Hoe bereid je studenten voor op de ingewikkelde uitdagingen uit de ‘echte wereld’ wanneer ze net van de middelbare school komen en al die tijd zowel vraag als oplossing voorgeschoteld kregen? Door ze meteen in het diepe te gooien, bedacht een team van de Universiteit Twente (UTwente). Eerstejaarsstudenten Chemical Science & Engineering kregen van Leonie Krab-Hüsken, Linlin Pei, Albert Wong en collega’s een vak waarin ze met dat soort uitdagingen konden worstelen op een manier die overeenkomt met hoe chemisch ingenieurs werken: conceptueel modelleren en systeemdenken.

Sleutelcomponenten

‘Als je een proces groener wilt maken en je komt te snel met een oplossing, dan kan het ondanks succes op kleine schaal op de grotere schaal minder groen worden’, zegt Leonie Krab-Hüsken, opleidingsdirecteur aan de UTwente. ‘Het is dus belangrijk dat je een stap terugzet vóór je een oplossing gaat zoeken, zodat je snapt hoe alle componenten op elkaar aansluiten.’

‘De praktijk moet geen verstorende factor zijn voor de creativiteit van het probleem-oplossen’

Albert Wong

Dat is hoe systeemdenken werkt, legt haar collega Albert Wong, universitair docent chemische reactienetwerken, uit: ‘Systeemdenken is het identificeren van sleutelcomponenten en de relaties daartussen met als doel het generaliseren van het probleem. Het houdt zich bezig met problemen die je niet kunt opdelen in kleinere deelproblemen omdat alle aanpassingen invloed hebben op het uiteindelijke doel.’ Conceptueel modelleren geeft dan weer een raamwerk waarmee je vragen kunt stellen, wat het ideeproces explicieter maakt.

Stapje terug

Zo’n aanpak zie je nog vrijwel nergens. ‘Met het vak “Think like a researcher” introduceerde Arturo Susarrey Arce conceptueel modelleren in de opleiding. Op basis van de eerste resultaten van dat vak hebben we recent besloten er al in het eerste jaar mee te beginnen’, zegt Krab-Hüsken. Het is volgens Wong alleen lastig om systeemdenken te implementeren in het klaslokaal. ‘In dit project hebben we dat punt aangepakt. We hebben samen met onderzoekers, een onderwijskundige, learning assistents [studenten met didactische training, red.] en anderen werkbare projecten opgezet om handvatten voor dit soort onderwijs te geven.’

‘Er was veel stimulans om creatief te denken’

Leonie Krab-Hüsken

‘Een belangrijk onderdeel was ervoor zorgen dat de studenten niet meteen het lab in gingen’, vervolgt Wong. ‘Ze moesten een stapje terug: wat zou ík doen in het lab om dit probleem op te lossen? Eerst mogelijkheden zoeken en dan pas de praktijk in. De praktijk moet namelijk geen verstorende factor zijn voor de creativiteit van het probleem-oplossen.’

Een voorbeeld vind je in de organische chemie. ‘Practicum doen is en blijft een van de belangrijkste pilaren in onze chemische opleiding’, legt Wong uit. ‘Bij het leren en waarderen van de fijne kneepjes van de kunst van synthese hoort trial-en-error.’ Wong trekt de vergelijking door naar conceptueel modelleren. ‘Alleen gaat het hier om het leren toetsen van een idee of concept met als resultaat een hypothese. Conceptueel modelleren is niet alleen complementair aan de oefeningen in het practicum waar studenten een hypothese experimenteel leren testen, maar het bereidt hen ook voor op de toekomst.’ Deze manier van denken – van tevoren een goed plan uitstippelen – leer je meestal pas kennen tijdens een promotie- of postdoctraject.

Invuloefening

Hoewel Wong bang was dat studenten de opdracht te vaag vonden, zag het team een heel andere reactie. ‘Ze omarmden het juist heel erg’, zegt hij. ‘Het samenwerken met dit concept schept een basis voor de hele verdere opleiding.’ Krab-Hüsken beaamt dat. ‘Er was veel stimulans om creatief te denken, iets dat in andere vakken soms minder lukt.’ Een uitdaging voor de studenten bleef wel het opstellen van een hypothese. ‘Ondanks de begeleiding was het misschien toch wat te open. Op de middelbare school hoefden ze alleen maar een invuloefening te doen, de oplossing lag al vast. In dit project komt juist alles bij elkaar: veel invalshoeken en componenten als energie, chemie, mensen. Die openheid is misschien een beetje eng, sommigen gaan daar beter mee om dan anderen.’

‘Hoewel conceptueel modelleren voor systeemdenken al langer bestaat, blijft implementatie het lastigste punt’

Albert Wong

De onderzoekers hebben er bewust voor gekozen om dit vak in jaar één te geven. ‘De andere vakken zijn nog vrij klassiek en dat moet je ook gewoon leren’, zegt Krab-Hüsken. ‘Maar dit is een veel creatiever vak dat hen voorbereidt op de maatschappij. Als je daar vroeg mee begint, is het snel duidelijk dat er later aanspraak wordt gedaan op je creativiteit.’ Maar het eerstejaars vak is slechts een kennismaking met de projectvorm en de concepten; in latere jaren wordt het uitgediept.

Uitdagingen en vervolgstappen

Het liefst zouden Wong en Krab-Hüsken dit soort onderwijs op alle universiteiten zien, maar er blijven uitdagingen. Wong: ‘Bij deze lesvorm heb je een groot aantal docenten nodig om het werkbaar te krijgen. Onze opleiding heeft relatief weinig studenten en dan is het dus goed te behappen, maar bij grotere opleidingen zal het lastiger zijn. En hoewel dit idee van conceptueel modelleren voor systeemdenken al langer bestaat, blijft de implementatie het lastigste punt.’

Er zijn al wel wat vervolgstappen, maar voorlopig gaat het om het efficiënter maken en het uitdragen van deze lesvorm, aldus Krab-Hüsken. ‘Bijvoorbeeld op de Woudschoten Chemie Conferentie, daar lieten we ook zien wat we doen. Maar het zit hem ook in tijd: je hebt mensen nodig die de studenten begeleiden en er veel tijd in stoppen, want je kunt dit niet half doen.’ Wong en Krab-Hüsken concluderen: ‘We hebben echt geluk met de toegewijde mensen die tot nu toe hebben meegewerkt.’

Krab-Hüsken, L.E. et al. (2023) J. Chem. Educ. 100(12), DOI: 10.1021/acs.jchemed.3c00337 (Open Access)