Computerspelletjes in het rekenonderwijs op de basisschool - OnderwijsBewijs

Geplaatst op 1 juni 2016

Computerspelletjes om het vermenigvuldigen en delen te oefenen, zijn het meest effectief als ze thuis worden gespeeld en worden nabesproken op school.
Steeds vaker worden computerspelletjes ingezet bij het reken-wiskundeonderwijs. Maar er is nog weinig bekend over de effecten ervan. In het zogenoemde BRXXX project is de effectiviteit onderzocht van een aantal korte, gerichte computerspelletjes. Deze minigames richten zich op tafelkennis, vaardigheden in het vermenigvuldigen en delen en inzicht in multiplicatieve getalrelaties. Voor het onderzoek werden meer dan 1000 kinderen gevolgd, die in groep 4 en 5 met de minigames speelden. De spelletjes werden op drie verschillende manieren gespeeld: op school geïntegreerd in een les, thuis zonder aandacht ervoor op school of thuis met nabespreking op school. Een controlegroep speelde andere computerspelletjes
Het onderzoek wees uit dat de minigames het meest effectief waren als ze thuis werden gespeeld en op school nabesproken. De spelletjes hadden op deze manier gespeeld, in vergelijking met de controlegroep, een positief effect op vaardigheden in het vermenigvuldigen en delen en inzicht in multiplicatieve getalrelaties. Het spelen met de spelletjes heeft op de parate kennis van de tafels geen extra effect. Maar wat wel belangrijk is, is dat de leerlingen ook niet minder parate tafelkennis ontwikkelen dan bij het gewone oefenen. Ook wanneer de spelletjes op school werden gespeeld, geïntegreerd in een les, waren ze effectief, maar alleen voor het bevorderen van inzicht en alleen in groep 4.
De onderzoekers denken dat leerlingen meer leren van rekenspelletjes thuis spelen met nabespreking op school, omdat ze zo extra leertijd krijgen en vrijer kunnen spelen. Maar dat werkt alleen als op school nogmaals aandacht is voor het geleerde.
Een bijkomend resultaat van het onderzoek volgt uit de beginmeting die onder leerlingen van eind groep 3 werd gedaan. Het bleek dat deze leerlingen al aardig wat multiplicatieve kennis hebben, ook al hebben ze er formeel nog geen les in gehad. Gemiddeld maakten ze meer dan de helft van de opgaven goed, waaronder ook kale keersommen.
De minigames die in het BRXXX project zijn gebruikt, zijn gratis beschikbaar op www.fisme.science.uu.nl/briks, zie hieronder. Op deze website is ook meer informatie te vinden over de resultaten van het onderzoek.

Samenvatting

Vermenigvuldigen en delen, ook wel multiplicatieve vaardigheden genoemd, zijn een belangrijk onderdeel van het reken-wiskundecurriculum in het basisonderwijs. Bij het leren van vermenigvuldigen en delen is het van belang om de tafelfeiten te automatiseren, en om vaardigheden te ontwikkelen in het berekenen van vermenigvuldig- en deelopgaven. Naast deze tafelkennis (declaratieve kennis) en rekenvaardigheden (procedurele kennis), moeten leerlingen ook begrip, of inzicht, ontwikkelen in de achterliggende concepten en de getalrelaties bij vermenigvuldigen en delen (conceptuele kennis). Een mogelijke manier om zowel de tafelkennis en rekenvaardigheden als het inzicht van leerlingen te verbeteren is door middel van educatieve computerspelletjes.

Sinds de opkomst van de computerspelletjes is vaak gewezen op het mogelijke nut ervan in het onderwijs, omdat computerspelletjes vaak erg motiverend zijn voor leerlingen. Door deze motiverende werking kan het gebruik van educatieve computerspelletjes ervoor zorgen dat leerlingen meer tijd en aandacht aan het leren besteden, wat kan leiden tot hogere leeruitkomsten. Veel kinderen zijn ook bereid om educatieve spelletjes thuis te spelen, in hun vrije tijd. Dit wijst op de mogelijkheid van het uitbreiden van de leertijd door het aanbieden van educatieve computerspelletjes om thuis te spelen. Buiten de motivationele kenmerken hebben computerspelletjes het voordeel dat ze directe feedback kunnen geven. Als spelletjes worden gebruikt voor het oefenen van tafelfeiten en rekenvaardigheden is deze feedback nuttig omdat leerlingen meteen kunnen zien of hun antwoord goed is. Verder kan directe feedback, in combinatie met de relatief veilige omgeving die een computer biedt, leerlingen aanmoedigen om te exploreren en experimenteren in een reken-computerspel. Door middel van dit zogenoemde ervaringsleren kunnen leerlingen nieuwe rekenwiskundige concepten en strategieën ontdekken, waarmee het inzicht wordt verhoogd. Naast de mogelijkheden van computerspelletjes voor het leren, kan het spelen van computerspelletjes mogelijk ook bijdragen aan een positieve attitude ten opzichte van schoolvakken, in dit geval het vak rekenen-wiskunde.

Ondanks de beloften van computerspelletjes voor het onderwijs is er nog weinig empirisch bewijs voor de effectiviteit van educatieve computerspelletjes. Dit geldt voor educatieve computerspelletjes in het algemeen, en ook specifiek voor computerspelletjes voor rekenenwiskunde. Eerdere studies naar de effecten van computerspelletjes waren vaak kleinschalig, hadden geen controlegroep, of maakten geen gebruik van random toewijzing aan condities. Auteurs van recente reviewartikelen geven aan dat grootschalige longitudinale studies in de schoolpraktijk nodig zijn. Deze aanbeveling is in lijn met de aandacht die er momenteel is voor evidence-based education: educatieve innovaties moeten gebaseerd zijn op grondig empirisch onderzoek naar wat werkt in het onderwijs.

Om dit empirisch bewijs te verkrijgen voor de effectiviteit van computerspelletjes in het reken-wiskundedomein van vermenigvuldigen en delen, is een longitudinaal onderzoeksproject opgezet: het BRXXX-project. Dit project is gerealiseerd binnen het programma OnderwijsBewijs van het Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap. In het BRXXX-project, waaraan meer dan 1000 basisschoolleerlingen hebben deelgenomen, werden leerlingen gevolgd van eind groep 3 tot eind groep 6. Er werd gewerkt met een speciaal voor dit onderzoek ontwikkeld programma van mini-games (korte, gerichte spelletjes), waarbij gebruik is gemaakt van spelletjes van het Rekenweb (www.rekenweb.nl). De mini-games waren zowel gericht op het oefenen van tafelkennis en vaardigheden in het oplossen van vermenigvuldig- en deelopgaven, als op het verkrijgen van inzicht in multiplicatieve getalrelaties (via ervaringsleren). We onderzochten de effectiviteit van drie verschillende manieren van het inzetten van de mini-games: op school spelen geïntegreerd in een les, thuis spelen, en thuis spelen met nabespreking op school.

Naast de effectiviteit van de computerspelletjes op de multiplicatieve vaardigheden van de leerlingen hebben we in het onderzoeksproject ook gekeken naar wat leerlingen al weten van vermenigvuldigen en delen net voordat ze hier formeel les in krijgen. Een andere aandachtsgebied in het project was de ontwikkeling van de attitude van leerlingen ten opzichte van het vak rekenen-wiskunde, en de relatie met het spelen van rekencomputerspelletjes. De verschillende studies die zijn uitgevoerd binnen het BRXXX-project zijn beschreven in hoofdstuk 2 tot 6 van dit proefschrift.

In hoofdstuk 2 zochten we een antwoord op de vraag: wat weten leerlingen aan het eind van groep 3 al op het gebied van vermenigvuldigen en delen, vlak voor ze formele instructie krijgen in dit domein? Om deze ‘informele kennis’ bloot te leggen, hebben we gekeken naar de prestaties van de leerlingen op de eerste multiplicatieve toets in het onderzoeksproject. In totaal werden 1176 leerlingen van 53 groepen 3 meegenomen in de analyse. De resultaten lieten zien dat de leerlingen al behoorlijk wat multiplicatieve opgaven konden oplossen. Gemiddeld werd 58% van de opgaven goed gemaakt. Zelfs van kale keer-opgaven (kale sommen met het × symbool vervangen door het woord ‘keer’) werd gemiddeld meer dan de helft goed beantwoord. Er is dus al aardig wat informele multiplicatieve kennis aanwezig bij leerlingen in groep 3. Bovendien konden de leerlingen in ons onderzoek deze kennis in een relatief formele toetssituatie laten zien (een online toets zonder gebruik van hulpmaterialen). Leerkrachten kunnen op deze reeds bestaande multiplicatieve kennis voortbouwen bij het aanleren van vermenigvuldigen en delen.

Toen we keken naar de prestaties van de leerlingen op verschillende typen multiplicatieve opgaven, vonden we dat opgaven gemakkelijker op te lossen waren wanneer ze een plaatje bevatten met mogelijkheden om te tellen, en wanneer het om een multiplicatieve situatie met gelijke groepen ging (bijv. 3 dozen van 4 koeken). We vonden geen duidelijk verschil in moeilijkheid tussen vermenigvuldig- en deelopgaven. Dit komt overeen met eerder onderzoek waaruit bleek dat kinderen, voordat ze formele instructie hebben gehad in multiplicatieve vaardigheden, een intuïtieve verbinding leggen tussen vermenigvuldigen en delen en voor beide dezelfde strategieën gebruiken.

We vonden geen verschil in informele multiplicatieve kennis tussen jongens en meisjes. Wel bleek dat leerlingen met hoger opgeleide ouders meer kennis van vermenigvuldigen en delen hadden dan leerlingen met lager opgeleide ouders. Verder waren de leerlingprestaties gerelateerd aan de rekenmethode die in de klas gebruikt werd. Dit kan mogelijk verklaard worden door verschillen tussen de rekenmethodes in de hoeveelheid en het soort informele, voorbereidende multiplicatieve activiteiten die in groep 3 worden aangeboden.

In hoofdstuk 3, 4, en 5 richtten we ons op de effectiviteit van mini-games bij het verbeteren van de multiplicatieve vaardigheden. Om deze effectiviteit te onderzoeken werden de deelnemende scholen random verdeeld over vier condities:

E1 het op school spelen van multiplicatieve mini-games, geïntegreerd in een les
E2 het thuis spelen van multiplicatieve mini-games, zonder aandacht op school
E3 het thuis spelen van multiplicatieve mini-games, met een nabespreking op school
C controlegroep: het op school spelen van mini-games over andere rekenwiskundeonderwerpen (ruimtelijke orientatie, optellen, aftrekken)

In alle condities werd de leerkrachten gevraagd om de totale lestijd besteed aan elk rekenonderwerp hetzelfde te houden als wanneer ze niet mee zouden doen aan het onderzoek. Op deze manier konden we het reguliere lesprogramma voor multiplicatieve vaardigheden (in de controlegroep) vergelijken met een lesprogramma waar het spelen van mini-games deel van uitmaakte (in de experimentele condities). De pseudo-interventie in de controlegroep was bedoeld om te controleren voor het mogelijke positieve effect dat het deelnemen aan een onderzoeksproject op zichzelf al kan hebben (Hawthorne effect).

In elke conditie waren er vier spelletjesperiodes van tien weken; twee periodes in groep 4 en twee periodes in groep 5. De ontwikkeling van de leerlingen op het gebied van vermenigvuldigen en delen werd gemeten met online multiplicatieve toetsen aan het eind van groep 3, groep 4, en groep 5. Om de effecten van de mini-games zo nauwkeurig mogelijk te kunnen meten, hebben we in elk van de drie studies naar de effecten van de spelletjes alleen die scholen/klassen meegenomen waar tenminste de helft van de spelletjes was behandeld.

Hoofdstuk 3 handelt over de effecten van de spelletjes in groep 4. We onderzochten hier de leerwinst van de leerlingen op een multiplicatieve toets, gericht op vaardigheden in het berekenen van vermenigvuldig- en deelopgaven (procedurele kennis), en inzicht in multiplicatieve getalrelaties (conceptuele kennis). In de analyse werden 1005 leerlingen van 46 scholen meegenomen. Regressie-analyses lieten zien dat, gemiddeld over de drie experimentele groepen samen, de mini-games interventie geen effect had op de leerwinst van de leerlingen. Toen we voor elk experimentele conditie apart het effect bekeken, vonden we een marginaal significant effect van de E3 interventie (p = .07, d = 0.23); in de E1 en E2 conditie vonden we geen effect. De resultaten lijken er dus op te wijzen dat het thuis spelen met een nabespreking op school de meeste potentie heeft.

In hoofdstuk 4 onderzochten we de effecten van de mini-games interventies in zowel groep 4 als groep 5. Hier keken we naar effecten op de drie verschillende aspecten van multiplicatieve vaardigheden: tafelkennis, vaardigheden in het berekenen van vermenigvuldig- en deelopgaven, en inzicht in multiplicatieve getalrelaties. In de analyse werden 719 leerlingen van 35 scholen meegenomen (het kleinere aantal leerlingen/scholen in vergelijking met de studie in hoofdstuk 3 werd veroorzaakt door de uitval van scholen en het niet voldoende uitvoeren van de groep 5 interventie door sommige leerkrachten). Met pad-analyses onderzochten we het effect van de interventies in groep 4 en groep 5. In lijn met onze bevinding in hoofdstuk 3 vonden we dat de mini-games het meest effectief waren wanneer ze thuis werden gespeeld en op school werden nabesproken (E3). Wanneer de spelletjes op deze manier werden ingezet, hadden ze, in vergelijking met de controlegroep, een positief effect op zowel de rekenvaardigheden in het vermenigvuldigen en delen, als het inzicht in multiplicatieve getalrelaties (d effectgroottes van 0.22 tot 0.29). Ook wanneer de spelletjes op school werden gespeeld, geïntegreerd in een les (E1), waren ze effectief, maar alleen voor het bevorderen van inzicht, en alleen in groep 4 (d = 0.35). Voor de E2 interventie vonden we geen effect.

Het feit dat het thuis spelen van de spelletjes met een nabespreking op school het meest effect had, kan verklaard worden doordat deze manier van het inzetten van de spelletjes het gecombineerde voordeel heeft van thuis spelen (extra leertijd, meer ‘learner control’) en op school spelen (nabespreking). De extra tijd besteed aan vermenigvuldigen en delen, en de grotere mate van vrijheid die leerlingen hebben in het exploreren in de spelletjes wanneer ze ze thuis spelen, zijn mogelijk alleen effectief wanneer op de ervaringen uit de spelletjes wordt gereflecteerd in nabesprekingen op school. Door zulke nabesprekingen kunnen leerlingen generaliseren wat ze in de spelletjes hebben geleerd, zodat het geleerde ook buiten de spelletjes kan worden toegepast. Een andere mogelijke rol van de nabesprekingen in de E3 interventie is het aanmoedigen van leerlingen om de spelletjes thuis te spelen (dit werd inderdaad meer gedaan in de E3 conditie dan in de E2 conditie).

In hoofdstuk 4 hebben we ook gekeken naar de rol van het speelgedrag van leerlingen in de spelletjes, oftewel, de tijd en aandacht die ze aan de spelletjes besteed hebben. Deze gegevens werden bijgehouden via inlogaccounts voor elke leerling. Het bleek dat de mate waarin de leerlingen met de spelletjes hebben gespeeld soms, maar soms ook niet, gerelateerd was aan de leeruitkomsten van de leerlingen. Verder hebben we gekeken naar de rol van geslacht en rekenniveau bij de effectiviteit van de spelletjes. De resultaten lieten zien dat in groep 4 de spelletjes effectiever waren voor jongens dan voor meisjes. In groep 5 verdween dit verschil. Verder vonden we voor de E2 interventie (thuis spelen zonder aandacht op school) een invloed van het rekenniveau. Al had deze interventie geen significant effect voor alle leerlingen samen, voor leerlingen met een bovengemiddeld rekenniveau was deze interventie wel effectief. Blijkbaar hadden deze leerlingen geen nabesprekingen nodig om van de spelletjes te leren.

In hoofdstuk 5 bekeken we de effecten van de mini-games in het speciaal basisonderwijs (SBO). Hier hebben we het effect van een één-jarige interventie onderzocht, in het SBOequivalent van groep 4. We zijn gestart met dezelfde vier condities als in het reguliere basisonderwijs, maar het bleek dat in de thuisspeel-condities (E2 en E3) de SBOleerkrachten de interventie voor minder dan de helft hebben uitgevoerd (mogelijk zijn leerkrachten in het SBO niet gewend om leerlingen zelfstandig thuis te laten werken). Daarom konden we in onze SBO studie alleen kijken naar het effect van het op school spelen van de mini-games, geïntegreerd in een les (E1). De studie bevatte 81 leerlingen van 5 scholen. We vonden dat de mini-games interventie effectief was in het verbeteren van de tafelkennis van de leerlingen (declaratieve kennis), in vergelijking met de controlegroep (d = 0.39). Op een toets van vaardigheden in het berekenen van vermenigvuldig- en deelopgaven en inzicht in multiplicatieve getalrelaties (procedurele en conceptuele kennis) vonden we geen verschil met de controlegroep. Voor rekenvaardigheden en inzicht kunnen we dus zeggen dat het inzetten van de mini-games als onderdeel van het lesprogramma voor vermenigvuldigen en delen weliswaar geen toegevoegde waarde had ten opzichte van het normale lesprogramma in het SBO, maar nog steeds gezien kan worden als een ‘veilige’ lesmethode (leeruitkomsten zijn hetzelfde als met het normale programma).

Hoofdstuk 6 beschrijft onze laatste studie, over de ontwikkeling van de attitude ten opzichte van het vak rekenen-wiskunde. We hebben de reken-wiskundeattitude hier geconceptualiseerd als: hoe leuk vinden leerlingen het vak rekenen-wiskunde? Door middel van een vragenlijst werd deze attitude zes keer gemeten: elk halfjaar van eind groep 3 tot eind groep 5, en nog een keer aan het eind van groep 6.

De resultaten lieten zien dat leerlingen in groep 3 redelijk positief zijn over rekenenwiskunde. Deze attitude bleek echter af te nemen in de latere schooljaren. Dit afnemende patroon is in overeenstemming met wat in eerdere studies werd gevonden. We vonden ook een afname van de attitude ten opzichte van lezen en ten opzichte van school, maar de afname van reken-wiskundeattitude was het sterkst. In tegenstelling tot bevindingen van eerdere studies bleek in onze studie dat meisjes een positievere reken-wiskundeattitude hadden dan jongens. De afname van de attitude over de jaren was hetzelfde voor jongens als voor meisjes.

Verder onderzochten we de relatie tussen reken-wiskundeattitude en rekenwiskundeprestaties. We keken hiervoor naar de scores van de leerlingen op de rekenwiskundetoetsen van het Cito leerlingvolgsysteem. Zoals verwacht vonden we significante correlaties tussen de reken-wiskundeattitude en de reken-wiskundeprestaties op hetzelfde meetmoment. Verder bleek dat, gemiddeld over alle meetmomenten, rekenwiskundeprestatie een marginaal significante voorspeller was van reken-wiskundeattitude op een later meetmoment, terwijl attitude geen voorspeller was van latere prestaties.

Tot slot hebben we gekeken naar de invloed van het speelgedrag in de spelletjes (tijd en aandacht besteed aan de spelletjes) op de latere reken-wiskundeattitude van de leerlingen. Gemiddeld over de vier spelletjesperiodes en de drie experimentele condities vonden we een significante, maar erg kleine, invloed van speelgedrag. Deze bevinding suggereert dat het spelen van de mini-games, naast het gevonden leereffect, ook kan bijdragen aan het bevorderen van de reken-wiskundeattitude van leerlingen. In vervolgonderzoek zou deze mogelijkheid verder moeten worden onderzocht.

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