Waarom minimale begeleiding tijdens instructie niet werkt

Feedback geven of bedenkingen formuleren? Lees misschien eerst deze disclaimer of Over deze blog.

Introductie

Indien je geïnteresseerd bent in en leest over evidence based/informed leren, word je al gauw geconfronteerd met artikels over cognitieve principes over leren enerzijds en een meer constructivistische visie anderzijds. Zo kwam ik onderstaand artikel op het spoor.
"Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work: An Analysis of the Failure of Constructivist, Discovery, Problem-Based, Experiential, and Inquiry-Based Teaching" (Kirschner, Sweller, & Clark, 2006).

Wat ik onthouden heb:

• directe instructie met betrekking tot concepten en procedures in een bepaalde discipline is veelal efficiënter dan zelfontdekkend leren (en andere constructivistische varianten daarvan);
• vooral beginners in een bepaalde discipline zijn gebaat met directe instructie: minimale ondersteuning kan hier zelfs negatieve gevolgen hebben;
• indien studenten meer en meer onderlegd zijn in een discipline is het verschil tussen beide methodes klein tot nihil en kan er zelfs sprake zijn van een expertise-reversal effect; 
• deze bevindingen zijn gebaseerd op aannames uit de cognitieve psychologie (werkgeheugen, langetermijngeheugen en cognitieve belasting).

Samenvatting en hypothese

In het artikel wordt beschreven dat er minder leerwinst wordt geboekt in een context van minimale begeleiding van de lerende door de instructieverantwoordelijke, vergeleken met een leeromgeving waarin de student sterke begeleiding krijgt in zijn leerproces. Dit geldt in eerste instantie voor studenten met weinig of beperkte voorkennis in het te bestuderen domein. Voor student-experten is het verschil in leeruitkomst tussen beide aanpakken minder groot, gelijk of zelfs omgekeerd.

Minimal guidance (MG) wordt omschreven als een leercontext waarin de lerende zelf essentiële informatie met betrekking tot een onderwerp dient te ontdekken en construeren. Waar in guided instruction (GI) informatie over de te verwerven kennis en/of de procedures om tot deze kennis te komen (grotendeels) verstrekt worden aan de student.

De bevinding dat er een hoger leerrendement wordt bekomen door GI ten opzichte van MG, wordt gestaafd op basis van inzichten uit de cognitieve psychologie met betrekking tot de architectuur van de menselijke cognitie, het werkgeheugen en het principe van cognitive load.

Architectuur van de menselijke cognitie en werking van het werkgeheugen

Met architectuur van de menselijke cognitie wordt veelal het model bedoeld waarbij informatieverwerking plaatsvindt via het zintuiglijk geheugen - werkgeheugen (WG) - Langetermijngeheugen (LTG). Deze twee laatste, en de interactie tussen beide, zijn in het artikel het uitgangspunt.
Het LTG wordt niet uitsluitend gezien als een 'passieve' opslagplaats van informatie, maar eerder als de bepalende en beïnvloedende structuur van alles wat we zien, horen en hetgeen waarover we denken.
Het is immers op basis van deze gigantische opslag aan data (zowel feiten als procedures; eigen toevoeging) dat we een inschatting maken van een situatie en problemen die zich aandienen én hoe we daar mee omgaan.
Indien het LTG de basis vormt, kan er van (iets nieuw) leren dan ook alleen sprake zijn indien er veranderingen zijn teweeggebracht in deze geheugenstructuur.

Waar beroep doen op het LTG vaak een eerder onbewust proces is, is het WG de locatie waar bewuste verwerking plaatsvindt. In tegenstelling tot het LTG is ons werkgeheugen beperkt, niet alleen in ruimte, maar ook in tijd (geschat wordt maximaal vier tot zeven items gedurende 30 seconden). Clou van de zaak in leren is dan ook dit WG niet te overbelasten. Hier komt ons LTG weer op de proppen: op basis van informatie die opgeslagen ligt in dit geheugen wordt het WG immers ontlast. De belasting geldt immers hoofdzakelijk voor volledig nieuw te verwerken data (nog niet opgeslagen in het LTG). Indien het werkgeheugen de informatie uit het LTG kan ophalen en gebruiken in de verwerking, geldt de beperking van tijd en ruimte niet: de info die uit het LTG kan opgehaald worden in het WG is onbeperkt (dit deed bij bepaalde onderzoekers het bestaan van een aparte structuur, het langetermijn-werkgeheugen, veronderstellen).

Indien 'beginners' in een discipline niet kunnen terugvallen op schema's in het LTG, om nieuwe kennis in te integreren, is er een te sterke cognitieve belasting of cognitive load.

Instructietheorieën die voorbijgaan aan zowel de limieten van het WG als de essentiële rol van het LTG in het verwerken van nieuwe informatie kunnen niet effectief bijdragen aan het leren van studenten.

Implicaties van de organisatie van de menselijke cognitie voor constructivistische instructieprincipes

Instructieprincipes met een nadruk op MG, waarbij een sterke nadruk ligt op probleemoplossing, doen in zo'n mate een beroep op het WG, dat er geen sprake kan zijn van leren. Er wordt hier immers geen beroep gedaan op het LTG en er is dus ook geen ontlasting van het WG. Door deze overbelasting is er geen transfer van nieuwe kennis naar het LTG en wordt er dus ook niets nieuws geleerd.
Probleemoplossend leren en andere constructivistische varianten, gaan voorbij aan wat er geweten is over de principes van de menselijke cognitie.

De oorsprong van constructivisme en hedendaagse inzichten over Minimal Guidance Instruction

MG vindt zijn oorsprong in het constructivisme en de aanname dat lerenden hun eigen realiteit construeren waarbij hen doelen en een minimum aan informatie worden aangereikt. Leren is eveneens verschillend voor iedereen en dus is een gedeeld/algemeen format voor leren ineffectief.

MG is door veel instructieverantwoordelijken geaccepteerd en toegepast. Nochtans is er geen evidentie dat het efficiënter is studenten kennis te laten vergaren (letterlijk in de tekst 'construct a representation'; eigen toevoeging) door hen slechts minimale of gedeeltelijke informatie te verstrekken.

Een andere constructivistische aanname is dat in plaats van een een discipline aan te leren, kennis dient verworven te worden door ervaringen op te doen gebaseerd op de procedures en principes van de discipline en niet op basis van de wetten, theorieën en principes ervan. Hiertegen wordt in het artikel opgeworpen, dat de manier waarop een expert wérkt in zijn discipline (zijn methodes en procedures) niet gelijk staat aan de manier waarop men leert in/over een bepaalde discipline (zelf versta ik dit als volgt: Het is niet omdat je weet wat de methodes zijn van een bioloog, dat je door het toepassen van deze methodes door pakweg zelfontdekkend leren, zonder voorkennis, ook effectief 'biologie' leert; eigen toevoeging).

Door het toepassen van dit principe wordt voorbijgegaan aan het verschil tussen de onderzoeker als expert en de lerende als 'beginneling'. Systematisch wetenschappelijk onderzoek is pas mogelijk nadat er eerst substantiële kennis vergaard is over de discipline die onderzocht wordt.

Onderzoek waarin guided en unguided instruction met elkaar vergeleken worden

Zoals verwacht mocht worden op basis van onze kennis van de organisatie en structuur van de menselijke cognitie, is er geen evidentie (op basis van experimenteel gerandomiseerd onderzoek) dat MG efficiënter zou zijn dan GI. In tegendeel, in het aanleren van nieuwe informatie moet duidelijk gemaakt worden wat en hoe er te leren valt. Hiervoor bestaat daarentegen wel onderbouwd wetenschappelijk bewijs.

Onderzoek wees niet alleen uit dat er meer geleerd werd via GI, maar de kwaliteit ervan was eveneens beter. Deze conclusie werd getrokken door na te gaan of studenten die leerden op basis van MG een betere transfer konden maken van kennis naar een andere context. Ook hierin bleek leren via sterk begeleide instructie effectiever.

Het nadelige gevolg van MG vergeleken met GI zou stilaan verdwijnen naarmate lerenden meer achtergrond en kennis vergaard hebben en uiteindelijk kunnen uitmonden tot een gelijkaardig effect op basis van de twee verschillende instructiemethodes.

Onderzoek met betrekking tot uitgewerkte voorbeelden, vormt een sterk bewijs voor de superioriteit van strikt begeleide instructie vergeleken met MG. Zeker voor beginners is het oplossen van, bijvoorbeeld, wiskundige problemen op basis van uitgewerkte voorbeelden, veel efficiënter dan wanneer ze dit dienen te doen door zelf de oplossing van een oefening te construeren.

Het worked-examples effect, kan verklaard worden op basis van het eerder beschreven principe van de cognitieve belasting. Indien een opgave stap voor stap uitgelegd en gedemonstreerd wordt, blijft er voldoende ruimte beschikbaar in het werkgeheugen om effectief te leren. De stappen van probleemoplossing worden dan wél opgeslagen in het LTG en de lerende kan ze achteraf toepassen bij een bepaalde probleemoplossing.

Hier dient wel bij vermeld te worden dat het effect van uitgewerkte voorbeelden wegebt en uiteindelijk zelfs omkeert indien de lerende meer en meer expertise vergaart. Op een bepaald ogenblik hééft de lerende reeds een oplossing die opgeslagen ligt in zijn LTG. Het ophalen van deze strategie belast het WG dan minder dan wanneer er gewerkt wordt op basis van een worked example. Het zogenaamde expertise-reversal effect.

Ook de effecten van het aanbieden van process worksheets duiden op de gunstige invloed van GI op leren. Hierbij worden niet alleen de stappen voor probleemoplossing beschreven voor de student, maar ook tips voor het succesvol afronden van iedere stap. De prestaties van studenten die konden werken op basis van deze procedures waren duidelijk beter dan wanneer studenten zelf de procedures dienden te ontdekken.

Onderzoek naar instructie op basis van MG daarentegen, toont géén voordeel aan van deze methode. Zo is er voor de zogenaamde leerstijlen van Kolb en leren door ervaring (experiential learning, of leren door te reflecteren over het effect van een actie die eerst plaatsvindt, vervolgens conceptualiseren en gericht gaan toepassen in nieuwe situaties) geen substantieel bewijs voor efficiëntie gevonden in meta-analyses (beperkte effectgrootte en correlatie).

Constructivistische aannames zijn deels gebaseerd op het gegeven van interindividuele verschillen tussen studenten. Het effect van een bepaalde instructie is niet hetzelfde op de ene student als op de andere, maar afhankelijk van diens bekwaamheden en kenmerken (aptitude-treatment interaction).

Hier kan een link gelegd worden naar het hoger beschreven gegeven dat beginners meer gebaat zijn met een sterke begeleiding in hun leerproces dan studenten met meer expertise. Hierin is eveneens het erkende principe van scaffolding te herkennen (hierbij wordt de lerende met behulp van de docent net een stapje hoger getild en neemt de mate van ondersteuning stelselmatig af; eigen toevoeging).

Opvallend hierbij is dat lerenden met minder bekwaamheden in een een bepaald onderwerp, eerder geneigd zijn te kiezen voor een minder gestructureerde aanpak en deze ook aangenamer vinden hoewel er minder leren plaatsvindt. Omgekeerd waren meer bekwame studenten, die toch kozen voor een GI aanpak, eveneens meer tevreden over deze aanpak hoewel minder geleerd werd dan in geval van een minder gestructureerde aanpak. Beide zouden te maken hebben met (een inschatting) van inspanning en de keuze van beide groepen voor de weg van de minste arbeid. Beginners vinden de methode van GI eerder arbeidsintensief en experten vermoeden net dat ze via GI makkelijker hun doel gaan bereiken.

In het artikel wordt nog verder onderzoek benoemd, met dezelfde conclusie: GI is efficiënter dan MG, behalve wanneer studenten voorkennis hebben en kunnen terugvallen op eerdere gestructureerde ervaringen. Het onderzoek richt zich op MG in wetenschapsonderwijs in alle leeftijdscategorieën en studies in geneeskunde-opleidingen op basis van problem-based learning (PBL). PBL bleek niet alleen minder effectief, maar ook kostelijker dan een meer traditionele aanpak.

Conclusie

In geval van beginnende lerenden of lerenden van een gemiddeld niveau, is aangetoond dat GI effectiever is dan het inzetten van instructiemethodes die gebaseerd zijn op MG. Voor de student-experten lijkt het er op dat beide aanpakken even effectief zijn.

MG is niet alleen weinig efficiënt, maar kan zelfs negatieve gevolgen hebben, door hardnekkige misvattingen die aangeleerd worden of onvolledige kennisvorming.

Referenties

Duffy, T.M., & Cunningham, D.J. (1996). Constructivism: Implications of the design and delivery of instruction. In D. Jonassen (Ed.), Handbook of Research for Educational Communications and Technology (pp. 170-195). London: Prentice Hall.

Kirschner, P. (2018). Houston, wij hebben een probleem. Blogcollectief Onderzoek Onderwijs. Verkregen op 27 november, 2018, van https://onderzoekonderwijs.net/2018/11/06/houston-wij-hebben-een-probleem/

Kirschner, P.A., Sweller, J., & Richard E. Clark (2006) Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work: An Analysis of the Failure of Constructivist, Discovery,

Problem-Based, Experiential, and Inquiry-Based Teaching, Educational Psychologist, 41(2), 75-86,

DOI: 10.1207/s15326985ep4102_1