Actief leren in algoritmen en datastructuren

Vakgroep/Dienst: Toegepaste Wiskunde, Informatica en Statistiek (WE02)
Promotor: Prof. Veerle Fack
Projectmedewerkers: Herman De Beukelaer, Sandra Vangestel, Pieter De Clercq

Korte beschrijving van het onderwijsinnovatieproject

Uit vele studies blijkt dat het leereffect bij studenten tijdens klassieke hoorcolleges erg klein is, en dat met name de hersenactiviteit bij het TV-kijken ongeveer even groot is. Daarentegen is het leereffect een heel stuk hoger wanneer de studenten actief opdrachten uitvoeren, bijvoorbeeld tijdens practica en werkcolleges.

Het is de bedoeling van dit onderwijsinnovatieproject om te experimenteren met technieken die de interactie van de lesgever met de studenten en de activiteit van de studenten tijdens de hoorcolleges kan verhogen.

Dit zal uitgewerkt worden in een aantal opleidingsonderdelen in het vakgebied “Algoritmen en Datastructuren”, die aan bod komen in zeer uiteenlopende groepen qua interesse en qua grootte. Dit betekent dat er zowel groepen eerste-bachelorstudenten als groepen masterstudenten zijn – en het is duidelijk dat een niet-actieve student zich gemakkelijk kan “verstoppen” in een grote groep bij een activiteit tijdens een hoorcollege. Verder zijn er zowel “domein-eigen” studenten, voor wie informatica de hoofdopleiding is, als studenten waarvoor dergelijk vak slechts een “bijvak” is (bijvoorbeeld uit de geomatica of biotechnologie) – en met name voor deze laatste groepen studenten is het minder makkelijk om ze tijdens hoorcolleges bij de les te houden.

Verder is er ook nood aan hulpmiddelen om het zelfstandig werk van studenten buiten de contacturen gemakkelijk op te volgen. Vooral bij grotere groepen bachelorstudenten is het geen evidentie om de studenten tot dit zelfstandig werk te stimuleren. Bij groepen masterstudenten is er doorgaans minder ondersteuning door AAP en moet de opvolging door de lesgever zelf gebeuren. Goed uitgebouwde leerpaden in een elektronische leeromgeving (zoals Minerva) kunnen hierbij helpen. Ook dit zal uitgebouwd worden voor de hoger vermelde opleidingsonderdelen.
Volgende opleidingen maken gebruik van dit project:

  • Informatica (eerste bachelorjaar)
  • Wiskundige Informatica (eerste masterjaar)
  • Wiskunde (tweede en derde bachelorjaar)
  • Geografie (tweede bachelorjaar en eerste masterjaar)
  • Biotechnologie (eerste masterjaar)
  • Bioinformatica (eerste masterjaar)



Beschrijf hoe het onderwijsinnovatieproject aansluit bij één van de twee thema’s ‘activerend leren’ en ‘multidisciplinariteit’

De grote drijfveer achter dit onderwijsinnovatieproject is het verhogen van de activiteit van studenten bij het leerproces, met als uiteindelijke bedoeling uiteraard om de effectiviteit van het leerproces te verhogen. We focussen hierbij op een aantal leervormen waarbij de activiteit traditioneel minder hoog blijkt te zijn dan bij leervormen die inherent activiteit van de student vragen en ook opvolgen, zoals werkcolleges en practica. Traditionele hoorcolleges hebben bijna inherent een actieve lesgever en passieve studenten-luisteraars. Het is onze bedoeling dit patroon zoveel mogelijk te doorbreken, met aangepaste middelen voor de verscheidene soorten groepen.

Doelstellingen van het project + tijdsbesteding

Vooral bij hoorcolleges aan grote groepen is het moeilijk om als lesgever interactie met de studenten te krijgen. Dat het “steeds dezelfde” studenten zijn die op een vraag van de lesgever ingaan, is een fenomeen dat veel lesgevers kennen. Maar het betekent niet dat die enkele studenten ook de enigen zijn die het antwoord op de vraag kennen, of zelfs maar de enigen zijn die over de vraag nadenken. Bij enkele experimenten met een on-line “kwis” tijdens de les aan een eerste-bachelorjaar blijkt dat doorgaans het merendeel van de studenten correct (of zinvol) kan antwoorden op vragen die toetsen naar het begrijpen van een gezien stuk leerstof, en bovendien dat het niet slechts enkelingen zijn die een zinvol antwoord kunnen geven op een denkvraag. De ervaring leert ook dat de interesse van de studenten in een stuk hoorcollege dat aansluit bij dergelijke denkvraag (of bij een testvraag waarop veel foute antwoorden kwamen), groter is als ze gestimuleerd zijn om zelf actief over de vraag na te denken. Het hierbij gebruikte systeem is Socrative (socrative.com), een online interactief systeem dat lesgevers toelaat om studenten in real-time te ondervragen en de resultaten hiervan visualiseert, en dat gemakkelijk toegankelijk is via laptop, tablet of smartphone.

Het is de bedoeling om meer gericht een verzameling aan relevante en interessante kwisvragen uit te bouwen, die tijdens hoorcolleges aan de uiteenlopende groepen kunnen gebruikt worden en die een groot deel van de basisonderwerpen uit het gebied algoritmen en datastructuren bestrijken.

Meer en meer worden traditionele hoorcolleges vervangen door vormen van “blended learning” of “flipped classroom”. Belangrijk hierbij is dat de studenten zelfstandig, in voorbereiding naar een lesuur/contactuur met de lesgever, een stuk leerstof verwerken. Hierdoor kan het traditionele hoorcollege over deze stof vervangen worden door een sessie waarbij, gestuurd door de behoefte van de studenten, moeilijke punten uit de leerstof verklaard worden en waarbij de leerstof dan verder kan uitgediept worden in een reeks klassikale opdrachten, begeleid door de lesgever. Ook met deze leervorm werden reeds enkele losse experimenten gedaan in hogere bachelorjaren en in masterjaren, met doorgaans bemoedigende resultaten.

Het is de bedoeling dit meer gericht uit te werken en systematisch in deze opleidingsonderdelen in te bouwen, en zo te komen tot een evenwichtige balans van hoorcolleges en begeleid zelfstandig werk.

In het vakgebied algoritmen en datastructuren zijn ook verscheidene MOOC's beschikbaar (o.a. via Coursera), gedoceerd door gerenommeerde internationale experten in dit vakgebied. We willen ook bekijken in welke mate dergelijke MOOC's (of onderdelen ervan) kunnen geïntegreerd worden bij het begeleid zelfstandig werk.
Verder is het de bedoeling dit zelfstandig werk ook te ondersteunen via goed uitgebouwde leerpaden in een elektronische leeromgeving (zoals Minerva) en te bekijken hoe het zelfstandig werk kan opgevolgd worden via dergelijke platformen. We denken hierbij ook aan platformen die het indienen en automatisch testen van ingediende programmeeroefeningen toelaten (zoals Rosalind, rosalind.info).

In eerste instantie zullen we, tijdens periodes van lesvrije weken, werken aan het concrete uitbouwen van bovenvermelde aspecten voor meerdere opleidingsonderdelen. Tijdens de lesweken kan dit dan geïntegreerd worden in deze opleidingsonderdelen, met het nodige bijsturen en finetunen.