Het Virtueel Chemie Labo verbetert de prestaties van leerlingen.
In het artikel van Ayas en Tatli (2013) verschenen in “Educational Technology & Society”
met als titel “Effect of a Virtual Chemistry Laboratory on students’
achievement” wordt op een statistische manier gekeken of de door hun
ontwikkelde VCL software (weliswaar voor 2 onderdelen binnen de brede waaier
die chemie omvat) binnen het kader van het constructivisme even effectief is
voor de leerlingen als een echt laboratorium.
Wat is zo’n Virtueel Labo eigenlijk?
Bij Virtuele Labo’s maakt men gebruik van computers om op een
interactieve en virtuele manier een laboratoriumomgeving te simuleren waar
experimenten kunnen worden uitgevoerd. In het geval van Virtuele Chemie Labo’s (VCL)
heeft de gebruiker het gevoel van echt in een chemisch laboratorium te staan en
heeft de gebruiker zelf controle over de chemicaliën en het glaswerk dat
hij/zij wil gebruiken tijdens het experiment. Daarnaast wordt allerlei
relevante chemische informatie (reactie, concentratie, proces,…) rond het
experiment weergegeven om het cognitieve leren te bevorderen.
Samenvatting artikel:
Vaak wordt chemie door studenten aanzien als een echte uitdaging omdat ze
moeite hebben met de vele abstracte concepten binnen dit vakgebied. Bovendien
bepalen hun resultaten voor de lessen chemie vaak hun verdere studiekeuze.
Vroegere studies toonden reeds aan dat leerlingen vooral problemen hebben
met het begrijpen van chemie op het microscopisch niveau; dat ze moeite hebben
om chemische veranderingen te construeren in hun hoofd en dat leraren hun in
dit proces niet altijd adequaat ondersteunen. Als reden hiervoor wordt vaak het
gebrek aan laboratoriumervaring opgegeven.
Alhoewel experimenteren in een laboratorium een onmisbaar onderdeel is in
het begrijpen van chemie, hebben studies reeds aangetoond dat het niet altijd
naar behoren ingepast kan worden in chemielessen omwille van
veiligheidsredenen, gebrek aan zelfvertrouwen, gebrek aan juiste materiaal of
tijdsgebrek.
Al deze obstakels kunnen uit de weg worden geruimd via technologische
alternatieven zoals virtuele laboratoria. Dergelijke leeromgeving laat
leerlingen toe hun theoretische kennis in de praktijk om te zetten via virtuele
experimenten en hun laboratoriumvaardigheden te verbeteren. Bovendien kan het
experiment zo vaak als nodig herhaald worden, vertraagd bekeken worden of er
dieper op ingegaan worden met de virtuele leeromgeving.
Het doel van de studie van Tatli en Ayas was om te kijken naar het effect
van een Virtueel chemie Labo op de prestaties van de leerlingen voor 2
onderdelen binnen de chemiecursus die tot het curriculum van 14-15 jarige
leerlingen hoort. De virtuele leeromgeving ontwikkeld door de onderzoekers, is
gebaseerd op de constructivistische leertheorie en de strategie van
voorspellen, observeren, verklaren.
De doelgroep waarvoor de prestaties vergeleken werden na het gebruik van
het VCL of echt experimenteel werk bestond uit 90 leerlingen (3 groepen van 30)
en een ervaren chemieleraar.
De resultaten van de studie toonden aan dat virtuele laboratoria minstens
even effectief zijn als echte laboratoria en dus ook de prestaties van
leerlingen kunnen verbeteren. Bovendien zijn er heel wat voordelen: het is een
veilige leeromgeving; leerlingen kunnen de experimenten individueel uitvoeren;
leerlingen kunnen zich beter focussen op het eigenlijke proces in plaats van op
materiaal en uitrusting; verschillende dimensies van het experiment kunnen
gedetailleerd worden bekeken met virtuele media, leerlingen kunnen de juiste
oplossing vinden door de verschillende mogelijkheden uit te proberen; de
domeinspecifieke kennis wordt gekoppeld aan voorbeelden uit het dagelijkse
leven.
Door de interactiviteit te verhogen zorgen virtuele laboratoriumtoepassingen
er ook voor dat leerlingen actieve denkers worden in plaats van passieve
observators. Tenslotte bleek dat leerlingen ook meer zelfvertrouwen kregen door
het gebruik van het VCL.
Verwacht wordt dat VCL’s in de toekomst als ondersteuning en aanvulling
zullen aangewend worden in het chemieonderwijs.
Conclusie:
Virtuele chemie laboratoria verhogen wel degelijk de prestaties van de
leerlingen en kunnen dus een alternatief zijn voor echt experimenteel werk.
Eigen reflectie:
Naast de
voordelen die hierboven reeds zijn aangehaald zijn er volgens mij nog een
aantal andere voordelen:
- Vaak gratis te downloaden, dus geen extra kosten
- Vaak gebruiksvriendelijk
- Ecologisch 1: er worden geen (gevaarlijke) chemicaliën verbruikt en er
worden dus ook geen afvalproducten geproduceerd
- Ecologisch 2: geen waterverbruik om het glaswerk te reinigen
- VCL kan gebruikt worden om een experiment in het echte laboratorium te introducteren
of als “pre-labo” om leerlingen vertrouwd te maken met het onderwerp en het
experiment alvorens in het echte labo aan de slag te gaan.
- Risicovolle experimenten (gebruik van giftige stoffen, vrijkomen van
gevaarlijke dampen, explosiegevaar, enz. ) kunnen toch op een veilige manier
uitgevoerd worden in het VCL.
- Mislukte experimenten of experimenten die niet volledig begrepen zijn,
kunnen zonder probleem herhaald worden.
- Leerlingen met beperkingen die daardoor niet in staat zijn om in een
echt labo te werken kunnen via VCL toch experimentele vaardigheden opdoen.
Ik zie echter ook een aantal nadelen:
-
De leraar
dient goed vertrouwd te zijn met het programma om het ook effectief te kunnen
inzetten in het onderwijs.
-
Ook
leerlingen dienen te leren hoe het programma te gebruiken
-
Elke
leerling moet kunnen beschikken over een computer en niet elke school beschikt
over een uitgebreid en degelijk computerpark
-
Het is geen
echte praktijkervaring
Het is
duidelijk dat Virtuele Chemie Labo’s enorme voordelen biedt voor de leerlingen
en het onderwijs in het algemeen. Ik vind dan ook dat het gebruik ervan dient
aangemoedigd te worden. Ik ben ervan overtuigd dat scholen die VCL’s gebruiken
ter ondersteuning van de lessen chemie een meerwaarde bieden aan hun
leerlingen.
Een
chemieleraar die over de nodige ICT-kennis beschikt kan bovendien dergelijke
VCL’s aanpassen om ze nog beter op maat van zijn lessen te maken en zo de
prestaties nog te verhogen.
Naar mijn mening is het echter wel zo dat VCL’s het echte experiment
nooit volledig mag vervangen. Het gebruik ervan moet zoals reeds gezegd
ondersteunend en aanvullend zijn, maar niet vervangend. Je dient immers
absoluut de handelingen in het echte labo aan te leren en deze voldoende te
oefenen om de nodige ervaring op te doen. Er is nog altijd een fundamenteel
verschil tussen een computermuis bewegen en accuraat een oplossing maken of
correct een titratie uitvoeren in een echt chemisch labo.
Referentie
Tatli Z. and Ayas A. (2013). Effect of a Virtual Chemistry Laboratory on students’
achievement. Educational Technology &
Society, 16(1), 159-170.
weblink: http://www.ifets.info/journals/16_1/14.pdf
Extra links
Virtual Chemistry Lab 2.0:
http://www.softpedia.com/get/Others/Home-Education/Virtual-Chemistry-Lab.shtml
Chemlab
trial versie (volledige versie is betalend): http://www.modelscience.com/software.html?ref=home&link=nav
virtlab: http://www.virtlab.com/main.aspx
Degenen die er niet genoeg van krijgen kunnen volgende website raadplegen
waarop een uitgebreide lijst staat van gratis online beschikbare Chemie Labo’s:
http://onlinelabs.in/chemistry
VCL lijkt mij een heel interessant alternatief voor de lessen wetenschappen. Ik kan me erin vinden dat het nooit een vervanging kan zijn van het uitvoeren van experimenten in levende lijve, maar het biedt in bepaalde situaties een goed alternatief. Ik denk maar aan scholen waar infrastructuur niet beschikbaar is om een labo te bouwen. Ook is het handig wanneer een experiment echt gevaarlijk is voor de leerlingen. Als leerkracht kan op deze manier mogelijk experimenten doen die anders niet in klas gezien worden omdat er teveel risico is voor de veiligheid.
BeantwoordenVerwijderenSoms is het ook leuk om een simulatie te zien van chemische reacties. Abstracte informatie kan op deze manier visueel tot leven geroepen worden. Zie bijvoorbeeld onderstaande site.
Toch vind ik nog steeds dat leerlingen ook experimenten moeten uitvoeren in het echt. Dit zijn vaardigheden die elke leerling moet hebben, en die ze ook nodig zullen hebben indien ze na het middelbaar onderwijs ervoor kiezen om verder te studeren binnen de wetenschappen.
Ik vroeg me ook af of dit soort van programma's ook bestaat voor andere vakken, zoals biologie? Dit zou bijvoorbeeld heel wat diertjes kunnen sparen voor dissecties, of ervoor zorgen dat elk kind zijn eigen diertje virtueel nadien kan bestuderen. Op de onderste website bestaan enkele simulaties voor biologie, maar ik denk niet dat deze werken op dezelfde manier als VCL.
http://www.edumedia-sciences.com/nl/n91-experimenten
http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics
Als additionele leermethodes bieden deze virtuele labo's zeker perspectieven. Uiteraard vormen reële hand-on methodes nog steeds de beste leerschool, zoals Sandra en Helena tevens terecht opmerkten, is het louter een ersatz van praktijkervaring. Met een specialisatie in de fysische antropologie wat tevens mijn onderzoeksdomein is, zouden zulke virtuele labo's ook voor mij handige tools zijn om bv. mijn onderzoeksresultaten te kunnen verifiëren wanneer het labo bv. gesloten is, of voor verdere studie. In dit kader werkte ik met de volgende interactieve tutorial tijdens mijn analyses: http://www.getbodysmart.com/ Alleen jammer dat het muscular system voor mij niet uitgebreid genoeg was, dus wie voor mij hieromtrent andere gespecialiseerde software kan aanbevelen, dan hoor ik het graag! :)
BeantwoordenVerwijderenIk zie nog een voordeel van simulatiesoftware (zowel chemie als fysica):
BeantwoordenVerwijderenIk denk dat simulatie nooit een labo echt kan vervangen, tenslotte is de methodiek van een labo-onderzoek misschien wel het belangrijkste dat onderwezen wordt doorheen de labo-sessies.
Ook toont een labo sessie dat de data nooit exact hetzelfde is als het model, terwijl simulatiesoftware uiteraard het model implementeren.
Maar simulatie software helpt wel een labo voor te bereiden, en daarmee dan de tijd dat de student doorbrengt in de 'echte' labo-sessie beter te benutten.