Helpen virtuele tutors leerlingen met ‘leren’ leren?

Geplaatst op 1 juni 2016

Auteur: Inge Molenaar

Leerlingen zijn overwegend niet goed in het controleren en bijsturen van hun eigen leerproces. Dit speelt hen vooral parten in situaties waarin zij zelfstandig taken moeten verrichten, zoals in een digitale leeromgeving. Virtuele tutors kunnen leerlingen met gerichte vragen en voorbeelden helpen deze metacognitieve vaardigheden toe te passen. Het doel is dat de leerlingen de metacognitieve vaardigheden die zij zo opdoen in hun bagage stoppen en bij een volgend project weer uitpakken. Leren leren dus.

Volgens Amerikaans onderzoek zal 65% van de huidige basisschoolleerlingen een baan krijgen die nu nog niet bestaat (United States Department of Labor [DOL], 1999). We weten dus nog niet wát deze leerlingen straks moeten kennen en kunnen om goed te functioneren in de maatschappij. Daarom is het zelfstandig kunnen ontwikkelen van nieuwe vaardigheden en kennis een belangrijk onderdeel van de zogenaamde 21st century skills. Hiervoor moeten leerlingen in staat zijn hun leren te monitoren, te controleren en zo nodig bij te sturen. Dit vraagt een zekere mate van zelfregulatie door middel van zogenaamde metacognitieve activiteiten: leerlingen moeten afstand kunnen nemen van hun leren, om hun leren te kunnen beoordelen. Een helicopterview als het ware.

Van oudsher hadden leerlingen deze metacognitieve vaardigheden niet zo hard nodig op school. Veelal was de leraar sturend in het leren, of waren de opdrachten in de methode dit. Maar het hedendaags onderwijs vraagt vaker van leerlingen dat zij zelfstandig een leertaak uitvoeren. Denk aan het werken in een digitale leeromgeving.

Uit verschillende onderzoeken is echter bekend dat leerlingen – van het basisonderwijs tot aan de universiteit – slecht in staat zijn hun leren te reguleren (Azevedo et al., 2008; Veenman et al., 2011). Leerlingen oriënteren zich nauwelijks op een opdracht, ze maken geen of een beperkt plan, monitoren hun voortgang weinig en zijn ten slotte slecht in staat hun leerprestaties te evalueren. Kortom, leerlingen beschikken maar in beperkte mate over de metacognitieve vaardigheden die ze nodig hebben om hun leerproces te regisseren.

Kunnen leerlingen getraind worden in metacognitieve vaardigheden?

Nu helder is hoe belangrijk metacognitieve vaardigheden zijn rijst de vraag: kunnen leerlingen hierin ondersteund en getraind worden? En kunnen hiervoor virtuele tutoren worden ingezet? Om een beeld te krijgen van de huidige kennis en ervaringen op dit gebied leggen we in dit artikel verschillende onderzoeksresultaten naast elkaar en zoomen we in op twee experimenten in het basisonderwijs, uitgevoerd in Tsjechië en Nederland, waarin een virtuele tutor (het programma Atgentive) leerlingen metacognitieve ondersteuning gaf bij het schrijven van een werkstuk over een land. Bovenbouwleerlingen werkten hier gedurende zes lessen in groepjes aan in de leeromgeving Ontdeknet.

Deze experimenten werden in 2008 en 2009 uitgevoerd op een achttal basisscholen. Het doel was om een omgeving te creëren waarin leerlingen metacognitieve activiteiten uitvoeren ten behoeve van de taak waar ze mee bezig zijn. Gekeken is vervolgens wat dit voor effect heeft op de taak zelf (maken de leerlingen vormtechnisch en inhoudelijk betere werkstukken dan leerlingen die geen ondersteuning van een virtuele tutor krijgen?), op de domeinkennis (weten ze meer van het betreffende land?) en op de kennis die ze hebben van metacognitieve vaardigheden (weten ze hoe ze een plan moeten maken en waarom dat belangrijk is?). Dit is interessant omdat we verwachten dat leerlingen die op deze manier ondersteund worden zich de metacognitieve vaardigheden eigen maken waarvan we verwachten dat zij ze nodig hebben om zelfstandig kennis en vaardigheden te verwerven (zie figuur 1). Deze langetermijneffecten zijn nu niet onderzocht.

Figuur 1: Behaalde (witte blokken) en beoogde (blauwe blokken) opbrengsten van experimenten met een virtuele tutor voor het leren

Scaffolding

Het didactisch principe achter het experiment is scaffolding. Scaffolding (scaffold betekent steiger) is afkomstig uit het gedachtegoed van de Russische psycholoog Vygotsky en wordt gedefinieerd als het ondersteunen van leerlingen tijdens het leerproces bij taken die ze nog niet volledig zelfstandig kunnen uitvoeren (Van de Pol et al., 2011). Zodra de leerlingen zelf deze activiteiten kunnen uitvoeren, wordt de ondersteuning (de ‘scaffolds’) verminderd of verwijderd.

Scaffolding vraagt van de leraar dat hij het leerproces van zijn leerlingen van dichtbij volgt en hulp geeft op het moment dat zij metacognitieve vaardigheden moeten inzetten. Hij vraagt bijvoorbeeld tijdens het lezen van een tekst: ‘Waar let je nu op tijdens het lezen? Wat is belangrijk voor je opdracht?’. Leraren zijn echter niet altijd in staat om de juiste ondersteuning op het juiste moment te geven, omdat zij niet het volledige leerproces van hun leerlingen kunnen volgen (Van de Pol et al., 2011). Computerprogramma’s kunnen dat tot op zekere hoogte wel.

Scaffolding met virtuele tutors

Er zijn verschillende computerprogramma’s ontwikkeld specifiek voor de ondersteuning (scaffolding) van metacognitieve vaardigheden, zoals MetaTutor, Atgentive, en Betty’s Brain. Hierin vervullen virtuele tutors, zoals weergegeven in figuur 2, de rol van de leraar. Deze tutors bezitten een aantal menselijk eigenschappen: ze hebben emoties (blij, boos), bewegen (wijzen dingen aan) en praten tegen de leerling.

De virtuele tutors worden aangestuurd door programma’s die het gedrag van de leerling volgen in de leeromgeving (Molenaar & Roda, 2008). In eenvoudige programma’s worden de bewegingen van de muis, het klikgedrag en het typen geregistreerd. In complexere systemen worden ook de bewegingen van het oog (eyetracking), van de leerling zelf (bewegingssensoren), emoties (webcam) en hartslag meegenomen. Op grond van deze gegevens beslissen deze programma’s wanneer een leerling hulp nodig heeft. Op dat moment geeft de virtuele tutor ondersteuning.

Uitgangspunt bij het ontwerpen van de ondersteuning vormen drie voorwaarden die van belang zijn voor de ontwikkeling van metacognitieve vaardigheden (Veenman et al., 2011): modelleren, waarbij de leerkracht of tutor tijdens de uitleg laat zien hoe en wanneer hij metacognitieve vaardigheden toepast (‘nu ga ik een plan maken om deze som op te lossen’); oefenen en bespreken van het doel van metacognitieve vaardigheden tijdens het leren (‘waarom ga je nu een woordspin maken?’); oefenen van de vaardigheden gedurende langere tijd en bij verschillende vakken.

De virtuele tutor kan ondersteuning geven in de vorm van voorbeelden of hij kan vragen stellen. Bij hulp in de vorm van een voorbeeld doet de agent de metacognitieve activiteiten voor en volgt de leerlingen het voorbeeld: ‘Een doelstelling is: ik ga een werkstuk schrijven over IJsland met hierin informatie over het weer, de ligging en de mensen.’ Bij hulp in de vorm van een vraag lokt de tutor metacognitieve activiteiten uit door een vraag te stellen: ‘Wat is je doelstelling?’. Deze vragen laten de leerling zien wanneer hij metacognitieve vaardigheden moet inzetten, maar hij blijft zelf verantwoordelijk voor het uitvoeren ervan.

Uit onderzoek blijkt dat het elektronisch volgen van een leerling en hem op het juiste moment ondersteunen met metacognitieve scaffolds goed lukt tijdens gestructureerde leertaken (waarin verschillende subtaken samengebracht worden), maar dat dit in open leertaken (zonder duidelijke subtaken) aanzienlijk moeilijker is (Molenaar & Roda, 2008). Daarom is in de experimenten in Tsjechië en Nederland gekozen voor een gestructureerde taak: het maken van een werkstuk.

Figuur 2: Virtuele tutor in leeromgeving Ontdeknet

Opbrengsten

Uit het eerste onderzoek onder Tsjechische kinderen (Molenaar et al., 2012) bleek dat de leerlingen die werden geholpen door de virtuele tutor betere werkstukken (vorm én inhoud) maakten dan de controlegroep. Beide groepen bleken bij een natoets evenveel kennis over het land te hebben. Dit heeft misschien te maken met het gegeven dat de leerlingen die ondersteund werden minder effectieve leertijd besteedden aan het leren over het land. Zij besteedden immers een deel van hun tijd aan het uitvoeren van metacognitieve activiteiten.

In het tweede onderzoek in Nederland (Molenaar et al. 2011) is geëxperimenteerd met de vorm van de hulp van de virtuele tutor: deze gaf voorbeelden óf stelde vragen. De leerlingen die hulp kregen in de vorm van vragen bleken betere werkstukken te maken dan de leerlingen die geen hulp kregen of hulp in de vorm van voorbeelden. We denken dat dit komt omdat de vragen leerlingen dwingen zelf actief hun eigen metacognitieve vaardigheden in te zetten door bijvoorbeeld een doel te formuleren. Doordat ze meer eigenaarschap over deze doelstelling hebben, zetten ze deze mogelijk ook beter in tijdens het maken van het werkstuk. Ook in deze studie was er geen effect op de kennis over het bestudeerde land (Molenaar et al., 2011).

Uit het tweede onderzoek bleek verder dat de leerlingen die ondersteund werden door de virtuele tutor meer metacognitieve vaardigheden inzetten dan leerlingen die deze hulp niet kregen (Molenaar et al., 2011). Deze vaardigheden bleven ze tijdens de lessencyclus ook zonder de hulp van de tutor inzetten. Aan het einde ervan beschikten ze over meer kennis van metacognitieve vaardigheden dan de leerlingen die niet geholpen werden. Het gaat om kleine maar significante effecten.

De beschreven bevindingen komen overeen met de resultaten van onderzoek naar het inzetten van virtuele tutors in het voortgezet en hoger onderwijs (zie bijvoorbeeld Azevedo et al., 2008).

Tot slot

Terugkomend op onze vragen aan het begin, of en hoe we leerlingen kunnen trainen en ondersteunen in metacognitieve vaardigheden en wat het effect is, worden we geconfronteerd met een wat diffuus beeld.

We zien dat de leerlingen, ondersteund door de virtuele tutor, meer metacognitieve activiteiten verrichten. Als gevolg hiervan maken zij een beter werkstuk dan hun klasgenoten die geen ondersteuning krijgen. We zien ook dat ze meer kennis verwerven van metacognitieve vaardigheden dan de leerlingen die geen ondersteuning krijgen. Dat is winst. Maar we zien ook dat de verwachte effecten op de domeinkennis inconsistent zijn: soms is er wel een effect en soms niet.

Daarnaast is niet duidelijk wat de langetermijneffecten zijn: gaan leerlingen de metacognitieve vaardigheden die ze aanleren tijdens een taak ook uit zichzelf in andere leertaken gebruiken? Want dat is immers waar we het artikel mee begonnen: we willen dat leerlingen metacognitieve vaardigheden aanleren zodat ze in de toekomst zelfstandig kunnen leren. Of de virtuele tutor ook bijdraagt aan deze langetermijnverwachtingen weten we nu nog niet.

Op 7 november 2013 verzorgde Inge Molenaar een online lezing over het onderwerp van dit artikel. U kunt hier de lezing (nogmaals) bekijken.

De lezing van Inge Molenaar is de tweede in een serie van drie gratis online lezingen die Kennisnet en de Open Universiteit in 2013 organiseren voor onderwijsprofessionals in het basis-, voortgezet- en middelbaar beroepsonderwijs.

Referenties

Azevedo, R., Moos, D.C., Greene, J.A., Winters, F.I. & Cromley, J.G. (2008). Why is externally-facilitated regulated learning more effective than self-regulated learning with hypermedia? Educational Technology Research and Development, 56(1), 45-72.
Molenaar, I., Boxtel, C.A.M. van & Sleegers, P.J.C. (2011).Metacognitive Scaffolding in an Innovative Learning Arrangement. Instructional Science, 39(6), 785-803.
Molenaar, I. & Roda, C. (2008). Attention Management for Dynamic and Adaptive Scaffolding. Pragmatics & Cognition, 16(2), 225–271.
Molenaar, I., Roda, C., Sleegers, P.J.C. & Boxtel, C.A.M. van (2012). Dynamic Scaffolding of Socially Regulated Learning in a Computer-based Learning Environment.Computers & Education, 59, 515-523.
Pol, J. van de, Volman, M. & Beishuizen, J. (2011). Patterns of contingent teaching in teacher-student interaction. Learning and Instruction, 21, 46-57.
United States Department of Labor (1999). Futurework: Trends and Challenges for Work in the 21st Century. [Rapport.] Geraadpleegd op: http://www.dol.gov/ oasam/programs/history/herman/reports/futurework/report.htm
Veenman, M.V.J. (2011). Learning to Self-Monitor and Self-Regulate. In R. Mayer & P. Alexander (Red.), Handbook of Research on Learning and Instruction. New York, NY: Routledge.

Wat we weten over ‘leren’ leren met virtuele tutors

Leerlingen beschikken beperkt over de metacognitieve vaardigheden (oriënteren, plannen, monitoren, evalueren) die nodig zijn om hun eigen leerproces te controleren en zo nodig bij te sturen.
Speciale computerprogramma’s kunnen hen ondersteunen bij het inzetten van deze vaardigheden tijdens het leren. Deze programma’s werken met virtuele tutors die hulp op maat bieden (scaffolding).
De leerlingen vergaren zo kennis van metacognitieve vaardigheden, die ze tijdens de taak – aangestuurd door de tutor – toepassen. Resultaat: een hogere score op de taak (een beter werkstuk bijvoorbeeld) dan de leerlingen die geen ondersteuning krijgen.
De effecten op de domeinkennis zijn inconsistent en beperkt.
Onbekend is of er een transfer van de opgedane kennis van metacognitieve vaardigheden plaatsvindt en of er – in het verlengde daarvan – sprake is van blijvende effecten op het leren.

Bron: Kennisnet

Heb je vragen over dit thema? Stel ze in de onderwijs community binnen de Wij-leren.nl Academie!