Lessen voor de invoering van informatica
Door Jan Lepeltak
Natuurkunde is het enige eindexamenvak in havo en vwo waar informatica deel van uit-maakt. Het onderdeel fysische informatica is sinds 1992-1993 integraal deel van het natuurkundecurriculum. Leraren zijn nageschoold (zonder enige registerdwang); er is lesmateriaal en hardware beschikbaar; kortom het is een heus, serieus vakonderdeel geworden. Aan de vier in balans voorwaarden van Kennisnet lijkt te zijn voldaan. Hoe is dat zo gekomen?
We bezochten in Amsterdam-Buitenveldert CMA. Deze spin-off van de Universiteit van Amsterdam bestaat in 2017 dertig jaar. Begonnen begin 80’er jaren binnen de didactiek natuurkunde vakgroep aan de UvA en vanaf 1987 als Stichting Centrum voor Micro-computer Applicaties (CMA). Vervolgens werkte CMA samen met het AMSTEL Instituut binnen de Bèta-faculteit (FNWI). Een overactieve decaan sloot dit gerenommeerde instituut om zijn bezuinigingsdoelstellingen te halen om vervolgens zelf na twee jaar weer naar het bedrijfsleven te verhuizen, waar hij ook vandaan kwam.
De leidende figuur achter al deze initiatieven is Ton Ellermeijer (68). In de jaren ’70 was hij enkele jaren leraar natuurkunde op Fons Vitae, een school voor havo, vwo en gymnasium. Hij eindigde aan de UvA in 2011 als bijzonder hoogleraar in de didactiek van de natuurwetenschappen met als formele leeropdracht “Curriculuminnovatie natuurwetenschappen voortgezet onderwijs” en is sindsdien directeur van CMA.
Ellermeijer is iemand die vanuit een vakdiscipline en eigen leservaring zijn vak bij de introductie van ICT vernieuwde. Hij is een van de weinige pioniers die vanaf de introductie van de Apple II en de Commodore 64 de potentie zag voor zijn eigen vakgebied en nog steeds actief is. Zo ontwikkelde hij eind jaren ’70 een spirometer aangesloten op een Apple II waarmee men de longfunctie kan meten. Bij Fons Vitae gaf hij ook lessen informatica, waarbij hij nog werkte met schrapkaarten. Met zijn legendarische collega Piet Molenaar, die steeds een baan als leraar bij Fons Vitae combineerde met een baan bij Didaktiek Natuurkunde bij de UvA, voerde hij met inzet van IT de eerste proeven uit (de C werd in de jaren ’90 toegevoegd). De science-vleugel op Fons Vitae, die Molenaar wist te realiseren, is naar hem vernoemd. Piet Molenaar is nog jaren na zijn pensioen blijven lesgeven. Helaas overleed hij nu bijna twee jaar geleden vrij plotseling.
Na twee jaren lesgeven op Fons Vitae kreeg Ellermeijer een promotieplek bij de VU, waar hij ook promoveerde. Vervolgens werd hij gevraagd door de UvA en daar zette hij vanaf eind jaren ’70 de didactiek werkgroep op.
Het NIVO-project startte in 1984 en behelsde de levering van PC’s (MS-DOS), nascholing en lesmateriaal (zie voor de geschiedenis o.a. http://www.learningfocus.nl/2014/03/15/het-nivo-project-grote-ambities-weinig-geld/). Voor die tijd werd er reeds nascholing voor de natuurkunde, biologie en scheikunde opgezet, waar de kernvraag was: hoe kun je kleine computertjes als de Apple II en Commodore 64 gebruiken om te meten? Daarbij wilde men zichtbaar maken hoe je computers kunt gebruiken in het echte natuurwetenschappelijke onderzoek. Het waren toch vooral de hobbyisten die de nascholing volgden en allerlei opstellingen in elkaar knutselden. Ellermeijer betwijfelt of er veel van in de lessen werd gebruikt. Pas met de komst van het eerder genoemde NIVO-project werd het een serieuze zaak.
In de jaren ’60 en ’70 was er een grote toevloed van jonge leraren die al op de universiteit kennis had gemaakt met de computer. Toen hield bijna iedereen zich bezig met zelf programmeren.”
Onder invloed van de invoering van de BBC-computer in de jaren ’80 werd in het Engelse onderwijs gedaan aan modelleren en werd door Profrssor Jon Ogborn het dynamic modelling system (DMS) ontwikkeld. Nederland koos in het NIVO-project voor MS-DOS als standaard, maar er bleek geen software en geschikte interface te bestaan voor het meten. Ellermeijer kreeg het verzoek vanuit het ministerie iets te ontwikkelen voor het meten met de NIVO-computers. Daarbij werd hij binnen het NIVO-project coördinator voor de natuurwetenschappen. De UvA wilde het zakelijke risico niet lopen en vervolgens is in 1987 de stichting CMA opgericht die de interfacekaart en de bijbehorende programmatuur ontwikkelde. Naast een algemene nascholing informatica (over onder andere databases, tekstverwerking, spreadsheets en het werken met de PC) was er een vakspecifieke scholing voor de talen, wiskunde en de natuurwetenschappen. Dat laatste had duidelijk het meeste succes. Men begon met een stevige voorscholing van veertig lerarenopleiders en andere voortrekkers die later de andere docenten moesten nascholen. Het was een stevige cursus van twintig dagen. Men kwam elke twee weken voor een volle dag bijeen. Daarna zijn van elke school leraren nageschoold.
Naast het stimuleren van het gebruik van ICT, werd door de toenmalige staatssecretaris Nel Ginjaar-Maas (zelf ooit lerares scheikunde) besloten dat men geen apart vak informatica wenste, maar dat onderdelen van de informatica moest integreren in de vakken. Passend binnen dat beleid is het onderdeel Fysische Informatica ontwikkeld en ingevoerd. Onder meer werden speciale systeemborden voor de scholen ontwikkeld, voorbeeldmodules lesmateriaal, en specifieke nascholing voor docenten natuurkunde.
Men kan veel leren van de wijze waarop fysische informatica een plek heeft gekregen in ons onderwijs.
Toch hadden al deze inspanningen nooit succes gehad als het onderdeel fysische informatica geen deel was gaan uitmaken van het eindexamen. De kennis over sensoren, daarmee werken en het dynamisch modelleren maakten deel uit van de fysische informatica. De commissie voor de vernieuwing van het eindexamenprogramma natuurkunde (de WEN) kreeg eind jaren ’80 de opdracht ook aandacht aan Informatica in het vernieuwde examenprogramma op te nemen. Ton Ellermeijer suggereerde toen om fysische informatica (FI) op te nemen. De commissie moest kiezen tussen elektronica en fysische informatica en men koos uiteindelijk voor het laatste.
In ’92-’94 werd FI onderdeel van het CSE. Er kwamen vragen in over het systeembord (dat nog steeds op veel scholen gebruikt wordt) en modelleringsopdrachten.
Ellermeijer: “Wat wel aardig was is, dat ik eerst werd afgebrand door de natuurkundeleraren. Men vond dat dit geen natuurkunde was. Natuurkunde gaat over wetten. Men kreeg nu ontwerpopdrachten en gebruikte het systeembord. Nu was het iets anders dan een berekening maken. Men moest iets ontwerpen en de leerling kon dan zien of dat wat hij had ontworpen wel of niet werkte. Daarna kon men het ontwerp vervolgens eventueel verbeteren. Na enkele jaren werd het vernieuwde examenprogramma geëvalueerd. Het bleek te vol en de commissie wilde de fysische informatica drastisch inperken, maar nu kwamen de docenten in het geweer. Dat wilden ze niet, want zij en vooral hun leerlingen vonden het een heel leuk onderdeel. Het motiveerde de leerlingen. Uiteindelijk is de FI een examenonderdeel gebleven”.
Men kan veel leren van de wijze waarop fysische informatica een plek heeft gekregen in ons onderwijs.
In de basisvorming verliep het met het vak informatiekunde minder goed. Het was door het PvdA-kamerlid Netelenbos teruggebracht tot een klein vakje, de resturen gingen naar het vak verzorging. Wat dan nog overbleef moest inzakken in de overige vakken. Daar is door de vrijblijvendheid binnen de basisvorming weinig van terecht gekomen.
Meten in de onderbouw als onderdeel van het vak informatiekunde is eigenlijk een farce geworden.
Daarnaast is verder gewerkt aan een auteursomgeving voor onderzoek en meten. Daar is het Coach programma uit voort gekomen. Inmiddels kent men Coach 7, dat gebruikt kan worden op tablets en smartphones en waarmee men bijvoorbeeld ook metingen kan doen aan digitale video’s. Coach is een volwassen leeromgeving voor de bèta-vakken dat op bijna alle VO-scholen in Nederland, en ook in veel andere landen, wordt gebruikt.
Leren programmeren pur sang op de basisschool heeft weinig zin
Het harde programmeren is een beetje achtergebleven. Zuiver programmeren acht Ellermeijer hoogstens interessant voor het beroepsonderwijs. Maar aspecten ervan zoals debuggen, problem solving en algoritmiseren komen in veel vakken aan de orde. Onderzoeken hoe of het systeem werkt. Maar leren programmeren pur sang op basisschoolniveau heeft volgens Ellermeijer weinig zin.
In de dertig jaar van haar bestaan heeft CMA met zijn producten veel successen behaald. Ton Ellermeijer ontving in 1999 de prestigieuze Minnaertprijs (doel van de prijs is het publiekelijk tot uitdrukking brengen van de waardering voor de verdiensten van de laureaat voor de ontwikkeling van het vak natuurkunde in het voortgezet onderwijs gedurende een reeks van jaren). Ed van de Berg (ook werkzaam geweest bij het AMSTEL-instituut) ontving deze tweejaarlijkse prijs in 2015. Daarnaast ontvingen Ellermeijer en zijn Instituut nog een aantal internationale prijzen zoals de EASA (European Academic Software Award) voor Coach en in 2009 de zeer prestigieuze ICPE Medal (een erkenning voor de bijdragen van Ellermeijer aan het vak natuurkunde wereldwijd).
CMA is nu een klein bedrijf met nog steeds als doel “het onderwijs in de Natuurwetenschappen, Wiskunde en Techniek te verbeteren. ” Inmiddels worden de CMA producten op nagenoeg alle VO-scholen in Nederland gebruikt. Daarnaast ook in het onderwijs in zo’n 30 landen op alle continenten.
Men kan zich afvragen of er uit het relaas van Ton Ellermeijer bruikbare lessen zijn te trekken voor de invoering van coding en computational thinking, robotica en maker education, zoals:
- Zorg voor het ontstaan van kleine, enthousiaste groepen die de kritische massa kunnen vormen. Initiatieven als het Leraren Ontwikkel Fonds hebben alleen zin als ze serieuze, stevige investeringen betreffen. Kleine bedragen voor kleine projectjes zullen weinig opbrengen.
- Zet stevig in op nascholing/professionalisering. Zorg voor werkelijke deskundigheid in plaats van commerciële, windowdressing partijen.
- Faciliteer scholen met goede spullen en bijbehorend lesmateriaal.
- Belangrijkste: geef het een niet vrijblijvende plek in het curriculum, zoals in de UK. Zorg voor opname in het CSE.
Arjan van der Meij
Wel spijtig dat al die mooie dingen bij de jongste curriculumwijziging een stuk minder geworden zijn. Op het VWO is Fysische Informatica helemaal verdwenen op de HAVO is een keuzeonderwerp geworden. Modelleren is nog wel een onderdeel van het VWO programma en ook wordt het genoemd in de HAVO-syllabus (maar leidt daar volgens mij een slapend bestaan).
Jammer, vind ik. Zeker omdat Fysische Informatica voor VWO-ers de weg plaveit voor uitdagendere en moeilijkere projecten met Arduino of Raspberry Pi.
Paul Jansen
Dit is inderdaad een mooi gebruik van ICT, een uitbreiding en extrapolatie van analoge meetinstrumenten. ICT in dienst van de natuurkunde. Prachtig Ton dat je het in al die tijd hoog hebt gehouden met zoveel resultaat.