Het chemielaboratorium d.m.v. NUI, een meerwaarde voor de leerling?
Natuurlijke gebruikersinterface (NUI)
Het gebruik van een natuurlijke
gebruikersinterface vinden we wereldwijd terug in smartphones, tablets en ook
spelconsoles. Met ‘gebruikersinterface’ wordt verwezen naar het medium dat
interactie tussen computer en mens mogelijk maakt. Zo zorgen bij een klassieke
computer de software en hardware dat de computer onze interacties opvangt via
een muis en toetsenbord en zijn eigen boodschap terug zendt via het
beeldscherm. Deze gebruikersinterface moet aangeleerd worden en kan bij het
aanleren onnatuurlijk aanvoelen. Voor de mens is het namelijk initieel niet
vanzelfsprekend dat als je iets met je linkervinger dubbel aanklikt, het open
gaat. Dit gebeurt namelijk ook niet in de realiteit. Daar probeert de NUI op in
te spelen. Hierbij wordt er getracht de natuurlijke beweging van de mens te
integreren in het systeem. Bijvoorbeeld, bij het slaan van je arm naar links,
zal je ook effectief iets naar links slaan. Een duidelijk voorbeeld hiervan is
de Nintendo Wii spelconsole. De bewegingen die je maakt, worden door de
gebruikersinterface opgenomen en verwerkt. Daarbij zal de betekenis van je
beweging wel nog dezelfde blijven als in de realiteit. Ook het gebruik van
touchscreen is een vorm van NUI. Je vinger over het object naar links schuiven
zorgt dat je, net als bij een boek, een pagina verschuift.
Een chemielaboratorium met NUI
Jagodzinski & Wolski (2015)
trachtte deze technologie toe te passen op een chemisch laboratorium. Daarin
maakt de leerling exact dezelfde beweging als hij zou doen in een echt
laboratorium. Daarbij kan glaswerk
worden vastgenomen, verschillende stoffen bij elkaar worden gemengd en bepaalde
reactiemechanismen worden gestimuleerd. Al de stoffen hebben hun natuurlijke
kleur en werking. Bij het overgieten van stoffen wordt er rekening gehouden met
de viscositeit van vloeibare stoffen en de natuurlijke bewegingen van vaste
stoffen. Het programma signaleert de leerling ook wanneer onveilige of
risicovolle acties worden ondernomen. Op
het moment van publicatie konden in het virtueel laboratorium 40 verschillende
experimenten uitgevoerd worden die overeen kwamen met het chemie curriculum van
de hoge scholen in Polen.
Jagodzinski & Wolski (2015)
hebben hun virtueel laboratium uitgetest op 8 verschillende klassen uit de hoge
school en kwamen tot de conclusie dat het gebruik van NUI in het chemielokaal
mogelijkheden creeërt om het chemie onderwijs te verbeteren. Het virtueel laboratorium
leidt tot een grotere betrokenheid en zelfstandigheid in het werk van de
studenten. Als gevolg hadden de studenten krijgen studenten hogere punten en
hebben ze meer interesse in chemie.
Reflectie: voordelen
Het gebruik van NUI voor een chemielokaal
brengt enkele voordelen met zich mee.
1. In
een klassiek chemielokaal gebruik je stoffen die al eens gevaarlijk kunnen
zijn. Er is geen tot zeer weinig mogelijkheid tot zelfstandig experimenteren. Hier
leunt het virtueel chemielaboratorium wel tot aan. Het systeem waarschuwt
wanneer een student een gevaarlijke actie uitvoert en kan zelfs bij verdere
uitwerking aangeven waar het gevaar juist ligt. Het neemt hier de rol van
leraar over. Als er in een klassiek chemielokaal zelfstandig wordt
geëxperimenteerd, zal de leraar zeer aandachtig moeten zijn, wat niet mogelijk
is met klassen over de 20 leerlingen die elk een eigen zelfstandig experiment
uitvoeren.
2. Het
actief, praktisch en experimenteel werken is in het vak chemie een van de meest
efficiënte methoden om leerlingen de vaardigheden en kennis aan te leren die
zij in het wetenschappelijk onderzoek nodig hebben. Daarom tracht men zo veel
mogelijk gebruik te maken van deze (onderzoekende) praktijk. Een van de
grootste drempels die dit tegenhoudt, zijn de financiële kosten. Het intensief
gebruik van chemische stoffen kan zeer duur zijn en zorgt voor veel chemisch
afval dat speciaal verwerkt moet worden. Dit is een obstakel die met het
NUI-systeem wordt overwonnen. Gezien alle stoffen en het glaswerk virtueel
zijn, moeten er geen stoffen worden aangekocht of afgevoerd worden.
Onmiddellijk duikt nu wel vraag op: Wat zijn de kosten voor de aankoop en de
implementatie van het virtueel chemielokaal?
3. Het
gebruik van NUI is iets nieuw en vooral gebruikt bij jongeren (smartphone,
tablets,...). Het staat zeer dicht bij hun leefwereld en dat helpt alleen maar
om van het chemielokaal een aangenamere ruimte van te maken. Leerlingen gaan
automatisch willen werken met het systeem daar zij het systeem wel kennen, maar
het nog nooit in deze context hebben gezien.
4. Het
NUI-systeem kan gebruikt worden als voorbereiding op het echte experiment.
Daarbij wordt al rekening gehouden met de verschillende stappen en de
veiligheid. Op die manier kan het echte experiment veel vlotter verlopen en
moet er minder concentratie gaan naar het correct uitvoeren en meer naar het
inzicht verwerven van de reactie.
5. Als
laatste is er nog het voordeel dat NUI heeft ten opzichte van andere
ICT-toepassingen. NUI zorgt dat de de natuurlijke bewegingen die je maakt
effectief dezelfde gevolgen zou hebben in je NUI-systeem als in de realiteit.
Dit is niet het geval bij een klassieke computer met muis, toetsenbord en
scherm. Daar lijkt de grens tussen ICT en een chemielokaal veel verder te
liggen waardoor de leerefficiëntie zal dalen.
Reflectie: nadelen
Er zijn enkele opmerkingen die in
het nadeel werken van dit systeem.
1. Voor
proefjes die makkelijk te doen lijken of waarbij geen gevaarlijke stoffen
worden gebruikt, lijkt het NUI-systeem misschien overbodig (bvb.
neerslagproegjes, polariteitsproefjes,...). Een echt experiment ligt steeds
dichter bij de realiteit dan een gebruikersinterface. Ik stel me zelf dan de
vraag in welke mate dit NUI-systeem in deze situatie een meerwaarde kan zijn
ten opzichte van een echt experiment.
2. Zoals
eerder vermeldt kan de aankoop en implementatie van nieuwe technologiëen zeer
duur zijn. Scholen zijn vaak beperkt in budget als het aankomt op het gebruik
van ICT en nieuwe technologie. Daaraansluitend staat nieuw uitgebrachte
technologie vaak nog niet op punt. Er
wordt constant nog aan gesleuteld en ook hier, in dit NUI-systeem,
vinden we beperkingen. Er kunnen namelijk maar 40 experimenten worden
uitgevoerd terwijl het aantal werkelijke chemische experimenten dat in een labo
kan worden uitgevoerd toch wel beduidend hoger ligt.
Besluit
Naar mijn mening heeft het gebruik
van NUI enkele sterke voordelen maar blijft het grootste obstakel, net als bij
vele andere technologieën, de kosten van de aankoop en de implementatie.
Meestal wordt dit obstakel wel door de tijd overwonnen. In een technologie met
toekomst wordt geïnvesteerd om het efficiënter, goedkoper en toepasbaarder te
maken.
Een ander groot nadeel dat bij vele
andere technologieën voorkomt, is de tijd en moeite die je er in moet steken om
het te leren kennen, zowel bij leerling als leraar. Dit lijkt mij in het geval
van het NUI-systeem minder of niet van toepassing. De reden waarom dit systeem
net bestaat is om de brug tussen de natuurlijke en het artificiële interactie
van mens en computer te verkleinen.
Jagodziński, P., & Wolski, R. (2014). Assessment of Application Technology of Natural User Interfaces in the Creation of a Virtual Chemical Laboratory.Journal of Science Education and Technology, 24(1), 16-28. DOI 10.1007/s10956-014-9517-5
De mening dat NUI een handig hulpmiddel is voor het labo Chemie deel ik, omdat de leerlingen labo's thuis kunnen voorbereiden, het kan dienst doen als huiswerk en als herhaling van de leerstof (aanschouwelijker maken).
BeantwoordenVerwijderenToch zijn er enkele nadelen (eveneens opgesomd door Merlijn),bv. de potentiële gevaren gedurende experimenten zijn niet aanwezig in een NUI en met oog op een verdere studie moet het gevoel met chemische werken ervaren. Zo kunnen er misschien problemen in de NUI software geprogrammeerd worden, zoals morsen van zuren op handen, verkeerd gebruik busenbrander,....; hierdoor de NUI minder op een spel zijn en meer een reële situatie nabootsen.