn complex en uitdagend omdat studenten veel zelf uit moeten zoeken, de randvoorwaarden niet altijd duidelijk zijn en er ook niet een duidelijk vastomlijnde oplossing is. De kans is dan groot dat studenten als het ware op de bodem van de leerkuil blijven zitten en de weg eruit niet meer vinden. Dit soort opdrachten zie je vaak bij bijvoorbeeld probleem-gestuurd onderwijs, ontdekkend leren, ervaringsgericht leren en onderzoekend leren. In hun klassieke artikel uit 2006 betogen Paul Kirschner, John Sweller en Richard Clark dat de reden dat studenten in een leerkuil geraken en er niet meer uitkomen te maken heeft met het gegeven dat bij dit soort complexe opdrachten het werkgeheugen van studenten overbelast raakt. Door deze overbelasting stopt het leren vervolgens in feite. Het artikel van Kirschner et al. is een oproep om doordacht te werk te gaan bij het vormgeven van dit soort onderwijs en hierbij rekening te houden met de beperkte werkgeheugencapaciteit van studenten. Ze pleiten voor meer ondersteuning van studenten bij het leerproces. Ze stellen dat bij ontdekkend of ervaringsgericht leren de kans groot is dat er niet geleerd wordt (studenten klimmer niet meer uit de leerkuil) en ze maken in hun artikel duidelijk waarom instructie én ondersteuning van je studenten  van het grootste belang zijn.

Het idee

Kirschner et al. spreken in hun artikel over minimally guided instruction. Daarvan is sprake wanneer studenten zelf de begrippen en concepten moeten ontdekken die ze geacht worden te leren. Studenten moeten dan leren met weinig instructie en ondersteuning van de docent. Door te verwijzen naar de werking van het geheugen en door gebruik te maken van de cognitive load theory van Sweller leggen Kirschner et al. uit dat er een groot nadeel kleeft aan deze vormen van onderwijs: de kans is erg groot dat het werkgeheugen van studenten in dit soort situaties overbelast raakt. Als dat het geval is, zal er van leren geen sprake kunnen zijn. In dit soort situaties zullen studenten heel veel mentale energie moeten steken in het zoeken naar strategieën om het probleem waarvoor ze geplaatst worden op te lossen. Dit doet een groot beroep op de werkgeheugencapaciteit van studenten. Deze belasting van het werkgeheugen draagt niet bij aan het leren.

De inzichten

Wat goed is voor een expert is niet goed voor een beginner (en andersom)

Minimally guided instruction wordt vaak verdedigd met het argument dat het authentiek is: Beroepsbeoefenaars of experts werken ook vaak aan de complexe, slecht gedefinieerde problemen die centraal staan bij minimally guided instruction. Het probleem is dat experts, door hun rijke kennisbasis, veel minder tegen problemen aanlopen. Zij herkennen het probleem bijvoorbeeld veel gemakkelijker en zien sneller hoe het probleem vervolgens opgelost moet worden. Kortom hun werkgeheugen wordt veel minder belast en er blijft dus mentale capaciteit voor hen over om te leren. Bij beginners (je studenten) is dat dus heel anders. Beginners hebben baat bij duidelijke instructie en voldoende ondersteuning, maar dat ontbreekt nu juist bij minimally guided instruction.

Begin met veel instructie en ondersteuning en bouw het af

Als het onderwerp waar je studenten over leren of het probleem dat ze moeten oplossen nog erg onbekend is, dan begin je het beste met veel uitleg en veel ondersteuning. Leg belangrijke concepten bijvoorbeeld goed uit. En laat bijvoorbeeld zien hoe jij als expert het probleem stap-voor-stap zou aanpakken. Laat ze daar vervolgens mee oefenen en geef ze zo geleidelijk meer en meer verantwoordelijkheid en zelfstandigheid. Dat afbouwen is belangrijk, het expertise-reversal effect (Kalyuga et al. 2003, 2007) laat namelijk zien dat juist wanneer je studenten meer expertise verkrijgen instructie en begeleiding je studenten in de weg kunnen gaan zitten.

Meer weten?

• In deze webinar legt Paul Kirschner belangrijke theorieën uit de cognitieve psychologie uit, die hij gebruikte in zijn artikel met Sweller en Clark. https://www.youtube.com/watch?v=QrGOO_7QQOg 

1 Overigens, als je meer gaat lezen over het begrip leerkuil dan gaat er wel een kleine beerput open. Veel auteurs lijken dit begrip te koppelen aan het begrip mindset. Het idee is dan kortgezegd dat je met de juiste mindset wel uit de leerkuil kunt komen. De mindsettheorie van Carol Dweck is echter niet zonder kritiek. Zie voor meer info: https://onderwijskunde.blogspot.com/2017/06/got-my-mindset-on-you.html

Activerend onderwijs 4: Zorg dat samenwerkend leren loont

Kirschner, F., Paas, F., & Kirschner, P. A. (2009). A cognitive load approach to collaborative learning: United brains for complex learning. Educational Psychology Review, 21, 31-42. https://doi.org/10.1007/s10648-008-9095-2 

Introductie 

Het is de zevende week van je cursus. De tentamens en cursusdeadlines komen in zicht. Na je werkgroep stappen twee studenten op je af: ze willen met je spreken over hun groepsopdracht en hun groepsgenoot. Ze vertellen je dat de samenwerking erg moeizaam verloopt, dat deze groepsgenoot afspraken vaak niet na komt en dat het werk dat deze student bijdraagt ondermaats is. Het gevolg hiervan is dat de andere twee studenten extra veel werk aan het verzetten zijn en dat ze behoorlijk gefrustreerd zijn geraakt. Wat is hier aan de hand? Het leek zo'n goed idee om je studenten in groepen te laten werken, het onderwijs wordt er immers interactief van (zie het artikel van Chi en Wylie). Femke Kirschner, Fred Paas en Paul Kirschner gebruiken in hun artikel inzichten uit de cognitieve psychologie om te verklaren waarom samenwerkend leren niet in alle gevallen leerzaam is. Kort samengevat: wanneer de voordelen van samenwerkend leren niet opwegen tegen de nadelen, dan doet samenwerkend leren mogelijk meer kwaad dan goed. 

Het idee 

Kirschner et al. gebruiken in hun artikel de cognitive load theory van Sweller om te begrijpen waarom samenwerkend leren niet in alle situaties leerzaam is. Cognitive load theory gaat uit van het idee dat het menselijke werkgeheugen slechts een beperkte hoeveel informatie tegelijk kan verwerken. Wanneer het werkgeheugen te veel informatie tegelijk moet verwerken, raakt het overbelast en wordt deze informatie niet meer adequaat verwerkt en uiteindelijk niet opgeslagen in het langetermijngeheugen. Kirschner et al. betogen dat je uit dit gegeven twee zaken kunt afleiden die relevant zijn voor samenwerkend leren.

Ten eerste biedt samenwerkend leren voor studenten een voordeel: Door samen te werken kunnen studenten de hoeveel informatie die ze moeten verwerken verdelen. Er zijn meer mogelijkheden voor het verwerken van al die complexe informatie doordat groepsleden deze informatie kunnen verdelen over de werkgeheugens van de afzonderlijke groepsleden. Kirschner et al. noemen dit het distributievoordeel van samenwerkend leren.

Ten tweede biedt samenwerkend leren voor studenten een nadeel: Wanneer je samenwerkt moet je je ook bezighouden met processen waar je geen aandacht aan hoeft te schenken als je individueel zou werken. Je moet overleggen, goed afstemmen, onduidelijkheden ophelderen, je moet conflicten oplossen, etc. Niet al deze processen dragen bij aan het leerproces van studenten. Kirschner et al. spreken daarom ook wel van transactiekosten. Ook transactiekosten belasten het werkgeheugen en vormen daarmee een beperkende factor in het leerproces van studenten tijdens het samenwerken. Kirschner et al. concluderen dat samenwerkend leren alleen leerzaam kan zijn als het distributievoordeel tijdens samenwerkend leren groter is dan de transactiekosten van samenwerkend leren.

De inzichten 

Vergroot het distributievoordeel door taken voldoende complex te maken Kirschner et al. hebben in enkele studies laten zien dat je door taken voldoende complex te maken, ervoor kunt zorgen dat de voordelen van samenwerkend leren opwegen tegen de nadelen. Wanneer de groepsopdracht die je aan je studenten geeft voldoende complex is, dan is er een duidelijk distributievoordeel. Studenten hebben er dan voordeel van dat ze de mentale inspanning die het verwerken van deze grote hoeveelheid informatie kost, kunnen verdelen. Uiteraard zullen ze dan nog steeds moeten overleggen en afstemmen, maar het voordeel van het kunnen verdelen is dan groot genoeg. Als je gebruik maakt van samenwerkend leren in je onderwijs loont het dus de moeite om kritisch te kijken naar de complexiteit van de opdrachten die je aan je studenten geeft. Wanneer je vermoedt of merkt dat een opdracht te eenvoudig is, dan is het verstandig om te bedenken hoe je de opdracht complexer kunt maken. 

Verlaag transactiekosten door je studenten voldoende te ondersteunen Een andere manier om te zorgen dat samenwerkend leren loont, is door te bedenken hoe je je studenten kunt ondersteunen door voor hen de transactiekosten zo laag mogelijk te houden. Het idee hierbij is dat je ervoor zorgt dat de kans zo klein mogelijk is dat meeliftgedrag, conflicten, etc. voorkomen. Het werk van de broers David en Roger Johnson geeft al veel aanknopingspunten hiervoor. Op basis van hun jarenlange onderzoek hebben ze vijf principes geformuleerd die van belang zijn om samenwerkend leren succesvol te laten verlopen. Het eerste advies dat Johnson en Johnson geven is om te zorgen dat je studenten voldoende afhankelijk van elkaar zijn. Zorg ervoor dat je studenten elkaar écht nodig hebben. Het gebruiken van een complexe opdracht zorgt al voor een flinke mate van afhankelijkheid. Studenten hebben dan echt de inzet van hun groepsleden nodig om de opdracht tot een goed einde te brengen. Maar er zijn andere manieren die je daarnaast kunt inzetten om je studenten afhankelijk van elkaar te maken. Bijvoorbeeld door studenten verschillende rollen te geven of door informatie te verdelen onder groepsleden. De Jigsaw-methode maakt gebruikt van dit laatste principe.

De Jigsawmethode.

Een tweede advies is om te zorgen dat groepsleden individueel aanspreekbaar zijn op hun bijdrage aan het groepsproces en -resultaat. Studenten moeten kunnen zien wat ieder groepslid bijdraagt, maar dat is voor jou als docent ook van belang. Als je niet weet wat de bijdrage van ieder van je studenten is, kun je hen ook niet aanspreken op hun bijdrage. Meeliften ligt dan op de loer: het is voor studenten dan gemakkelijk en verleidelijk om op te gaan in de relatieve massa van de groep. Je kunt de individuele aanspreekbaarheid van studenten verhogen door bijvoorbeeld studenten te laten aangeven wat hun bijdrage is geweest aan het paper dat ze samen schreven. Of door hen een logboek te laten bijhouden. 

Er zijn ook leerzame transactiekosten 

Door het voorgaande zou je het idee kunnen krijgen dat alle interacties die plaatsvinden in samenwerkende groepen enkel ballast zijn. Dat is uiteraard niet zo. Denk maar terug aan het artikel van Fiorella en Mayer: iets uitleggen of onderwijzen aan een ander is een prima leeractiviteit. Het is dus de kunst om te zorgen dat de échte transactiekosten zo laag mogelijk zijn en dat de leerzame interacties de overhand kunnen krijgen. Kijk dus hoe je de verstorende processen zoals meeliften kunt verlagen door studenten van elkaar afhankelijk te maken en individueel aanspreekbaar te maken. Zorg er daarbij voor dat je studenten laat zien wat je dan wél van hen verwacht: inhoudelijke discussies, overleggen, argumenten geven, etc. Het is goed voorstelbaar dat je studenten daarover instructie of extra informatie nodig hebben. 

Meer lezen?

• Op het onderwijswetenschappen blog vind je tips voor het vormgeven van (online) samenwerkend leren. https://www.uu.nl/nieuws/hoe-bereik-ik-mijn-lesdoelen-in-een-online-setting-volgens-de-jigsaw-methode
• UU collega's Anne Geesink, Rianne Poot, Daniëlle Vlaanderen en Itzél Zuiker de matrix groepssamenwerking. Deze matrix bevat voor verschillende aandachtspunten in de samenwerking vragen voor studenten die zij aan zichzelf kunnen stellen om hun samenwerking te stimuleren. Deze matrix kun je vinden de Teaching and Learning Collection van het Centre for Academic Teaching. https://teaching-and-learning-collection.sites.uu.nl/knowledge_item/studenten-die-samenwerken-als-professionals/
• Karin Smit legt hier uit hoe je succesvol les kunt geven met de Jigsaw methoden in een online setting. https://www.uu.nl/nieuws/hoe-bereik-ik-mijn-lesdoelen-in-een-online-setting-volgens-de-jigsaw-methode 

Activerend onderwijs 3: Leren in context

Brown, J. S., Collins, A., & Duguid, P. (1989). Situated cognition and the culture of learning. Educational Researcher, 18(1), 32-42.

Introductie

Eén van de speerpunten in het onderwijs van de Universiteit Utrecht is Community Engaged Learning (CEL). CEL is een vorm van ervaringsgericht onderwijs waarbij studenten, docenten en externe partners samenwerken aan maatschappelijke vraagstukken. Deze projecten zijn voor studenten vaak erg vormende ervaringen. Maar dit soort onderwijs helpt studenten ook om de kloof te overbruggen tussen de vaak theoretische en abstracte kennis die centraal staat op hun opleiding en de weerbarstigheid van de praktijk. In hun klassieke artikel uit 1989 beschrijven Brown, Collins en Duguid deze kloof tussen formeel onderwijs en de praktijk en opperen zij vormen van onderwijs die kunnen helpen deze kloof te dichten.

Het idee

In de jaren ’80 van de vorige eeuw was er veel aandacht voor de verschillen tussen het leren op de universiteit en het leren in het dagelijks leven. Lauren Resnick beschreef bijvoorbeeld 1987 in haar presidential address voor de American Educational Research Association (AERA) de opvallende discontinuïteiten tussen het leren op school en het leren daarbuiten. Brown et al. wezen in hun artikel ook op deze verschillen: in het formele onderwijs zijn er vaak duidelijke regels, vastomlijnde opdrachten en duidelijke antwoorden, terwijl dit bij het leren in het alledaagse leren vaak ontbreekt. Brown et al. lieten in hun artikel zien dat deze verschillende contexten kunnen zorgen voor problemen. Zij betogen dat de context waarin je iets leert, bepalend is voor de manier waarop je dat leert. Je kunt op de universiteit bijvoorbeeld veel leren over kansberekening en statistiek, maar wanneer je in het dagelijks leven gebruik moet maken van kansberekening dan passen je die kennis vaak niet toe. Dat komt omdat we deze kennis hebben geleerd in een formele onderwijssituatie en we moeite hebben met de transfer naar problemen en vraagstukken in het alledaagse leven.

De inzichten

Het is een kwestie van cultuur

In hun artikel laten Brown et al. zien dat leren in formele onderwijssituaties en het leren in alledaagse situaties twee verschillende culturen zijn geworden met hun eigen regels. Zo is het in het formele onderwijs lang niet altijd toegestaan om hulpmiddelen te gebruiken (zeker bij toetsen), terwijl je in het dagelijks leven vaak zoveel mogelijk gebruik maakt van hulpmiddelen. Door deze verschillende leerculturen zijn studenten vaak niet in staat om wat ze in het formele onderwijs hebben geleerd in te zetten bij het oplossen van vraagstukken in de praktijk. De cultuurverschillen tussen het formele leren en het informele leren staan transfer van de ene cultuur naar de andere in de weg.

Gesitueerd leren is (een deel) van de oplossing

Om deze kloof te overbruggen stellen Brown et al. voor om het leren op de universiteit meer te laten lijken op het leren in het dagelijks leven. Zij noemen dit gesitueerd leren. Brown et al. beschrijven manieren om dit te realiseren. Bijvoorbeeld door het leren op de universiteit minder abstract te maken en meer in te bedden in authentieke en realistische situaties en contexten. Het idee is dat je door het onderwijs contextrijker te maken, je studenten helpt de overeenkomsten te zien tussen bijvoorbeeld de problemen en stof die zij op de universiteit bestuderen en de problemen die zij in de praktijk tegenkomen. Dit vergemakkelijkt de transfer van de ene naar de andere context.

Verschillende wegen naar contextrijk onderwijs

Er zijn verschillende manieren om je onderwijs contextrijker te maken. Het hierboven genoemde Community Engaged Learning is vorm van onderwijs waarin het idee van contextrijkheid en authentieke en gesitueerde problemen ver is doorgevoerd. Uiteraard leent niet elk domein en elk vakgebied zich voor deze vorm van onderwijs. Toch zijn er ook andere manieren waarop je je onderwijs contextrijker kunt maken. Zo is het wellicht mogelijk dat je studenten voor een opdrachtgever samenwerken aan een realistische opdracht, waarbij ze begeleid worden door een docent. Of ze werken bijvoorbeeld samen aan een realistische opdracht voor een fictieve opdrachtgever. In beide gevallen wordt de authenticiteit van het onderwijs verhoogd en contextrijkheid vergroot. Door studenten te laten samenwerken, laat je hen zoeken naar oplossingen, samen problemen oplossen, discussiëren, enzovoorts. Dit biedt nog allerlei aanvullende voordelen (zie ook het artikel van Chi en Wylie). Bovendien lijkt dit op hoe in dagelijkse praktijk in (interdisciplinaire) teams problemen worden opgelost. In hoorcolleges of werkgroepen zijn er ook vaak mogelijkheden om de collegestof te verbinden aan actuele vraagstukken, debatten of realistische voorbeelden. Dit zijn vaak wat laagdrempeligere manieren om je onderwijs contextrijker te maken.

 

Verder lezen

• De presidential address van Lauren Resnick kun je lezen op de website van de AERA: http://www.aera.net/Portals/38/docs/Presidential%20Addresses/1987_Resnick,%20Lauren.pdf?timestamp=1459268105765

Activerend onderwijs 2: Acht manieren om actief leren te stimuleren

Fiorella, L., & Mayer, R. E. (2016). Eight ways to promote generative learning. Educational Psychology Review, 28, 717-741. https://doi.org/10.1007/s10648-015-9348-9

Introductie

Tijdens de UU onderwijs 24-uurse in 2023 sprak keynote speaker Dominique Sluijsmans over “zweet op de juiste rug”. Hiermee bedoelde zij dat het de student is die moet zweten tijdens het leerproces en niet de docent. Door studenten op de juiste manier te activeren, verwerken zij stof beter en diepgravender. Overigens maak je je je met activerende didactiek niet altijd populair onder studenten. Deslauriers et al. (2019) vonden in hun studie dat in cursussen waarin activerende didactiek wordt toegepast, studenten negatiever zijn over het onderwijs. Zij schrijven dit toe aan de verhoogde inspanning die van studenten in deze cursus wordt gevraagd. Hoewel het bijdraagt aan hun leerproces, weten studenten dat zweet op hun rug dus niet altijd te waarderen.

Het idee

In hun artikel maken Fiorella en Mayer gebruik van Merlin Wittrocks generative model of learning. In de opvatting van Wittrock is leren een generatieve activiteit. Leren is volgens Wittrock niet het passief consumeren van informatie; tijdens het leren construeren studenten eigen interpretaties van nieuwe informatie en trekken daaruit conclusies. Betekenisvol leren is volgens Wittrock het transformeren van nieuwe informatie uit bijvoorbeeld een college of een studietekst in bruikbare kennis voor het oplossen van problemen, het schrijven van een tekst, enzovoorts. Zowel Wittrock als Fiorella en Mayer benadrukken dat het bij onderwijzen en leren dus niet alleen gaat om hoe informatie wordt gepresenteerd aan studenten (bijvoorbeeld in een boek of een kennisclip), maar zeker ook om welke pogingen studenten doen deze informatie te begrijpen en doorgronden. Met andere woorden: naast de didactische werkvorm die je als docent kiest (hoorcollege, kennisclip, oefening) om informatie over te brengen aan studenten, gaat het ook om de leerstrategieën die studenten hanteren tijdens het verwerken van deze informatie. In hun artikel beschrijven Fiorella en Mayer acht generatieve leerstrategieën die studenten kunnen inzetten tijdens het studeren en die hen ondersteunen bij het betekenisvol leren: samenvatten, concept maps of graphic organizers maken, tekenen, inbeelden, jezelf testen, aan jezelf uitleggen, onderwijzen en leren door te doen of objecten te manipuleren (zie de onderstaande tabel voor een overzicht).

De inzichten

Generatieve leerstrategieën zijn effectief

In hun artikel beschrijven Fiorella en Mayer niet alleen de acht generatieve leerstrategieën maar presenteren ze ook onderwijsonderzoek dat toont dat deze strategieën effectief zijn. De bovenstaande tabel is overgenomen uit hun artikel. De effect sizes (kolom “Median d”) laten zien dat het onderzoek naar deze leerstrategieën aantoont dat het inzetten ervan een duidelijke bijdrage levert aan het leerproces van studenten.

Als docent heb je invloed op de leerstrategieën die je studenten gebruiken

Bij het zorgen dat studenten betekenisvolle strategieën inzetten, heb je als docent een belangrijke rol: je kunt hen inzicht geven in de waarde van bepaalde strategieën, je kunt ze leren hoe ze bepaalde strategieën het beste in kunnen zetten en door het gericht kiezen van opdrachten en werkvormen kun je studenten stimuleren om deze strategieën daadwerkelijk in te zetten. Onderzoek laat zien dat we de rol van docenten hierbij niet moeten onderschatten. Een deel van de studenten is namelijk niet bekend met deze leerstrategieën. Wanneer studenten wel bekend zijn met een strategie zoals jezelf testen en weten dat het een waardevolle strategie is, dan blijken ze deze toch vaak niet te gebruiken. Een recent onderzoek van Duany Rea et al. (2022) liet bijvoorbeeld zien dat studenten vaak wel bekend zijn met generatieve leerstrategieën, maar dat zij ze niet gebruiken omdat ze denken effectieve leerstrategieën tijdrovender zijn en meer moeite kosten. Bovendien twijfelen sommige studenten of ze deze leerstrategieën op de juiste manier toepassen. Wil je de kans vergroten dat je studenten deze generatieve leerstrategieën toepassen, dan is dus belangrijk om aandacht te besteden aan hoe je studenten deze leerstrategieën het beste toe kunnen passen en om je studenten te overtuigen van de waarde van deze strategieën. Bovendien kun je hen helpen door hen te wijzen op informatie en hulpmiddelen die ze kunnen gebruiken om bijvoorbeeld concept maps te maken.

Verder lezen

• Op de website van The Learning Scientists vind je posters waarin effectieve leerstrategieën worden samengevat en uitgelegd. Deze posters kun je delen met je studenten. De poster “Retrieval practice” past bijvoorbeeld bij de leerstrategie jezelf testen en de poster “Elaboration” bij aan jezelf uitleggen. https://www.learningscientists.org/posters
• Op de website van het Experise Centrum voor Effectief Leren (EXCEL) van de Thomas More Hogeschool legt Kristel Vanhoyweghen de Cornellmethode uit. Dit is een methode die studenten kunnen gebruiken om te leren hoe ze het beste effectieve samenvattingen kunnen maken. https://excel.thomasmore.be/2020/04/samenvatten-met-de-cornellmethode-zorgt-voor-extra-leerwinst/
•  Ook het maken van outlines kan een generatieve leerstrategie zijn. Op het blog van onderwijswetenschappen vind je een samenvatting van een recente meta-analyse hierover. http://onderwijskunde.blogspot.com/2023/05/hoe-het-maken-met-outlines-je.html

Activerend onderwijs 1: Maak het constructief en interactief

Chi, M. T. H., Wylie, R. (2014). The ICAP framework: Linking cognitive engagement to active learning outcomes. Educational Psychologist, 49, 219-243.  https://doi.org/10.1080/00461520.2014.965823

Introductie

Een collega paste enkele jaren geleden haar cursus aan: de cursus werd geflipt. Studenten moesten zich thuis voorbereiden door artikelen zelf te bestuderen en kennisclips te bekijken en in werkgroepen gingen studenten vervolgens aan de slag met de stof dan. Ze werkten dan aan casussen, discussieerden in kleine groepen, enzovoorts. Voor deze collega was het een groot succes: studenten verdiepten zich veel meer en bereikten een hoger niveau dan voorheen. Studenten waren minder blij: zij verlangden terug naar hoorcolleges waarin de stof werd uitgelegd en lieten dat in niet mist te verstane bewoordingen blijken in de evaluatie. Waarom bleef deze collega dan voet bij stuk houden en bleef ze haar cursus flippen? Waarom hechten we zo’n groot belang aan activerend onderwijs? Waarom willen we dat studenten met elkaar interacteren? Waarom willen we dat ze kritisch en constructief met de collegestof bezig zijn?. Onderwijsonderzoekers Michelene Chi en Ruth Wylie beschreven in 2014 de waarde van interactief en constructief onderwijs en leggen uit waarom het van belang is om bij studenten interactief en constructief leergedrag uit te lokken.

Het idee

Het is bepaald geen nieuw idee dat studenten meer en betekenisvoller kunnen leren wanneer ze actief studeren. Over actief leren en actief studeren zijn tenslotte hele boeken vol geschreven. Tegelijkertijd merken Chi en Wylie terecht op dat begrippen zoals “activerend onderwijs” docenten weinig houvast geven. Want wat betekent het echt als we zeggen dat we streven naar activerend onderwijs? Wat bedoelen we met “actief leren”? Bovendien geeft een begrip als actief leren docenten geen criteria om te bepalen welke activerende leeractiviteiten dan het meest passend zijn voor hun studenten en geeft het ook geen richtlijnen om hun onderwijs zo aan te passen dat het activerend wordt. In hun artikel presenteren Chi en Wylie daarom het ICAP framework. Op basis van een analyse van theorie en onderzoek komen zij tot de conclusie dat er verschillende varianten van actief leren zijn en dat deze varianten corresponderen met verschillende vormen van waarneembaar leer- en studiegedrag bij studenten. Bovendien leiden deze verschillende vormen van leer- en studiegedrag volgens Chi en Wylie tot verschillende resultaten: hoe actiever studenten zijn, hoe dieper de resultaten.  Chi en Wylie stellen dat je bij studenten vier vormen van leer- en studeergedrag kunt waarnemen: interactief, constructief, actief en passief. Ze voorspellen daarbij dat de opbrengsten van interactief gedrag het grootst zijn, gevolgd door achtereenvolgens, constructief, actief en passief leer- en studeergedrag (I>C>A>P).

De inzichten

Ook bij hoorcolleges kunnen studenten actief zijn

Chi en Wylie (zie de onderstaande tabel) leggen in hun artikel uit dat het gedrag van studenten tijdens een studieactiviteit heel verschillend kan zijn. De onderstaande tabel laat zien dat het uiteraard mogelijk is dat studenten passief gedrag vertonen tijdens hoorcolleges, maar dat ze ook constructief of interactief gedrag kunnen vertonen. Dat laatste is dan volgens Chi en Wylie veel wenselijker.

	PASSIEF (ontvangen)	ACTIEF (manipuleren)	CONSTRUCTIEF (Genereren)	INTERACTIEF (In dialoog gaan)
LUISTEREN naar een college	Luisteren zonder iets anders te doen	Herhalen of oefenen; letterlijke aantekeningen maken	Concept map maken; vragen stellen	Een positie beargumenteren aan een medestudent
LEZEN van een tekst	Teksten lezen zonder iets anders te doen	Onderstrepen of markeren; Samenvatten door te knippen en plakken	Uitleggen aan jezelf; in je eigen woorden aantekeningen maken; verbanden leggen	Met een medestudent begripsvragen beantwoorden en aan elkaar stellen
BEKIJKEN van een video	Een video bekijken zonder iets anders te doen	De video stoppen en pauzeren om bepaalde stukken opnieuw te bekijken	Concepten in de video uitleggen; verbanden leggen tussen de video en andere materialen	Met een medestudent verschillen en overeenkomsten bespreken

Andere processen, andere uitkomsten

In hun artikel leggen Chi en Wylie uit dat de vier verschillende vormen van leer- en studiegedrag ieder hun eigen processen van kennisontwikkeling kennen en dat deze processen ertoe leiden dat de uitkomsten van interactief gedrag heel anders zijn dan van bijvoorbeeld passief gedrag. Volgens Chi en Wylie is het proces dat hoort bij passief gedrag, het opslaan van informatie. Het gaat dan om het opslaan van geïsoleerde informatie zonder duidelijke connecties met kennis die de student al bezit. Bij actief gedrag is integreren het onderliggende proces. Tijdens integratie wordt relevante voorkennis geactiveerd en wordt de nieuwe informatie geïntegreerd in deze reeds aanwezige kennis. Afleiden is dan het proces dat hoort bij constructief gedrag. Door de nieuwe kennis en de reeds aanwezige kennis te beschouwen leiden studenten nieuwe ideeën en nieuwe kennis af en ontstaat er iets nieuws. Tenslotte gebruiken Chi en Wylie het begrip samen afleiden (co-infer) om het proces te beschrijven dat zich afspeelt tijdens interactief gedrag. Door interactie en dialoog leiden studenten dan samen, stap voor stap nieuwe informatie af uit geactiveerde en nieuwe kennis.

Onderzoek ondersteunt de aannames

In hun artikel bespreken Chi en Wylie verschillende studies die de achterliggende ideeën van het ICAP framework ondersteunen. In een onderzoek van Mennekse et al. (2013) werden de effectiviteit van de vier vormen van leer- en studiegedrag vergeleken. De resulaten (zie de onderstaande figuur) ondersteunen de aannames van het ICAP framework (I>C>A>P).

Verder lezen

·         De Teaching and Learning Collection van het Centre for Academic Teaching and Learning bevat veel voorbeelden van leeractiviteiten die passen bij activerend onderwijs. https://cat-database.sites.uu.nl/learning-activities/

Kernpublicaties over activerend onderwijs

De Universiteit Utrecht werkt aan de actualisering van haar onderwijsmodel. Eén van de pijlers van dit onderwijsmodel is het verzorgen van activerend onderwijs. Als lid van één van de werkgroepen ben ik gevraagd om literatuur te verzamelen om een korte onderbouwing te schrijven voor deze peiler. Uiteindelijk heb ik zes artikelen daarvoor geselecteerd. Maar ik wilde iets meer doen dan alleen maar een korte onderbouwing schrijven. Geïnspireerd door boeken als "Op de schouders van reuzen" en "Gedrag in de school" heb ik geprobeerd toegankelijke samenvattingen te schrijven voor docenten van onze universiteit over de inzichten uit deze artikelen. Op het Onderwijswetenschappen blog deel ik de komende dagen deze samenvattingen. Dit zijn:

• Maak het constructief en interactief 

(Gebaseerd op: Chi, M. T. H., Wylie, R. (2014). The ICAP framework: Linking cognitive engagement to active learning outcomes. Educational Psychologist, 49, 219-243.  https://doi.org/10.1080/00461520.2014.965823)

• Acht manieren om actief leren te stimuleren

(Gebaseerd op: Fiorella, L., & Mayer, R. E. (2016). Eight ways to promote generative learning. Educational Psychology Review, 28, 717-741. https://doi.org/10.1007/s10648-015-9348-9)

• Leren in context

Brown, J. S., Collins, A., & Duguid, P. (1989). Situated cognition and the culture of learning. Educational Researcher, 18, 32-42.

• Zorg dat samenwerken loont

Kirschner, F., Paas, F., & Kirschner, P. A. (2009). A cognitive load approach to collaborative learning: United brains for complex learning. Educational Psychology Review, 21, 31-42. https://doi.org/10.1007/s10648-008-9095-2

• Gooi je studenten niet in het diepe

Kirschner, P. A., Sweller, J., Clark, R. E. (2006). Why minimal guidance during instruction does not work: An analysis of the failure of constructivist, discovery, problem-based, experiential, and inquiry-based teaching. Educational Psychologist, 41, 75-86. https://doi.org/10.1207/s15326985ep4102_1

• Bouw een steiger op voor je student en breek hem weer af

Van de Pol, J., Volman, M., & Beishuizen, J. (2010). Scaffolding in teacher-student interaction: A decade of research. Educational Psychology Review, 22, 271-296. https://doi.org/10.1007/s10648-010-9127-6

Actief leren ook effectief in geestes- en sociale wetenschappen

In een recente studie in Higher Education werd gekeken naar de effecten van actief leren in vergelijking met traditioneel lesgeven op het leerprestaties van studenten in de geestes- en sociale wetenschappen. Hiervoor werd een meta-analyse uitgevoerd van 68 studies die vergelijkbare gegevens bevatten. De resultaten laten zien dat actief leren significant beter is voor de leerprestaties dan traditioneel lesgeven (g = 0.37, Z = 7.639, p < 0.001). Dit bevestigt eerdere onderzoeken die suggereren dat actieve instructiemethode leiden tot betere resultaten bij studenten dan passieve methoden zoals college geven.

Het abstract

A previous meta-analysis found that active learning has a positive impact on learning achievements for college students in STEM fields of study. However, no similar meta-analyses have been conducted in the humanities and social sciences. Because major dissimilarities may exist between different fields or domain of knowledge, there can be issues with transferring research findings or knowledge across fields. We therefore meta-analyzed 104 studies that used assessment scores to compare the learning achieved by college students in humanities and social science programs under active instruction versus traditional lecturing. Student performance on assessment scores was found to be higher by 0.489 standard deviations under active instruction (Z = 6.521, p < 0.001, k = 111, N = 15,896). The relative beneficial effect of active instruction was found to be higher for some course subject matters (i.e., Sociology, Psychology, Language, Education, and Economics), for smaller (≤ 20 students) rather than larger class or group sizes, and for upper level rather than introductory courses. Analyses further suggest that these findings are not affected by publication bias.

Onderzoek bevestigt opnieuw: Studeren om iets te onderwijzen werkt

In een inmiddels klassiek onderzoek lieten Bargh en Schul (1980) zien dat studenten die een onderwerp bestuderen met als doel dit onderwerp te onderwijzen aan medestudenten, betere leerprestaties behalen dan studenten die hetzelfde onderwerp voor zichzelf bestuderen. 

In een onderzoek dat binnenkort zal verschijnen in de Journal of Educational Psychology repliceren Guerrero en Wiley (in press) in feite dit resultaat. In dit nieuwe onderzoek laten de auteurs aan de hand van twee experimenten zien dat het bestuderen van een onderwerp met de verwachting dit onderwerp te onderwijzen een positief effect heeft op leerprestaties bij zowel eenvoudige als moeilijke studieteksten. Deze prestaties worden gevonden op korte termijn (meteen na het bestuderen van de studietekst) als op de wat langere termijn (een week na het bestuderen van de studietekst).

Het experiment onderzocht ook een mogelijke verklaring voor de positieve effecten die gevonden werden in de experimenten. Op basis van eerder onderzoek vermoedden de auteurs dat de verwachting de studietekst te onderwijzen mogelijk de motivatie van studenten verhoogt. In experiment 1 bleek de motivatie van studenten die studeerden met de verwachting de studietekst te onderwijzen inderdaad hoger, maar kon deze motivatie de betere leerprestaties niet geheel verklaren.

Dit onderzoek toont eens te meer aan dat het aanmoedigen van een actieve studiehouding (generative learning) helpt om leerprestaties te verhogen. 

Het abstract

Past research has suggested that there may be benefits in learning from expository science text when students study with the expectation that they will need to teach another student. The present experiments were designed to extend prior work by testing whether an effect would be seen on both immediate tests (similar to those used in most prior studies) as well as delayed tests (which are important for demonstrating long-term learning of material). The experiments also tested whether an effect would be seen when learning outcomes were measured using questions testing memory for the text and questions testing comprehension from the text, and the experiments explored whether effects would be seen for a text written below grade level (Experiment 1) versus at an appropriate grade level (Experiment 2). Across both experiments, results supported that expecting to teach improved learning outcomes even at a delay and improved both memory and comprehension from expository texts. These results suggest that expecting to teach may be a useful activity for supporting durable learning from expository texts.

 

Guerrero, T. A., & Wiley, J. (in press). Expecting to Teach Affects Learning During Study of Expository Texts. Journal of Educational Psychology. Advance online publication. http://dx.doi.org/10.1037/edu0000657

Waarom hebben studenten een hekel aan activerende didactiek?

Hoe komt het dat docenten in het hoger onderwijs relatief weinig gebruik maken van vormen van actief leren? Een mogelijke verklaring ligt in de weerstand die studenten mogelijk hebben tegen activerende didactiek. Vaak zijn cursusevaluaties in cursussen waarin activerende didactiek wordt ingezet negatiever. In een recent artikel in PNAS onderzochten Deslauriers, McCarty, Miller, Callaghan en Kestin (2019) de paradox dat in activerende cursussen studenten vaak wel meer leren, maar studenten ook vaak negatief zijn over dergelijke cursussen. Het blijkt dat deze negatieve percepties van studenten samenhangen de verhoogde cognitieve inspanning die van hen gevraagd wordt tijdens dergelijke cursussen. 

Significance: Despite active learning being recognized as a superior method of instruction in the classroom, a major recent survey found that most college STEM instructors still choose traditional teaching methods. This article addresses the long-standing question of why students and faculty remain resistant to active learning. Comparing passive lectures with active learning using a randomized experimental approach and identical course materials, we find that students in the active classroom learn more, but they feel like they learn less. We show that this negative correlation is caused in part by the increased cognitive effort required during active learning. Faculty who adopt active learning are encouraged to intervene and address this misperception, and we describe a successful example of such an intervention.

Abstract:We compared students’ self-reported perception of learning with their actual learning under controlled conditions in large-enrollment introductory college physics courses taught using 1) active instruction (following best practices in the discipline) and 2) passive instruction (lectures by experienced and highly rated instructors). Both groups received identical class content and handouts, students were randomly assigned, and the instructor made no effort to persuade students of the benefit of either method. Students in active classrooms learned more (as would be expected based on prior research), but their perception of learning, while positive, was lower than that of their peers in passive environments. This suggests that attempts to evaluate instruction based on students’ perceptions of learning could inadvertently promote inferior (passive) pedagogical methods. For instance, a superstar lecturer could create such a positive feeling of learning that students would choose those lectures over active learning. Most importantly, these results suggest that when students experience the increased cognitive effort associated with active learning, they initially take that effort to signify poorer learning. That disconnect may have a detrimental effect on students’ motivation, engagement, and ability to self-regulate their own learning. Although students can, on their own, discover the increased value of being actively engaged during a semester-long course, their learning may be impaired during the initial part of the course. We discuss strategies that instructors can use, early in the semester, to improve students’ response to being actively engaged in the classroom.

De auteurs geven ook enkele aanbevelingen die studenten kunnen overtuigen van de meerwaarde van activerende didactiek:

1. Besteed aandacht aan het uitleggen waarom activerende didactiek in het belang van de student is. En leg daarbij ook uit dat de extra inspanning die van hen gevraagd wordt belangrijk is voor hun leerproces.
2. Wacht niet te lang met het afnemen van een tussentijdse (formatieve of summatieve) toets, zodat studenten hun eigen voortgang kunnen inschatten.
3. Vraag studenten regelmatig om feedback over de cursus en bespreek de zorgen van studenten met hen.

Deslauriers, McCarty, Miller, Callaghan, & Kestin (2019). Measuring actual learning versus feeling of learning in response to being actively engaged in the classroom. PNAS. https://www.pnas.org/content/early/2019/09/03/1821936116