< Terug naar vorige pagina

Project

Activiteit en leren van studenten industriële ingenieurswetenschappen in een elektronica laboratorium

Labozittingen spelen een belangrijke rol in ingenieursonderwijs, getuige de grote fractie contacturen die studenten doorbrengen in labozittingen tijdens hun opleiding. Labo's zijn echter een onderwijsvorm met een hoge kostprijs, zowel wat betreft onderwijspersoneel als wat betreft materiaal. Ondanks deze belangrijke rol en grote kosten, is onderzoek naar de effectiviteit van labo-onderwijs schaars. Het onderzoeksproject beschreven in deze thesis heeft als doel het leren van studenten in een laboratorium over eerste orde RC-filters in kaart te brengen. RC-filters zijn schakelingen waar de studenten vertrouwd mee zijn uit inleidende vakken die de studenten eerder gevolgd hebben en worden als dusdanig gebruikt om typische concepten uit de elektronica zoals frequentie-domein analyse, filters en Bode plots te introduceren. Laboratoria kunnen uit verschillende perspectieven onderzocht worden, waaronder zogenaamde `effectiviteit 1' en `effectiviteit 2'. Het eerste type (`effectiviteit 1') verwijst naar de relatie tussen wat studenten doen tijdens een labosessie enerzijds en wat de docent wilt dat de studenten doen tijdens de sessie anderzijds. `Effectiviteit 2' daarentegen verwijst naar de relatie tussen wat de studenten leren uit een labozitting en wat docent wilt dat de studenten eruit leren. Aangezien het hoofddoel van dit onderzoeksproject het leren van concepten door studenten in labozittingen is, werden beide types effectiviteit geëvalueerd vanuit dit perspectief.  

Vooraleer te evalueren of en hoe labo's bijdragen aan het conceptueel begrip van de studenten, is het belangrijk om na te gaan of conceptueel leren ook effectief een leerdoelstelling is van laboratoria. Een eerste stap in het onderzoek is daarom het afnemen van een enquête bij zowel docenten als studenten over de doelstellingen van laboratoriumonderwijs in elektronica. Hieruit werd duidelijk dat het `leren van theorie' inderdaad een belangrijk doel is van labo's elektronica. 

Om te peilen naar het conceptueel begrip van studenten, werden verschillende interviews afgenomen van studenten. Uit deze interviews en eerdere vaststellingen uit de literatuur werd een schriftelijke test ontwikkeld die peilt naar het inzicht van studenten in concepten in verband met RC-filters. Deze test liet dan toe het conceptueel begrip van een groter aantal studenten na te gaan dan mogelijk via interviews en liet ook toe om het leren van studenten te volgen door de test af te nemen als pre- en post-labo test. De resultaten van zowel de tests als de interviews brachten verschillende problemen aan het licht wat betreft het begrip van studenten van belangrijke concepten zoals frequentie-domein analyse, filter gedrag en zelfs elementaire netwerkwetten. Deze problemen hielden aan in de post-test. 

Naast het gebruik van een conceptuele test om na te gaan wat studenten leerden uit de laboratoria, werden de labosessies zelf opgenomen op video- en audiotape om te onderzoeken wat de studenten deden en bespraken tijdens de labozittingen. Om een uniforme en consequente analyse te garanderen, werd een codeerschema opgesteld om de opnames te analyseren. Deze analyse toonde aan dat de studenten het grootste deel van hun tijd besteedden aan het verzamelen van metingen en het opstellen van hun materiaal terwijl er heel weinig tijd werd besteed aan de analyse van metingen of de bespreking van onderliggende concepten. Daarnaast toonden de opnames ook aan dat de studenten een cognitieve overbelasting hadden (doordat het onderwerp, het materiaal en de manier waarop metingen verwerkt worden nieuw waren) en bevestigingsvooringenomenheid (omdat het circuit op voorhand gekend was). 

Op basis van de bevindingen uit de interviews, conceptuele tests en video opnames werd een nieuw labozitting ontwikkeld. Het ontwerp van deze nieuwe zitting was gebaseerd op ideeën uit het leren door exploratie en variatie theorie om de effectiviteit van de labo's te verhogen en tegelijkertijd de cognitieve belasting en bevestigingsvooringenomenheid zoveel mogelijk te reduceren. Om de cognitieve belasting tijdens de labozitting zelf te verminderen, konden de studenten thuis oefenen in het gebruik van het materiaal door middel van een simulator en in het verwerken van metingen als voorbereiding op het labo. Tijdens de labozitting zelf kregen de studenten een zwarte doos waarvan ze de inhoud moesten ontdekken. Deze aanpak is geïnspireerd op het exploratieleren, waar de uitkomst van een experiment noch de methodologie op voorhand vaststaan of bekend zijn. Dit elimineert ook de bevestigingsvooringenomenheid en stimuleert de studenten om hun meetresultaten te verwerken en erover na te denken tijdens de labozitting zelf. Wanneer ze ontdekt hadden welk circuit er in hun zwarte doos zat, konden ze een schakelaar omzetten die de inhoud van de doos licht aanpastte. Ze werden dan gevraagd om uit te zoeken wat er veranderde in het gedrag van hun zwarte doos en wat deze verandering veroorzaakt had. 

Het nieuwe labo met de zwarte doos werd geëvalueerd met dezelfde methodes als het originele labo: door dezelfde conceptuele test af te nemen voor en na het labo en door de labozittingen zelf op te nemen op video. De opnames gaven aan dat de studenten minder tijd spendeerden aan het verzamelen van metingen en het opstellen van hun materiaal, maar meer aan het bespreken van hun metingen en de onderliggende concepten. De resultaten van de pre- en post-test toonden geen verschil aan in het begrip van filters en signalen door de student, maar wel in hun kennis over wat Bode plots waren. Dus hoewel de effectiviteit 1 toenam in het zwarte doos labo, nam de effectiviteit 2 niet toe. 

Het onderzoeksproject beschreven in deze thesis gebruikte een waaier aan methodes (interviews, video analyse, schriftelijke tests) om de effectiviteit van labo-onderwijs in een specifiek elektronica laboratorium na te gaan. Deze methodes kunnen mits gepaste aanpassingen in andere types labo gebruikt worden om hun effectiviteit na te gaan teneinde een breder begrip van leren in labo's te verkrijgen. Daarnaast bracht het onderzoek ook een verschil aan het licht tussen de toename in effectiviteit 1 en 2, wat de vraag opwerpt wat het verband is tussen beide types effectiviteit, zo er één bestaat. Een laatste aspect dat informeel werd geobserveerd maar niet expliciet werd bestudeerd, was de impact van andere factoren op leren door studenten in laboratoria. Deze factoren zijn onder andere motivatie, hoorzittingen, achtergrondkennis, en de relatie tussen eerdere problemen en leerprestatie. 

Datum:1 okt 2011 →  19 dec 2016
Trefwoorden:Engineering Education, RC filter, Interview, Video analysis, Survey, Questionnaire
Disciplines:Modellering, Multimediaverwerking, Onderwijssystemen, Klassieke fysica, Elementaire deeltjesfysica en hoge-energie fysica, Andere fysica
Project type:PhD project