Nieuwe technologieën in de klas | Berenschot artikel

Innovaties zoals neurotechnologie en Extended Reality (XR) beloven het onderwijs fundamenteel te veranderen: van lesgeven op gevoel naar leren op maat, afgestemd op zowel het brein als de belevingswereld van de leerling. Deze blog richt zich op de kansen en mogelijkheden van neurotechnologie en XR voor leren en ontwikkelen. En hoe kunnen deze innovaties bijdragen aan toekomstbestendig onderwijs?

Neurotechnologie omvat alle methoden, instrumenten en elektronische apparaten die signalen uit het zenuwstelsel kunnen meten, registreren of interpreteren. Het gaat bij het gebruik van deze technologie nadrukkelijk niet om het ‘lezen van gedachten’, maar om het herkennen van statistische patronen die samenhangen met bijvoorbeeld aandacht, stress, vermoeidheid, mentale belasting en betrokkenheid. Zulke signalen kunnen zichtbaar maken op welke momenten een leerling overprikkeld raakt, afhaakt of juist goed geconcentreerd is. Neurotechnologie kent brede toepassingsmogelijkheden binnen het onderwijs. Het huidige onderzoek richt zich echter voornamelijk op concentratiemetingen. Daarom focussen we op dit specifieke toepassingsgebied.

Bij slechte prestaties van leerlingen op school wordt vaak gekeken naar de omgeving van kinderen. Gaf de docent wel goed les, was de leerling wel gemotiveerd, voelde die zich op zijn plek in de klas? De manier waarop ons brein werkt, heeft echter ook grote invloed heeft op hoe we leren. Leerlingen verschillen in hoe zij informatie verwerken. Zo is er veel neurodiversiteit tussen leerlingen, met variaties zoals ADHD of autisme. Hoewel dat niet altijd zichtbaar is, kan het wel invloed hebben op hoe een leerling leert en functioneert in de klas. 

Neurotechnologie kan bij leerlingen aanwijzingen geven over hun cognitieve en emotionele toestand tijdens het leren. Daarmee wordt informatie verzameld over concentratie, maar ook over mentale overbelasting, spanning, vermoeidheid of wisselingen in betrokkenheid gedurende een les. 

Een neural headband, die leerlingen om hun hoofd dragen om hersenactiviteit te meten, kan in het klaslokaal docenten uitgebreid inzicht geven in het leerproces van leerlingen. In een wiskundeklas merkt een docent dat leerling Noura niet goed meekomt. De docent vermoedde een gebrek aan motivatie, maar neurale signalen suggereren dat haar aandacht op bepaalde momenten tijdens de les afneemt. Dat inzicht maakt gerichte ondersteuning mogelijk, zoals korte pauzes of een andere lesvorm. Ook kan de docent het tempo aanpassen wanneer de aandacht van meerdere leerlingen verslapt.

Voor een docent bieden neurodata een kans om een les zo samen te stellen, dat zo veel mogelijk leerlingen het grootste deel van de lestijd de maximale concentratie hebben. Voor leerlingen met ADHD, faalangst of hoogsensitiviteit kan dit het verschil maken tussen uitval en passend onderwijs. 

In de praktijk worden neural headbands momenteel met name gebruikt in onderzoeks- en pilotsituaties, en nog niet voor structurele monitoring in de klas. Hier biedt neurotech kansen voor de wetenschap om te achterhalen hoe leerlingen het beste kunnen leren. Een Chinees onderzoek naar inter-brain coupling illustreert dit.* Leerlingen van een middelbare schoolklas in Beijing droegen een semester lang tijdens lessen wiskunde en Chinees een EEG-headband, zodat onderzoekers konden bekijken in welke mate hun hersenactiviteit synchroon liep met die van klasgenoten. Bij wiskunde bleken succesvolle leerlingen vooral sterk afgestemd op de klas als geheel; bij Chinees juist op andere sterke leerlingen. Er was dus meer correlatie tussen positieve resultaten van de succesvolle leerlingen en de rest van de klas bij wiskunde dan bij Chinees. Docenten kunnen op basis van deze correlatie per vak de focus meer leggen op klassikaal of juist op maat lesgeven.

Ook in Europa zijn al enkele onderzoeken gedaan naar het monitoren van leerlingen door middel van neurotechnologie. In een Spanje vonden onderzoekers met draagbare headbands verschillen tussen sterkere en zwakkere presteerders.** Leerlingen die beter presteerden, bleken ook duidelijk andere patronen van hersenactiviteit te vertonen dan zwakkere leerlingen, vooral op het gebied van aandacht en concentratie. Opmerkelijk was dat deze objectieve metingen beter samenhingen met de resultaten dan wat leerlingen zelf aangaven over hun aandacht. Zulke inzichten kunnen leraren ondersteunen bij het kiezen van tempo, werkvormen en momenten van extra begeleiding. De inzichten van inter-brain coupling kunnen in een klas gebruikt worden om te zorgen dat de hele klas betrokken blijft. Dit geldt niet alleen voor de leerlingen die een drempel ervaren bij het deelnemen aan de les, zoals neurodiverse leerlingen, maar ook voor leerlingen die niet vanzelfsprekend goed functioneren binnen het huidige onderwijssysteem.

*Chen, J., Qian, P., Gao, X., Li, B., Zhang, Y., & Zhang, D. (2023). ‘Inter-brain coupling reflects disciplinary differences in real-world classroom learning.’ In: npj Science of Learning, 8, 11. https://doi.org/10.1038/s41539-023-00162-1

**Fuentes-Martinez, V. J., Romero, S., Lopez-Gordo, M. A., Minguillon, J., & Rodríguez-Álvarez, M. (2023).
‘Low-cost EEG multi-subject recording platform for the assessment of students’ attention and the estimation of academic performance in secondary school.’ In: Sensors, 23(23), 9361. https://doi.org/10.3390/s23239361

Waar neurotechnologie vooral probeert beter zichtbaar te maken wat er tijdens het leren bij leerlingen gebeurt, richten Extended Reality (XR)-toepassingen zich juist op de leeromgeving zelf: zij veranderen hoe leerlingen informatie ervaren. Met Virtual Reality-brillen kunnen leerlingen spelenderwijs kennismaken met bijvoorbeeld geschiedenis of natuurkundige processen en theorieën. 

Met XR kunnen leerlingen virtueel rondlopen in het Nederland van honderd jaar geleden. Om de virtuele ervaring realistisch te maken, verzamelen de brillen enorme hoeveelheden data: oogbewegingen, gezichtsherkenning, lichaamsbewegingen, stemopnames, locatiegegevens en zelfs omgevingsinformatie. 

Ook in andere vakgebieden biedt XR kansen. Anatomische structuren kunnen in 3D worden verkend zonder afhankelijk te zijn van afbeeldingen in een lesboek, terwijl leerlingen in technische of beroepsgerichte opleidingen risicovolle handelingen eerst veilig in een gesimuleerde omgeving kunnen oefenen. XR kan daarmee niet alleen kennisoverdracht ondersteunen, maar ook experimenteren, ruimtelijk inzicht en ervaringsgericht leren versterken.

Naast een volledige onderdompeling in een andere wereld zoals bij Virtual Reality (VR), kunnen lesmethoden ook gebruik maken van Augmented Reality (AR), waar digitale informatie op de echte omgeving wordt geplakt (zoals in Pokémon Go of bij het visualiseren van IKEA-meubels in je eigen woonkamer). Een docent geschiedenis kan leerlingen bijvoorbeeld historische objecten in de klas laten bekijken alsof deze fysiek aanwezig zijn, terwijl een biologiedocent een interactief 3D-model van het menselijk lichaam in het lokaal projecteert. Ook hier moeten veel omgevingsdata verzameld worden, om de objecten op een realistische manier op de echte omgeving te plakken. Onderstaande afbeelding toont het spectrum waarop AR en VR zich bevinden, waarbij laatstgenoemde volledig in de virtuele wereld plaatsvindt en eerstgenoemde in de fysieke wereld, met slechts enkele digitale elementen.

Eerder in dit artikel beschreven we hoe de omgeving van kinderen vaak als oorzaak van prestaties wordt gezien. Extended Reality biedt meer controle in de omgeving van leerlingen. Door leerlingen onder te dompelen in een virtuele wereld of door de echte wereld aan te vullen met digitale componenten, kunnen zij afgezonderd worden van hun medeleerlingen en zodoende elkaar ook niet afleiden. 

Wanneer leerling Elias bij een les geschiedenis snel afgeleid raakt door klasgenoten en weinig motivatie voelt bij theoretische lessen, kan VR uitkomst bieden. Uit literatuuronderzoek blijkt namelijk dat VR een positief effect heeft op nieuwsgierigheid, plezier en betrokkenheid in vergelijking met traditionele leermethoden. Door een VR-methode aan te bieden, raakt Elias gemotiveerder en heeft hij geen last van zijn drukke medeleerlingen; de omgevingsfactoren in de klas zijn dankzij VR gedeeltelijk af te schermen. Ook kan een docent door middel van AR leerlingen historische artefacten in de klas laten zien alsof ze daar echt zijn. Voorwaarde voor het succesvol gebruik van VR is wel dat de docent over de vaardigheden en capaciteiten beschikt om een les hierop in te richten. 

Neurotech en XR kunnen het onderwijs voorgoed veranderen: van het registreren van cijfers naar het monitoren van het innerlijke leven en het controleren van de omgeving van leerlingen. Beide technologieën bieden kansen voor gepersonaliseerd leren, maar juist omdat ze dichter op de leerling komen te zitten, stelt het scholen, ouders en beleidsmakers eveneens voor een cruciale uitdaging: hoe kunnen we profiteren van technologische vooruitgang en tegelijkertijd de mentale en fysieke privacy van leerlingen beschermen? En is het wel een vooruitgang voor het onderwijs of zijn andere lesmethoden passender? 

Daarom gaan we in de tweede blog in op de mogelijke risico’s en aandachtspunten. In de derde blog schetsen we een handelingsperspectief.

In drie blogs gaan we in op technologische vernieuwing in de onderwijscontext. In de eerste blog staan de kansen centraal. De tweede blog verheldert mogelijke risico’s en aandachtspunten. En in de derde blog schetsen we een handelingsperspectief. Hoewel elke blog één invalshoek belicht, betekent dit nadrukkelijk niet dat één afzonderlijke blog het volledige standpunt van de auteurs weergeeft. De blogs moeten dan ook in samenhang worden gelezen.