Het staren naar rijen getallen of formules op een pagina kan voor veel kinderen die wiskunde of wetenschappen op school studeren ontmoedigend zijn. Maar muziek, tekenen en zelfs lichaamsbeweging bieden veelbelovende nieuwe manieren om complexe onderwerpen aan jongeren te onderwijzen.

Het dreunen van een vioolsnaar of het ritme van een trommel lijkt op het eerste gezicht weinig te maken te hebben met natuurkunde, breuken of hoeken. Inderdaad, wetenschap en artistieke vakken als muziek worden in het onderwijs traditioneel volledig gescheiden behandeld.

Maar onderzoekers geloven dat het doorbreken van de willekeurige barrières tussen wetenschap en kunst leerlingen kan helpen lastige concepten gemakkelijker te begrijpen. Het leidt tot een nieuwe manier van lesgeven die gericht is op het combineren van wetenschap, technologie, Engineering, kunst en wiskunde, gezamenlijk bekend als STEAM.

"We proberen deze STEAM-leerbenadering bekend te maken bij de onderwijsgemeenschap, " zei Dr. Vassilis Katsouros van het Athena Research Centre's Institute for Language and Speech Processing in Athene, Griekenland, en coördinator van een project genaamd iMuSciCA. "Als je mensen uit de kunsten en STEM-vakken bij elkaar brengt, ze kunnen samenwerken om zeer creatieve ideeën te hebben."

Dit soort interdisciplinaire samenwerking komt steeds vaker voor op universitair niveau en in de industrie, vaak leidend tot spannende nieuwe ontwikkelingen in technologie, wetenschap en kunst. Dr. Katsouros en zijn collega's hopen deze manier van denken in een eerder stadium te introduceren.

golftheorie

Het iMuSciCA-project gebruikt muziek om middelbare scholieren te leren over moeilijke concepten zoals golftheorie in de natuurkunde en vergelijkingen in de wiskunde. Studenten ontwerpen een virtueel muziekinstrument op een computer, waar ze de fysieke eigenschappen kunnen veranderen om te begrijpen hoe dat het geluid dat het produceert beïnvloedt.

"Als ze het metaal veranderen waaruit een snaar is gemaakt, dan is de manier waarop de snaar trilt en de golfvorm van het geluid dat het produceert anders, " verklaarde Dr. Katsouros. "De studenten kunnen zien hoe de dichtheid van het materiaal het geluid beïnvloedt en de geluidsgolf die het produceert. Het kan hen helpen concepten als frequentie en amplitude te begrijpen."

Het team heeft een online 'werkbank' gemaakt waarmee docenten de technologie en hulpmiddelen die zijn ontwikkeld als onderdeel van iMuSciCA in hun lessen kunnen opnemen. Via de online tools studenten kunnen snaar- of percussie-instrumenten maken met behulp van het iMuSciCA-programma.

De technologie kan studenten ook in staat stellen om andere concepten op een hoger niveau te leren, zoals geometrie en symmetrie, door te demonstreren hoe het veranderen van de vorm of oriëntatie van een oppervlak de manier kan veranderen waarop geluid wordt weerkaatst. Het kan ook inzicht geven in willekeur en periodiciteit.

Leerlingen worden aangemoedigd om in teams te werken om hun eigen muziek te componeren, zelfs fysieke versies maken van de instrumenten die ze online hebben ontworpen met behulp van 3D-printen. Op een pilot-evenement vormden studenten een band om ook samen op te treden.

"Op dit moment zijn dit alleen blaasinstrumenten, omdat 3D-printen in plastic goedkoper en gemakkelijker is dan in materialen als metaal, " zei dr. Katsouros.

Tot dusver is iMuSciCA getest op 10 scholen in Griekenland, Frankrijk en België, met meer dan 300 studenten in de leeftijd van 15-16 jaar. Zestig docenten hebben ook deelgenomen aan workshops om te leren hoe ze de muzikale hulpmiddelen in hun lessen kunnen integreren.

Motivatie

"We meten en analyseren nog steeds de impact die het heeft gehad, " zei Dr. Katsouros. "Maar we hebben de motivatie van de studenten aanzienlijk zien toenemen. Studenten op deze leeftijd zijn zeer vertrouwd met en geïnteresseerd in muziek, dus het lijkt met hen te verbinden."

Maar muziek biedt niet alleen nieuwe manieren om tieners over wetenschap en wiskunde bij te brengen. Onderzoekers hebben het gecombineerd met lichaamsbewegingen, klappen en fysieke voorwerpen aanraken om nieuwe manieren te ontwikkelen om ook jongere kinderen les te geven.

"Visuele informatie is niet altijd de beste manier om zaken als geometrie of rekenkunde te communiceren, " zei dr. Monica Gori, een neurowetenschapper aan het Istituto Italiano di Tecnologia in Genua, Italië, en coördinator van het WeDraw-project.

Haar team heeft een reeks games gemaakt met technologieën die kinderen onder de acht jaar aanmoedigen om hoeken met hun lichaam te creëren of met geluid te spelen.

Een spel, genaamd RobotAngle, gebruikt bewegingsgevoelige camera's om te detecteren wanneer studenten hun armen boven hun hoofd spreiden om hoeken te creëren. Elke hoek wordt geassocieerd met verschillende muzieknoten, vergelijkbaar met die van een viool, met een hogere toonhoogte voor scherpe hoeken en een lage toonhoogte voor stompe hoeken.

Met hetzelfde systeem kunnen kinderen breuken maken door hun armen te openen om de teller te veranderen en hun benen om de noemer te veranderen. Klappen werd ook gebruikt om een ​​drumbeat op tijd te triggeren met een bewegende plek op het scherm, opnieuw helpen om kinderen over breuken te leren door het gebruik van ritme.

Een ander spel, genaamd Cartesiaanse tuin, stelt kinderen in staat om vormen te tekenen in een virtuele omgeving door fysiek door een kamer te lopen om objecten te verzamelen. Een derde, genaamd Ruimtevorm, leert kinderen over driedimensionale vormen door ze aan te moedigen ze te tekenen en te verplaatsen op een touchscreen.

Testen

Eerste tests op basisscholen in Italië, Ierland en het Verenigd Koninkrijk zagen door het WeDraw-team meer dan 200 kinderen de spellen uitproberen in 10 verschillende klassen. In elke, een halve klas gebruikte de multi-zintuiglijke spellen een week lang elke dag 15 minuten als onderdeel van hun lessen en de andere helft kreeg les in een vereenvoudigde versie van het spel waarin traditionele visuele technieken werden gebruikt.

"We zien verbetering bij de meeste kinderen, " zei Dr. Gori. "Voor het Spaceshape-spel, bijvoorbeeld, we zagen een begrip van vorm en 3D-beweging."

Maar sommige verbeteringen lijken alleen zichtbaar te zijn in specifieke leeftijdsgroepen. Bijvoorbeeld, het team zag alleen verbetering in het begrip van breuken en vormen bij zevenjarigen.

'Dit is de leeftijd waarop ze deze concepten zouden moeten beginnen te begrijpen en dus gevoeliger zijn voor de mogelijke voordelen, "zei dr. Gori.

Het team heeft ook de multisensorische technieken ontwikkeld, zodat ze kunnen worden gebruikt door leerlingen met dyslexie of visuele beperkingen. Het gebruik van lichaamsbewegingen geassocieerd met geluid kan blinde kinderen echt helpen hoeken te begrijpen, bijvoorbeeld.

Dr. Gori voegde eraan toe dat ze in de toekomst hopen de muzikale en lichaamsbewegingen nog verder te combineren om dans als leermiddel te gebruiken.

"Tot nu toe hebben we armbewegingen gebruikt, klappen en geluid, maar het zou leuk zijn om in de toekomst dans te gebruiken, " ze zei.