'Mechanicaproblemen, bijvoorbeeld, kun je beschrijven aan de hand van concrete onderdelen van apparaten zoals stangen en scharnieren, maar ook met abstracte begrippen als koppels en impulsmomenten. De populaire gedachte dat de goede studenten abstracter denken strookt niet met mijn onderzoeksresultaten. De goede probleemoplossers wisten het concrete met het abstracte te verbinden, en zich zo een samenhangend beeld van het probleem te scheppen. Het beeld van de zwakkere probleemoplossers was of heel
abstract of heel concreet, maar vooral onsamenhangend.'
Elwin Savelsbergh behoorde zelf als natuurkundestudent waarschijnlijk tot de betere probleemoplossers, getuige zijn afstuderen op het botsen der atomen. Toch sloeg hij tijdens zijn studie al een andere richting in: 'Ik verdiende toen bij als docent studievaardigheden, en begon mij te interesseren voor de psychologische kant van het leren.' Het logische gevolg was een promotieonderzoek bij Toegepaste Onderwijskunde, dat mede begeleid werd vanuit de TU-Eindhoven. Savelsbergh: 'Sommige studenten leren als vanzelf, en andere hebben daar de grootste moeite mee. Het oude onderzoek richtte zich op de uitwerking van problemen, op de berekeningen. Maar die richting bloedde dood. Daarom heb ik niet de kennis van de procedures, maar de voorstelling van problemen bestudeerd.'
Experimenten
Daartoe vergeleek Savelsbergh twee groepen eerstejaars natuurkundestudenten en een groep docenten en AIO's, de 'experts'. De studenten waren op basis van hun eindexamencijfers gescheiden in een sterkere en een zwakkere groep. Savelsbergh: 'Om te beginnen draaide ik de zaken eens om, en gaf ze een formule met de vraag welke problemen ze daarmee op konden lossen. De zwakkere studenten kwamen meestal maar tot één type probleem. Dat was of concreet of abstract, maar de samenhang tussen probleem en formule was vaak onduidelijk. De sterkere studenten en de experts gaven meerdere beschrijvingen, waarbij het concrete en het abstracte vaak verbonden werden. Daarbij viel het op dat alle studenten sterk naar een doel toewerkten, ze wilden een concrete waarde berekend zien. De experts, daarentegen, richtten zich op begrip van de situatie, op het onderkennen van typen problemen.'
Vervolgens vroeg Savelsbergh zich af hoe zijn proefpersonen op het spoor van deze laatste, betere strategie gezet konden worden. Daartoe legde hij hen eerst twintig 'kale' problemen uit de elektriciteitsleer voor, die ze naar type moesten sorteren. Daarna kregen ze weer twintig problemen voorgelegd, maar nu was er meer informatie gegeven waardoor de eerste stappen naar de herkenning van het probleemtype al gemaakt waren.
Savelsbergh: 'Experts bleken de soorten problemen makkelijk te herkennen, in beide situaties. De studenten waren vooral in de eerste situatie geneigd op oppervlakkige kenmerken te sorteren, bijvoorbeeld op de term "puntlading". In de tweede situatie deden de goede studenten het aanmerkelijkbeter, maar de zwakkere niet. Kennelijk kun je uitleggen wat je wilt, maar als er geen basis is, als de voorstelling te onsamenhangend is, kan die extra informatie niet gebruikt worden.'
Afgeleiden
Deze conclusie inspireerde Savelsbergh tot een derde experiment: 'Misschien moet je die voorstelling niet op papier uitleggen, maar door de studenten zelf visueel op laten bouwen.' Hij besloot het bestaande computeralgebraprogramma Mathematica, dat onder andere op de UT bij het wiskundeonderwijs ingezet wordt, te gebruiken voor het onderwijs in de elektriciteitsleer. Het programma stelt de student in staat te spelen met een formule. Afgeleiden of grafieken met verschillende waarden hoeven niet meer moeizaam berekend of getekend te worden, maar verschijnen desgewenst 'zomaar' op het beeldscherm. Helaas overtuigden de eerste resultaten niet. Een groep studenten die zeven uur extra onderwijs met dit programma kreeg bleek op het tentamen niet beter te scoren dan studenten die het vak op de traditionele manier leerden. Toch blijft Savelsbergh optimistisch: 'In die noodgedwongen beperkte tijd moesten de studenten ook nog met het computerprogramma vertrouwd raken, zodat ze haast voor een dubbele opgave stonden. Daarbij was het tentamen helemaal op de traditionele onderwijsmethode afgestemd. Maar de evaluatie door de studenten was positief, ze konden de problemen beter visualiseren en ze hielden er duidelijk nieuwe inzichten aan over.'
Savelsbergh zelf heeft de smaak van het didactisch onderzoek inmiddels goed te pakken: 'In het begin miste ik de zuivere schoonheid van het natuurkundig onderzoek wel, maar dat is nu voorbij. Ik werk de komende jaren als postdoc bij het Max Planck instituut voor "Bildungsforschung" in Berlijn. Daar bekijk ik, hoe je kinderen op de eerste klassen van de middelbare school natuurkundig inzicht bij kunt brengen.'
Ook van de overstap van de natuurkundige mannencultuur naar de veelal door vrouwen bevolkte wereld van de onderwijskundigen heeft hij geen spijt. Alhoewel? 'Natuurkundigen leveren vaak heel directe, ongezouten kritiek op elkaar. Sociale wetenschappers verwachten wat meer tact. Dat was wel even wennen.'
Savelsbergh, E.R. (1998) Improving mental representations in physics problem-solving. University of Twente. ISBN: 90-36511623
De wijze waarop hij tegen de problemen aankijkt, dat onderscheidt volgens Savelsbergh de betere student van de zwakkere.
