„Leraar zal aan de slag moeten met virtual reality en kunstmatige intelligentie”
De docent voor de klas kan hulp krijgen van kunstmatige intelligentie en virtuele techniek. Die raakt daardoor zijn baan niet kwijt, maar zijn werk wordt leuker, verwacht Max Louwerse, hoogleraar cognitieve psychologie en kunstmatige intelligentie aan Tilburg Universiteit.
Louwerse beseft uit eigen ervaring dat er in het onderwijs veel koudwatervrees heerst om aan de slag te gaan met virtuele technieken. „Vaak is de introductie van tablets of een smartboard in de klas al een hele stap.”
In zijn DAF Technology Lab laat hij zien hoe het onderwijs kan verbeteren, en hoe alle leerlingen de aandacht kunnen krijgen die ze nodig hebben. „Gepersonaliseerd onderwijs in een klas met dertig leerlingen gaat geen docent lukken in het traditionele onderwijs. Maar met behulp van virtuele technieken en kunstmatige intelligentie kan hij een heel eind komen.”
In de praktijk kan dat als volgt. Leerlingen gaan aan de slag in een virtuele leeromgeving, zoals het CAVE-systeem, acronym van Cave Automatic Virtual Environment (zie ”Virtueel onderwijs in CAVE en Spacebuzz”). Het DAF Technology Lab heeft de beschikking over twee ultramoderne CAVE’s, ruimten met 360 graden beeld. Lasers projecteren beelden op alle vier de wanden. Ze passen het perspectief voortdurend aan de plek aan waar de leerlingen staan. Met een virtual-realitybril op wanen leerlingen zich in de omgeving die om hen heen is geprojecteerd. Levensechte geluidseffecten completeren de ervaring.
„Deze virtuele omgeving geeft leerlingen een zogeheten immersieve leerervaring: ze raken ondergedompeld in de lesstof. Een kunstmatig intelligent monitoringsysteem met camera’s volgt de groep en elke leerling afzonderlijk.”
Terwijl de leerlingen opdrachten uit hun lesboek uitvoeren, pikt het monitoringsysteem de leerling eruit die niet actief meedoet of iets niet begrijpt. „De simulatie past zich automatisch aan en stuurt die leerling bij. Het kan ook zijn dat een docent de resultaten uitleest en het besluit neemt om hem extra les te geven.”
Zo’n combinatie van virtuele technieken en kunstmatige intelligentie kan het leven van de docent een stuk leuker maken en hij houdt meer tijd over, verwacht Louwerse. „De virtuele omgeving of de docent kunnen zo’n leerling meer aandacht geven. Dat was vijftig jaar geleden echt onmogelijk. Ben je leerling in het huidige onderwijsbestel en je begrijpt iets niet, dan word je aan het eind van de rit afgestraft met een toets.”
De hoogleraar onderscheidt vier manieren waarop virtuele technieken bruikbaar zijn in het onderwijs. De eerste is een intelligent tutoringsysteem. Een digitale docent die 24/7 beschikbaar is, gaat direct het gesprek met leerlingen aan. Bijvoorbeeld bij het maken van huiswerk. Vragen over lesstof die ze niet begrijpen, kunnen ze direct stellen. „De menselijke docent constateert bij het uitlezen van de gegevens: hé, dit begrijpen mijn leerlingen nog niet voldoende. Hier zal ik wat meer aandacht aan besteden in de les.”
Bij serious gaming is de aanpak eigenlijk niets anders: ook hier wordt gepersonaliseerd onderwijs aangeboden. Leerlingen kunnen in een virtuele omgeving experimenten uitvoeren die ze nooit in de echte wereld kunnen doen. „Zoals tijdens een natuurkundeles spelen met het variëren van de zwaartekracht. Of bij scheikunde stoffen bij elkaar voegen die in de echte wereld een levensgevaarlijke chemische reactie veroorzaken.”
Als derde noemt de hoogleraar stealth assessment. Bij deze mogelijkheid neemt de docent geen toets af na het afronden van de lesstof; een kunstmatig intelligent programma volgt de vorderingen van elke leerling op de voet. „Waar een leerling wat tekort komt, geeft de docent wat extra oefenmateriaal. Daardoor heeft elke leerling aan het einde van de rit hetzelfde niveau.”
Als laatste noemt Louwerse de toepassing van virtual, mixed en augmented reality. Augmented reality voegt digitale beelden toe aan de reële wereld. „Tijdens een stadswandeling ziet iemand in zijn AR-bril bijvoorbeeld digitaal de oude situatie geprojecteerd in de stad van nu. Of een chirurg krijgt digitaal scanbeelden van een patiënt tijdens een operatie op zijn netvlies. Hij kan daardoor virtueel door een patiënt heen kijken tijdens een operatie en daardoor de operatie beter uitvoeren.”
Virtual reality zit aan de andere kant van het spectrum: de gebruiker waant zich in een totaal andere wereld. „Ze beleven bijvoorbeeld het Oude Rome of een ruimtereis, of ervaren de ontbossing in het Amazoneregenwoud. Eigenlijk houden we je hersenen voor de gek.” De ervaring van mixed reality zit tussen virtual reality en augmented reality in.
Hersenscans
In een virtuele omgeving kunnen leerlingen niet alleen met hun oren, ogen en verstand leren, maar ook met hun handen, weet Louwerse uit zijn onderzoekspraktijk. „Momenteel volgen we onze studenten met tal van sensoren. Hersenscans zijn momenteel onze gouden standaard om de betrokkenheid van de leerlingen te bepalen. Maar die kunnen we in de klas niet inzetten. Daarom kijken we hoe de signalen uit de hersenen corresponderen met huidreacties, zoals zweten, naar variaties in de hartslag en oogbewegingen, en ook hoe leerlingen zich in de ruimte bewegen Mogelijk komt daar een methode uit die de leerprestaties goed voorspelt.”
Abstracte vakken
De hoogleraar vermoedt dat behalve vakken als geschiedenis en aardrijkskunde ook abstracte vakken baat kunnen hebben bij de inzet van virtual reality, zoals in de CAVE. „Je kunt bij wiskunde abstracte vergelijkingen uit elkaar trekken, en de effecten van de invoer van andere getallen visualiseren.”
Ook juristen zouden er veel aan kunnen hebben, denkt Louwerse hardop. „In de 360 graden virtuele omgeving van CAVE kunnen ze documenten verzamelen voor gebruik bij een rechtszaak. Een kunstmatig intelligent algoritme helpt vervolgens om te bepalen welke documenten van belang zijn om die te lezen. Dat kan advocaten en rechters veel tijd besparen.”
Voorspellen wanneer virtuele omgevingen zoals CAVE-systemen hun intrede gaan doen in het primair en voortgezet onderwijs, daaraan wil de hoogleraar zijn vingers niet branden. „Voor het eerst in de geschiedenis bestaan veel belemmeringen niet meer. De techniek is betaalbaar; we hebben de hardware, de software, snel internet en volop ideeën. Het enige struikelblok is de organisatie van ons onderwijs. Dat is eigenlijk een gênante conclusie.”
De digitale wereld, augmented en virtual reality maken steeds vaker deel uit van de beroepspraktijk waarin de leerlingen terecht zullen komen. Het onderwijs loopt daarop achter. Het zou zich opnieuw moeten uitvinden, vindt de hoogleraar. „De maatschappij is veranderd, daarop moeten we de leerlingen voorbereiden. Ik kan me voorstellen dat er over tien jaar een muiterij uitbreekt in het klaslokaal, omdat het onderwijs niet meer aansluit op de wereld van nu.” Samen met enkele grote uitgevers van lesboeken denkt zijn vakgroep na over de vraag: hoe ziet de toekomst van ons onderwijs eruit.
Zal de grootschalige inzet van dergelijke technieken niet leiden tot een verschraling van het onderwijs? Dat is meer dan alleen het aanleren van kennis en vaardigheden?
„Dat is een zeer terechte vraag. We moeten immersieve educatie beschouwen als een hulpmiddel. De inzet ervan is dus bepaald geen vervanging van de docent voor de klas. Kunstmatige intelligentie die leerlingen beoordeelt, helpt docenten tijd te besparen. Het is bewezen dat de resultaten van leerlingen met deze virtuele technieken op alle vlakken met sprongen omhoog gaan.”
Virtuele techniek levert veel spektakel en kunstmatige intelligentie meet slechts een deel van de leerprestaties. Is het onderwijs daarbij gebaat?
„Ik verwacht dat immersief onderwijs met virtuele technieken zeker gaat werken. Binnenkort gaan we pilots bij een aantal vakken in het onderwijs volgen. De jongere generatie verdient het dat wij onderzoeken of we hiermee de goede richting inslaan.”