Effectief leren van multimediale leerbronnen - inleiding en deel 1

Geplaatst op 1 juni 2016

Auteus: Liesbeth Kester, Jeroen van Merriënboer

Er zijn steeds meer mogelijkheden om multimedia in te zetten in de les. Maar is dat altijd effectief? Cruciaal is dat de leerbron aansluit bij de werking van het geheugen. Alleen dan kunnen leerlingen hun weg vinden door de leerstof en zich deze eigen maken. De aansturing van dit leerproces kan verplaatst worden van de leraar of het systeem naar de leerling.

Lange tijd waren gesproken en geschreven teksten de belangrijkste leerbronnen. Technologische ontwikkelingen hebben hier verandering in gebracht. Het is nu relatief eenvoudig om (bewegend) beeld toe te voegen aan tekst waardoor rijke multimediale leerbronnen ontstaan. Maar rijk wil niet automatisch zeggen: effectief. De vraag is met welk multimediaal leermateriaal leerlingen het hoogste leerrendement behalen. Ofwel: aan welke voorwaarden moeten multimediale leerbronnen voldoen wil de informatie uit die bronnen zich een plek veroveren in ons geheugen? En hoe verschillen die voorwaarden per leerdoel (kennisconstructie, automatiseren)? Ook niet onbelangrijk in het huidige onderwijslandschap is, tot slot, de vraag welke kenmerken multimediale leerbronnen moeten hebben willen zij een bijdrage kunnen leveren aan het zelfsturend vermogen van leerlingen.
Deze vragen vormen samen het onderwerp van de volgende drie hoofdstukken, die samen één artikel vormen. Enige kennis van de werking van het geheugen en de mechanismen die het leren bevorderen dan wel belemmeren is hiervoor wel vereist. Daarom begint dit artikel in hoofdstuk 1 met een beschrijving van hoe het geheugen informatie verwerkt, gevolgd door de voorwaarden waaraan leermiddelen moeten voldoen willen zij hierbij aansluiten. Deze voorwaarden zijn uitgewerkt in elf kenmerken, specifiek gericht op multimediale leerbronnen. Hoofdstuk 2 gaat dieper in op hoe effectief leren werkt en hoe informatie duurzaam wordt opgeslagen in het brein. Vervolgens worden de kenmerken beschreven die multimediale leermiddelen moeten hebben om dit proces – het aanleren van complexe vaardigheden – te bevorderen. Hoofdstuk 3 beschrijft de mogelijkheden van multimediale leerbronnen als het gaat om het ontwikkelen van zelfsturend vermogen.

Hoe leren wij? En wat betekent dat voor hoe wij leerstof en informatie verwerken?

De werking van het geheugen

De titel van dit artikel luidt Effectief leren van multimediale leerbronnen. Maar wat is effectief leren? Effectief leren betekent dat we de informatie die we tot ons nemen duurzaam opslaan in ons geheugen. Dat vraagt dat we de nieuwe informatie weten te verbinden met bestaande kennis, die we daarmee uitbreiden. Om effectief te kunnen leren moeten de leerbronnen waarmee we werken aansluiten bij de werking van het geheugen.
Ons geheugen bestaat uit drie componenten: het zintuiglijk geheugen, het werkgeheugen en het langetermijngeheugen (Atkinson & Shiffrin, 1968). Het zintuiglijk geheugen is een verlenging van de zintuigen. Dit geheugen houdt informatie die via onze zintuigen binnenkomt kortstondig (500 milliseconden) vast. Het werkgeheugen verbindt het zintuiglijk geheugen en het langetermijngeheugen. Ook het werkgeheugen is vrij vluchtig. Zonder herhaling houdt het informatie zo’n tien seconden vast. Bovendien heeft het een duidelijke limiet: het kan ongeveer zeven verschillende elementen tegelijkertijd actief houden (Miller, 1956). Dit aantal neemt zelfs nog af wanneer het de elementen eerst moet organiseren of relateren voordat het ze kan verwerken (Cowan, 1997). Verder heeft het werkgeheugen aparte verwerkingskanalen voor informatie die via de ogen binnenkomt, zoals beeld en geschreven tekst, en informatie die via de oren binnenkomt, zoals geluid en gesproken tekst (Baddeley, 1992; 1997; Paivio, 1986). Het langetermijngeheugen tot slot is de opslagplaats van kennis. Dit deel van ons geheugen houdt grote hoeveelheden kennis voor lange perioden vast. Dat gebeurt in de vorm van cognitieve schema’s. Pas als informatie hier belandt, is er sprake van effectief leren.

Effectief verwerken van informatie uit multimediale leerbronnen

Weten hoe het geheugen werkt is belangrijk voor de makers en gebruikers van (multimediale) leermiddelen. Als je als leraar weet dat het werkgeheugen fungeert als een flessenhals, begrijp je ook dat deze verstopt kan raken. En dat er dan niets meer doorheen kan. Ofwel: een overbelast werkgeheugen blokkeert het leren (Van Merriënboer et al., 2005; Sweller, 1988).
Effectieve multimediale leerbronnen voorkomen dan ook dat het werkgeheugen overbelast raakt door:
(a) de aandacht van de leerling te richten;
(b) de complexiteit van het leermateriaal te verkleinen;
(c) ondersteuning te bieden;
(d) irrelevante informatie weg te houden;
(e) een beroep te doen op zowel het visuele als het auditieve systeem.

Hieronder werken we deze vijf punten uit.

(a) De aandacht van de leerling richten

Signaleringen
Signalering houdt in dat de aandacht naar kritische aspecten van het leermateriaal wordt gestuurd. Dit voorkomt dat leerlingen moeten zoeken naar belangrijke informatie (Boucheix et al., 2013). Signalering leidt tot beter leren en zorgt ervoor dat leerlingen het leermateriaal beter waarderen (Mautone & Mayer, 2001; Tabbers et al., 2004; Sung & Mayer, 2012). Recent zijn verschillende onderzoeken verricht naar dit signaleringsprincipe. Zo wordt met behulp van oogbewegingsregistraties zichtbaar gemaakt waar experts op fixeren als zij in het kader van een leertaak een video bekijken. Bijvoorbeeld: een expert wil de bewegingspatronen van vissen bestuderen. Waar let hij dan op als hij een filmpje van een zwemmende vis bekijkt? Waar beginners overweldigd kunnen worden door het complete beeld, weten experts precies hun aandacht te richten op dat wat belangrijk is voor hun leerdoel. Zo kan kennis over hoe een expert kijkt, helpen de aandacht van beginners te sturen naar belangrijke aspecten van het leermateriaal. Ook dit bevordert het leren (Jarodzka et al., 2013; Van Gog et al., 2009).

Bewegende beelden opsplitsen in betekenisvolle delen
Het opsplitsen van bewegende beelden (bijvoorbeeld video of animatie) in betekenisvolle delen beïnvloedt het leren positief, helemaal wanneer leerlingen zelf de delen kunnen kiezen (Hassanabadi et al., 2011). Dit heet het segmentatieprincipe. Een goed voorbeeld hiervan zijn cursussen van de NTR Thuisacademie, die opgedeeld worden in tien stappen. Zo loodst de cursus ‘Succesvol solliciteren’ de deelnemer door de verschillende fases van het sollicitatieproces: van oriënteren, via vacatures zoeken, naar brief en CV, sollicitatiegesprek en do’s en don’ts. De deelnemer kan deze stappen in zijn eigen tempo doorlopen. In die zin heeft segmentatie een signaleringsfunctie: het richt de aandacht door de beelden in stukjes op te knippen. Door de hiermee ingevoegde pauzes voorkomt het cognitieve overbelasting (Spanjers et al., 2012). Segmentatie is bij uitstek geschikt voor leerlingen met weinig voorkennis (Khacharem et al., 2012; Spanjers et al., 2011).

(b) De complexiteit van het leermateriaal verkleinen

Mate van realiteit aanpassen aan doelgroep
Leertaken die natuurgetrouw zijn, kunnen voor beginners irrelevante details bevatten die cognitieve overbelasting kunnen veroorzaken en dus het leren nadelig beïnvloeden. Volgens hetnatuurgetrouwheidsprincipe hoeven multimediale leermiddelen voor beginners niet natuurgetrouw te zijn, liever niet zelfs (Fulgham, 2008; Gulikers et al., 2005; Scheiter et al., 2009). Naarmate leerlingen meer expertise opdoen, kunnen zij beter omgaan met natuurgetrouwe leerbronnen.

Bronnen integreren
Als twee naar elkaar verwijzende bronnen geïntegreerd in ruimte en/of in tijd worden gepresenteerd, verbetert dit het leren. Oogbewegingsregistratiestudies laten zien dat leerlingen bij een gescheiden aanbieding van twee naar elkaar verwijzende bronnen, zoals een illustratie die ver van de bijbehorende tekst staat of een animatie die pas later dan een gesproken tekst verschijnt, geneigd zijn de beelden te negeren en alleen de tekst te verwerken (Johnson & Mayer, 2012; Schmidt-Weigand et al., 2010). Geïntegreerde bronnen daarentegen, zoals een animatie met ondertiteling of een tekst verwerkt in een plaatje, stimuleren een verdere integratie (Johnson & Mayer, 2012). Een meta-analyse van Ginns (2006) ondersteunt dit zogenaamde verdeelde aandachtprincipe. Hieruit bleek namelijk dat, zeker voor complex leermateriaal, een geïntegreerde presentatie van naar elkaar verwijzende bronnen het leren bevordert.

Toenemende complexiteit
Onderzoek toont aan dat een ordening van leertaken of het aanbieden van ingewikkelde informatie van simpel naar complex, overbelasting van het werkgeheugen voorkomt (Clarke et al., 2005; Limniou & Whitehead, 2010; Musallam, 2010; Mayer et al., 2002; Pollock et al., 2002). Conform dit volgordeprincipe starten beginners met een simpele taak, terwijl een gevorderde leerling kan instappen bij een complexere taak. Het is voor elk niveau wel belangrijk om vast te stellen of de leerling de stof voldoende beheerst alvorens verder te gaan met een volgend niveau (Ayres, 2006). Daarbij speelt naast de taakuitvoering (prestatie) ook de mate van mentale inspanning gedurende de taakuitvoering een belangrijke rol. Iemand die goed presteert met weinig mentale inspanning, kan een complexere volgende taak aan dan iemand die dezelfde goede prestatie haalt met veel mentale inspanning (Salden et al., 2004).

Leerling bepaalt het tempo
Als leerlingen zelf het presentatietempo van een video of een dynamische animatie kunnen bepalen, geeft dat hen de ruimte om de nieuwe informatie te verwerken. Dat voorkomt cognitieve overbelasting. Het in-je-eigen-tempo-principe is bevestigd in experimenten met animaties en gesproken tekst, tekst en diagrammen, en animaties met een tijdlijn-schuifbalk (Mayer & Moreno, 2003; Mayer & Chandler, 2001; Tabbers, 2002; Höffler & Schwartz, 2011; Hatsidimitris & Kalyuga, 2013).

(c) Ondersteuning bieden

Samenwerken
Onderzoek wijst uit dat het beter is om complexe taken aan groepen toe te bedelen dan aan individuen. Complexe taken overschrijden namelijk al gauw de werkgeheugencapaciteit van een individu, terwijl groepen de taakbelasting kunnen verdelen. Zij werken bijvoorbeeld met de Jigsaw-methode, waarbij elk groepslid een stukje informatie krijgt om het probleem op te lossen. Samen leggen de leerlingen de complete puzzel. Zo leveren de individuen in de groep een betere prestatie dan wanneer ze het complete vraagstuk alleen hadden moeten oplossen (Kirschner et al., 2009).Dit samenwerkenprincipe is bevestigd in verschillende studies. Kirschner en collega’s (2011) vergeleken de leeruitkomsten van leerlingen die – alleen of in een groep – voorbeelden bestudeerden (een lage cognitieve belasting) of problemen oplosten (een hoge cognitieve belasting). Zij vonden dat leerlingen als individu beter leerden van voorbeelden terwijl ze in groepen beter leerden van probleemoplossen.

Uitvoeringsbeperkingen voor beginners
Zelfs het uitvoeren van simpele taken in een lage natuurgetrouwe omgeving kan cognitieve overbelasting veroorzaken. Het blijven immers wel realistische taken die een gecoördineerde uitvoering van verschillende vaardigheden vereisen. Een oplossing hiervoor biedt hetzijwieltjesprincipe, dat stelt dat beginners alleen gewenste acties moeten uitvoeren en dat ongewenste acties geblokkeerd of voorkomen moeten worden (Dufresne et al., 1992). Een metafoor voor deze zogenaamde uitvoeringsbeperkingen zijn de zijwieltjes op kinderfietsen waardoor kinderen niet met hun fiets om kunnen vallen (Carroll, 2000).

Van voorbeelden naar zelf doen
Veel studies laten zien dat een opbouw van het materiaal waarbij leerlingen allengs minder begeleiding nodig hebben goed werkt. Volgens deze afnemende begeleidingsstrategie beginnen leerlingen met het bestuderen van voorbeelden, waarna zij vervolgens aanvultaken maken en eindigen met een zelfstandige taakuitvoering (Renkl, Atkinson & Grosse, 2004). Zij leren zo meer dan wanneer zij direct zelfstandig een taak moeten uitvoeren (Atkinson et al., 2000; Sweller et al., 1998). Het principe van het aanvullen, deaanvulstrategie, blijkt bovendien erg effectief in het bevorderen van transfer: het toepassen van het geleerde in nieuwe situaties (Van Merriënboer, 1990; Van Merriënboer & de Croock, 1992).

(d) Irrelevante informatie weghouden

Geen overbodige of overtollige informatie
Verleidelijke maar overbodige details als achtergrondmuziek en niet-essentiële videoclips hebben een negatieve invloed op het leren (overbodigheidsprincipe, Rey, 2012). Dat geldt ook voor overtollige informatie, ofwel informatie die ‘dubbelop’ is (redundantieprincipe, Sweller et al., 1998). Leerlingen moeten dan zelf uitzoeken dat informatie uit verschillende bronnen hetzelfde is en dat is een cognitief veeleisend proces dat niet bijdraagt aan leren, zo blijkt uit verschillende studies (Lee & Kalyuga, 2011; Liu et al., 2012; Moussa-Inaty et al., 2012). Het redundantieprincipe is een opmerkelijk principe omdat het in strijd is met de gangbare opvatting dat het presenteren van dezelfde informatie op een iets andere manier geen of juist een positief effect op leren heeft (baat het niet dan schaadt het niet).

e) Een beroep doen op zowel het visuele als het auditieve systeem

Beeld en geluid combineren
Onderzoek wijst uit dat een audiovisuele presentatie, bijvoorbeeld een diagram met een gesproken verklarende tekst, in beter leren resulteert dan wanneer dezelfde informatie alleen in visuele vorm wordt gepresenteerd, zoals een diagram met een geschreven verklarende tekst (Leahy et al., 2003). Dat komt omdat een audiovisuele presentatie het werkgeheugen, met een kanaal voor auditieve informatie en een kanaal voor visuele informatie, optimaal benut. Een meta-analyse van Ginns (2005) en recentere studies van Schmidt-Weigand et al. (2010) en Kühl et al. (2011) ondersteunen dit zogenaamde modaliteitsprincipe. Uit deze studies bleek verder dat hoe complexer het leermateriaal is, hoe sterker het modaliteitsprincipe tot uitdrukking komt. Ook laat onderzoek zien dat het modaliteitsprincipe vooral opgaat voor leermateriaal waarin een leersysteem of een docent het tempo bepaalt in plaats van de leerling zelf. Seufert en collega’s (2009) vonden aanwijzingen dat het modaliteitsprincipe met name geldt voor leerlingen met weinig voorkennis.

Als we deze elf kenmerken vertalen naar eigenschappen van effectieve multimediale leerbronnen, dan ziet dat er als volgt uit.
Effectieve multimediale leerbronnen:

sturen de aandacht naar belangrijke aspecten van de informatie middels signalering;
combineren beeld en geluid;
splitsen bewegende beelden op in betekenisvolle delen;
bieden de mogelijkheid bewegende beelden te pauzeren en voor- en achteruit te spoelen;
bevatten geen overbodige of overtollige (dubbele) informatie;
bieden naar elkaar verwijzende bronnen geïntegreerd aan;
bevatten voldoende imitatietaken en aanvultaken om een leerling naar een zelfstandige taakuitvoering te brengen;
voorzien in taken van verschillende complexiteitsniveaus, waarbij ze leerlingen het juiste instapniveau helpen kiezen;
bieden meer en minder natuurgetrouwe leertaken aan, afgestemd op de doelgroep. Voor beginners liever een tekstuele casus in een webgebaseerde omgeving. Gevorderde leerlingen kunnen een leertaak uitvoeren in een realistische omgeving, denk aan een volledig uitgeruste operatiekamer waarin zij een robot behandelen die precies zo reageert als een mens;
voorkomen of blokkeren ongewenste acties bij beginners door middel van uitvoeringsbeperkingen.
ondersteunen het samenwerkend leren als het gaat om een complexe leertaak. Denk aan de vorm van een project waarin leerlingen met verschillende rollen samenwerken om de taak tot een goed einde te brengen. Het Jigsaw-model werkt hier goed.

Samengevat

Om informatie effectief te kunnen verwerken, moet deze op een manier aangeboden worden die aansluit bij de werking van het geheugen. Alleen dan kan een leerling informatie selecteren voor verdere verwerking, deze organiseren en integreren in zijn bestaande kennis. Om te voorkomen dat het werkgeheugen overbelast raakt kunnen multimediale leerbronnen (a) de aandacht van de leerling richten, (b) de complexiteit van het materiaal verkleinen, (c) ondersteuning bieden, (d) irrelevante informatie weghouden en (e) een beroep doen op zowel het visuele als het auditieve systeem. Deze punten zijn te vertalen in elf kenmerken, die als handvatten kunnen dienen voor de makers en gebruikers van multimediale leerbronnen.

Bron: Kennisnet

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