Leerlingen uit de bovenbouw van het vwo richten hun telefoons en tablets op een grote afbeelding van het menselijk lichaam. Ze kiezen een voedingsmiddel van de virtuele ontbijttafel en zoomen vervolgens in op de vertering. ‘Je ziet echt op moleculair niveau hoe koolhydraten worden afgebroken in

het spijsverteringsstelsel’, leggen biologiedocenten Jan Jaap Wietsma en Corine Hijmissen uit. Zij waren betrokken bij de ontwikkeling van een van de eerste augmented reality-apps voor het biologieonderwijs.

Bij augmented reality (AR) bekijk je de echte wereld via de camera van je smartphone, verrijkt met extra elementen en informatie die eroverheen wordt geprojecteerd. Daarin verschilt het van virtual reality (VR). Daarvoor heb je een bril nodig die je helemaal onderdompelt in een volledig virtuele wereld. Hijmissen meent dat AR wat laagdrempeliger is. ‘AR is het makkelijkst toe te passen in het onderwijs. Leerlingen hebben alleen hun smartphone nodig. Bovendien sluiten leerlingen zich niet volledig af, zoals met een VR-bril.’

Modelbegrip vergroten

De app en het bijbehorende lesplan zijn een initiatief van het Kenniscentrum Bewegen en Educatie van de Hogeschool Windesheim Zwolle en het Freudenthal Institute for Science and Mathematics van de Universiteit Utrecht. ‘Het gebruik van VR en AR voor het bètaonderwijs staat nog in de kinderschoenen. Er zijn in Nederland verder nog geen echt goed onderzochte toepassingen’, vertelt hoog­leraar bètawetenschappen Wouter van Joolingen. ‘Wij hebben hier gekozen voor de werking van enzymen. Dat is een driedimensionaal, dynamisch proces. Met VR en AR kun je moleculen draaien en zien hoe ze veranderen onder invloed van een binding. Je kunt zelfs in het molecuul gaan kijken.’

Samen met Sui Lin Goei, lector inclusieve en betekenisvolle leeromgevingen, onderzoekt Van Joolingen de mogelijkheden van VR en AR om modelbegrip bij leerlingen te vergroten. Goei: ‘Plaatjes in het boek geven modellen zo abstract weer, bijvoorbeeld voor de werking van een enzym. Leerlingen hebben daardoor vaak moeite met modelbegrip.’ Biologiedocent Hijmissen vult aan: ’Leerlingen zien een plaatje en denken dat de werkelijkheid er precies zo uitziet. De app laat de leerlingen ervaren dat het een model van de werkelijkheid is. Tegelijkertijd is het heel concreet wanneer je een product kiest om te eten.’

Alles mogelijk

VR en AR zijn veilige manieren om leerstof te oefenen en te simuleren. Goei: ‘Als je kinderen sociale of andere vaardigheden wilt aanleren, waarbij je niet direct toegang hebt tot de context, dan zijn VR en AR goede manieren om dat te doen. Er bestaat bijvoorbeeld een app waarin kinderen met autisme de rol van dolfijnentrainer krijgen. Zo leren zij zich te verplaatsen in het perspectief van een ander.’ Bij de levenswetenschappen gaat het om andere vaardigheden en contexten, maar de principes zijn hetzelfde. ‘Eigenlijk kun je alles maken met VR en AR, maar het werkt pas als het pedagogisch-didactisch is ingebed in het onderwijs. Het dient aan te sluiten bij het onderwijsdoel van de les en wat de leerlingen moeten leren aan kennis en vaardigheden’, stelt Goei.

‘Met VR en AR kun je moleculen draaien en erin kijken’

Dat je zo ongeveer alles kunt maken met VR blijkt ook uit het onderzoek van Robin de Lange van het Virtual Reality Learning Lab in Leiden. Een groep scheikundestudenten maakte onder zijn begeleiding bijvoorbeeld de app Orbital Visualisation. De Lange: ‘Die app geeft de orbitalen van alle atomen uit het periodiek systeem weer. Boeken leggen dat uit met platte afbeeldingen en formules, maar eigenlijk zijn het heel complexe 3D-figuren.’

Andere studenten maakten de vouwing van DNA in chromatine inzichtelijk. ‘We hadden hiervoor een gigantische dataset. De uitdaging was vooral: hoe laat je de computer zo een grote, complexe dataset in 3D weergeven?’, zegt De Lange. Die voorbeelden zijn voorlopig experimenten. De stap om producten op de markt te brengen is volgens De Lange nog behoorlijk groot. ‘Onderwijsinstellingen hebben vaak geen hardware en de grote educatieve uitgeverijen zijn er ook nog niet echt mee bezig.’

Efficiënt werken

Soms heeft een app niet als doel de inhoud te verduidelijken, maar om de efficiëntie te verhogen. De Lange: ‘De Universiteit Leiden heeft een virtueel lab gemaakt waarin studenten alvast de veiligheidsinstructies leren. Ze konden 360 ° om zich heen kijken en moesten aangeven wat er mis was, dus welke veiligheidsregels waren overtreden.’ Ook bedrijven kijken met belangstelling naar dit soort nieuwe mogelijkheden van VR, weet De Lange. Mede­werkers van chemiebedrijven kunnen straks bijvoorbeeld instructies krijgen over een nieuwe installatie nog voordat de machine er daadwerkelijk is. Ook een ontruimingsplan kun je met allerlei scenario’s oefenen. De Lange: ‘Hoe dichter je bij de werkelijkheid komt, hoe beter je een noodsituatie kunt trainen.’

In de toekomst ziet De Lange steeds meer scholen VR gebruiken. ‘De interesse neemt toe en de eerste scholen schaffen eigen brillen aan. Voor sommige lessen zal dat een verrijking zijn.’ Goei en Van Joolingen zien eerder toepassingen voor zich die lijken op de spijsverteringsapp. Van Joolingen: ‘Ik denk dat de toekomst is dat je naast het leerboek veel AR-apps gaat krijgen. Processen die niet goed weer te geven zijn in een plaatje kun je dan tot leven laten komen. Gewoon even je telefoon richten en een plaatje in 3D bekijken.’