Een trend in het middelbaar natuurwetenschappelijk onderwijs is om leerlingen te laten leren door zelf te ontdekken hoe de stof in elkaar zit. Computermodelleren is een lesmethode die hier nauw bij aansluit en ook past in nieuwe leerdoelen zoals wetenschappelijke geletterdheid, onderzoekend leren en een actieve betrokkenheid. Uit promotieonderzoek van Sylvia van Borkulo (promotie 26 juni aan de Universiteit Twente) blijkt dat computermodelleren vooral geschikt is voor het leren van complexe structuren en minder voor het leren van feiten.

Het onderzoek
Van Borkulo vergeleek een op computermodelleren gebaseerde instructie met andere vormen van instructie. De les ging over de energie van de aarde (het ‘domein’). Bij het computermodelleren maakten de leerlingen een model van de energie van de aarde. Daarin moesten ze bijvoorbeeld de variabelen temperatuur en uitgaande straling verwerken. Hier geldt het causale verband: hoe hoger de temperatuur, hoe groter de uitgaande straling. Deze relatie moesten ze met een pijl in het model aangeven en vervolgens preciezer uitdrukken met behulp van een formule.

Leerlingen die `directe instructie’ kregen, ontvingen de informatie over energie gewoon in de vorm van teksten en moesten er opdrachten over maken. Ze konden hierbij geen gebruik maken van dynamische hulpmiddelen zoals simulaties en maakten geen model.
In de `simulatiegebaseerde instructie’, ten slotte, bestudeerden de leerlingen de concepten met hulp van een simulatie van de energie van de aarde. Die bestond in dit geval uit de zon die op de aarde schijnt, waarbij de leerlingen waarden van verschillende variabelen konden instellen zoals weerkaatsing van straling, warmtecapaciteit en het verloop van de temperatuur in een grafiek konden aflezen.

Modellen goed voor complexe kennisvraagstukken
De groep leerlingen die computermodellen maakte, presteerde beter op complexe toetsvragen. Ook bij hun redeneerprocessen was de trend zichtbaar dat modelleren vooral leerwinst oplevert bij complexe vormen van kennis. De leerlingen in de directe en simulatiegebaseerde instructie presteerden het best op toetsvragen over het reproduceren van simpele conceptuele kennis.

Van Borkulo ontdekte ook dat er geen verschil is tussen leerlingen die computermodelleren en leerlingen die simulatiegebaseerde instructie krijgen als het gaat om het aanleren van evaluatievaardigheden. Directe instructie lijkt voor deze vaardigheden minder effectief. Met betrekking tot creëervaardigheden werden geen verschillen gevonden voor de verschillende manieren van instructie. Het gebrek aan verschillen tussen condities voor creëervaardigheden nodigt wel uit tot vervolgonderzoek.

Het promotie-onderzoek ‘The assessment of learning outcomes of computer modeling in secondary science education’ werd gefinancierd door de Programmaraad voor het onderwijsonderzoek van NWO.