In het artikel Effectief leren van multimediale leerbronnen beschrijven Liesbeth Kester & Jeroen van Merriënboer wat er nodig is om als expert te handelen in de wereld om ons heen: je moet beschikken over schema's met declaratieve kennis en procedurele kennis:
Effectief leren leidt tot expertise en expertise in een bepaald domein resulteert in steeds rijkere en geavanceerdere schema’s in het langetermijngeheugen. Expertise is dus niet zozeer het vermogen om te kunnen redeneren met een groot aantal elementen, want dit kan niet met ons beperkte werkgeheugen; het is de beschikking hebben over rijke en geavanceerde schema’s. In een notendop bevatten deze schema’s declaratieve kennis en procedurele kennis. Declaratieve kennis stelt ons in staat de wereld om ons heen te begrijpen en samen met procedurele kennis stelt het ons ook in staat in de wereld om ons heen te handelen. Twee complementaire processen leiden tot expertiseontwikkeling, namelijk schema-constructie en schema-automatisering.
Schema constructie is een (vaak) bewust proces dat resulteert in steeds complexere schema’s die ontstaan door steeds meer elementen of schema’s te koppelen. Deze schema’s bevatten kennis en zorgen voor een sterke vermindering in de belasting van het werkgeheugen omdat het werkgeheugen schema’s, ongeacht hun complexiteit, verwerkt als één element. Dus: wat voor de één een grote hoeveelheid elementen is, is voor een andere, meer ervaren persoon maar één element, omdat deze de afzonderlijke elementen al in een schema heeft ondergebracht.
Hierdoor kan het voorkomen dat nieuwe informatie voor iemand met veel relevante expertise goed te begrijpen is, terwijl het voor een ander, met een beperkte voor kennis, niet begrijpelijk is.
Schema-automatisering treedt op wanneer leerlingen herhaaldelijk en succesvol een bepaald cognitief schema toepassen. Ook schema-automatisering vermindert de belasting op het werkgeheugen. Geautomatiseerde schema’s hebben een directe koppeling met gedrag (denk aan blind typen – wie dat kan is zich niet meer bewust van de sturing van zijn vingers op het toetsenbord) en zijn actief buiten het werkgeheugen om. Hierdoor belasten ze het werkgeheugen niet.
(...)
Schemaconstructie: bouwen en uitbreiden
Om schema’s te (re)construeren moet een leerling algemene informatie uit een reeks specifieke voorbeelden destilleren (generaliseren). Aan de hand van de rode draad bouwt hij generieke schema’s, die toepasbaar zijn op meerdere situaties. Voldoet een generiek schema niet voor een specifieke situatie, dan kan hij details toevoegen om het wel toepasbaar te maken (discrimineren). Dit proces van bouwen middels generalisatie en discriminatie heet inductie (Holland et al., 1989).
Het is een bewust uitgevoerd, strategisch en gecontroleerd proces (mindful abstraction, Perkins & Salomon, 1989). Met deze voorkennis is een leerling vervolgens in staat nieuwe informatie te begrijpen (in welk schema hoort dit thuis?) en te structureren (integreren in het schema). Dit proces van uitbreiden heet elaboratie (Willoughby et al., 1997).
(...)
Schema-automatisering: kenniscompilatie en versterking
Het tweede proces dat leidt tot expertiseontwikkeling is schema-automatisering. Leerlingen automatiseren de schema’s die zij hebben geconstrueerd door middel van twee stappen: kenniscompilatie en versterking.
Kenniscompilatie heeft betrekking op het vormen van procedures. Een voorbeeld is het leren van de procedure voor opbellen: pak de telefoon; toets tien cijfers in; druk op het groene hoorntje; wacht tot er opgenomen wordt; zeg je naam. Wanneer een kind leert telefoneren staat de ouder er eerst naast om stap voor stap instructie te geven. Na een tijdje hoeft dat niet meer: het kind doet het ‘automatisch’ goed, ofwel: de stappen van de procedure zijn gecombineerd in één schema. Op basis van dit schema kunnen weer specifieke schema’s ontstaan, zoals ‘opa en oma opbellen’. Ook dit is kenniscompilatie. Het gecombineerde schema bestaat uit het schema ‘opbellen’ inclusief het nummer van opa en oma. Kenniscompilatie gaat dus over het vormen van schema’s die iemands gedrag direct sturen. Dit noemen we procedurele kennis: iets kunnen zonder dat je bewust weet hoe je het moet doen.
De tweede stap is het versterken van de schema’s. De zeer specifieke schema’s die ontstaan door kenniscompilatie zijn in eerste instantie zwak. Vergelijk het met een zogenoemd olifantenpaadje: als iemand één keer het voetpad door de berm afsnijdt leidt dat nog niet tot een pad – als dat honderd keer gebeurt wel. Zo werkt het ook in het geheugen: door kenniscompilatie ontstaat een geheugenspoor, dat door herhaaldelijk gebruik een sterk geheugenpad wordt. Hoe vaker een leerling het schema succesvol inzet, hoe sterker het wordt en hoe groter de kans is dat hij het snel en op de juiste manier kan inzetten. Versterking van de schema’s vereist lange perioden van training om volledige automatisering te bereiken (Palmeri, 1999). Denk aan het oefenen van de tafels van vermenigvuldiging. Het resultaat is dat leerlingen routinevaardigheden ‘op de automatische piloot’ kunnen uitvoeren.
Multimediale leerbronnen die insteken op schema-automatisering bieden mogelijkheden voor kenniscompilatie door middel van procedurele informatie. Voor het versterken van schema’s kunnen leerlingen deeltaak-oefeningen uitvoeren. Hieronder werken we beide uit.
• Kenniscompilatie middels procedurele informatie
Het doel van procedurele informatie is leerlingen kennis te laten opdoen die noodzakelijk is voor het uitvoeren van routinevaardigheden. Het gaat om ‘hoe doe je dat’-instructies die vaak de vorm hebben van ‘als … dan’-regels. Verder gaat het om informatie die nodig is om deze instructies te begrijpen, vaak de definities van elementen uit deze instructies. Als leerlingen de spanning van een object in een elektrische schakeling moeten meten met een voltmeter, kan de ‘hoe doe je dat’-instructie bijvoorbeeld luiden: ‘Schakel de voltmeter parallel met het object waarvan je de spanning wilt meten’. Noodzakelijke informatie die nodig is om deze instructie te begrijpen is de definitie van een voltmeter, bij voorkeur geïllustreerd met een plaatje ervan.
Traditionele leerbronnen voor procedurele informatie zijn de leraar, job aids en learning aids. De leraar geeft procedurele informatie wanneer hij meekijkt over de schouders van de leerlingen en aanwijzingen geeft bij het uitvoeren van de routinevaardigheden (‘Nee, je moet dit instrument op deze manier vasthouden’, ‘Kijk, je moet nu deze optie selecteren’). Job aids en learning aids zijn bijvoorbeeld posters met veelgebruikte softwarecommando’s die aan de muren van het computerlokaal hangen, de gebruiksaanwijzing die naast een machine ligt, of de handleiding met veiligheidsmaatregelen voor stagiaires bij een bedrijf.
Modernere leerbronnen die procedurele informatie kunnen presenteren zijn bijvoorbeeld apps op tablets en smartphones, augmented reality-omgevingen en online hulpsystemen. Dit soort leerbronnen presenteren de procedurele informatie uit zichzelf of op verzoek van de leerling. Eenaugmented reality-omgeving kan procedurele informatie geven als een leerling naar een bepaalde display of controlepanel in de echte omgeving kijkt. Een online hulpsysteem geeft advies precies op het moment dat de leerling dit nodig heeft tijdens het werken aan een leertaak.
Wat maakt multimediale procedurele informatie effectief?
Just-in-time
Procedurele informatie die hoort bij een bepaalde vaardigheid moet actief zijn in het werkgeheugen op het moment dat een leerling de vaardigheid uitvoert. Alleen dan kan kenniscompilatie optreden (Van Merriënboer & Kirschner, 2013). De beste manier om dit te bewerkstelligen is door de procedurele informatie precies op het juiste moment (het just-in-time-principe) aan te bieden, ofwel op verzoek van een leerling ofwel ongevraagd. In dat laatste geval is meestal sprake van een leraar die aanwijzingen geeft tijdens de taakuitvoering – denk aan de chirurg die de arts in opleiding tijdens een operatie op het juiste moment uitlegt hoe hij een instrument het beste gebruikt. Augmented reality-systemen die gebruik maken van sensoren, bijvoorbeeld GPS voor locatiebepaling, kunnen deze taak van de leraar gedeeltelijk overnemen (Ternier et al., 2012).
Om ervoor te zorgen dat de procedurele informatie in het werkgeheugen beschikbaar is tijdens de taakuitvoering, kan een leerling deze informatie ook van tevoren uit het hoofd leren. Mayer en Moreno (2003) noemen dit ook wel het pretraining effect. In een overzichtsartikel laten zij zien dat leerlingen betere resultaten behalen wanneer ze eerst leren uit welke componenten een bepaald systeem bestaat alvorens ze leren hoe het systeem werkt (Devolder et al., 2009).
• Versterking middels deeltaakoefeningen
Wie de tafels van vermenigvuldiging goed kent kan beter rekenen. Door bepaalde routinematige kennis en vaardigheden te oefenen verstevigen leerlingen hun basis, hun geautomatiseerde schema’s, waardoor ze in staat zijn de vaardigheden op termijn geheel geautomatiseerd uit te voeren. Multimediale leerbronnen die gericht zijn op vaardighedenontwikkeling in de vorm van deeltaakoefeningen, hebben dikwijls het karakter van op ‘stampen’ gericht computerondersteund onderwijs, al dan niet in de vorm van een app.
Wat maakt multimediale deeltaakoefeningen effectief?
Inoefening
Iemand leert beter autorijden als hij apart leert schakelen. Het inoefenen van een routinevaardigheid als schakelen in een auto heeft positieve effecten op leren en het uitvoeren van de hele taak. Leerlingen leren ‘op de automatische piloot’ te schakelen. En dat gebeurt zonder bewuste verwerking en laat daarmee het werkgeheugen onbelast. Hierdoor komt er capaciteit vrij voor de niet-routinematige vaardigheden zoals probleemoplossen en redeneren (het inschatten van lastige verkeerssituaties).
Uit onderzoek blijkt dat inoefening effectief is mits het gebeurt in de context van de hele taak (Carlson et al., 1989, 1990). Leerlingen hebben dus een relevante cognitieve context nodig om de routines te kunnen plaatsen. Dat blijkt ook uit een meta-analyse van Wickens en collega’s (2013) die vonden dat inoefening effectief is wanneer het plaatsvindt ná kennismaking met de hele taak, maar niet als het plaatsvindt tíjdens kennismaking met de hele taak.
