Systematische ontwerpstrategieën en de databasevraagtaal SQL in infomatica-onderwijs

Auteur(s): 
dr. E.M.A.G. van Dijk, Universitair docent / vakdidacticus, Faculteit Informatica, Universiteit Twente
Samenvatting: 

Inleiding
Het onderzoek waarover hier wordt gerapporteerd richt zich op de didactiek van het informaticaonderwijs. Door de snelheid waarmee de informatica zich ontwikkelt is een belangrijk uitgangspunt voor te ontwikkelen onderwijsprogramma' s dat leerlingen fundamentele kennis en flexibele probleemoplosvaardigheden verwerven die bruikbaar blijven, ook als toepassingsprogrammatuur verandert. Training in het systematisch ontwerpen van oplossingen voor informatievraagstukken zou daarin kunnen voorzien. Drie onderwijsexperimenten zijn uitgevoerd in 4 HAVO en 4 VWO met als doel om de effecten te vergelijken van instructie in twee ontwerpstrategieën (top-down en bottom-up) die werden gebruikt bij het bevragen van relationele databases met SOL (Structured Query Language).
De ontwerpstrategieën
Ten behoeve van het onderzoek zijn twee instructiemethoden ontwikkeld. Beide methoden benadrukken het systematisch ontwerpen van oplossingen voor problemen, waarbij de ontwerpstrategie expliciet wordt onderwezen. De top-down methode weerspiegelt de 'top-down, breadth-first' probleemaanpak van experts bij het ontwerpen van software. De bottom-up methode lijkt meer op de probleemaanpak van veel beginners en start met het in detail oplossen van kleine deelproblemen, zonder plan vooraf voor de totaaloplossing.
Top-down strategieën worden in het algemeen aangeraden voor software-ontwerp en ze worden om die reden ook vaak onderwezen. De resultaten van dit onderwijs aan beginners zijn echter vaak teleurstellend, wellicht omdat voor toepassing van top-down strategieën veel kennis en vaardigheden nodig zijn. Het is daarom de vraag of de top-down methode wel geschikt is voor inleidend onderwijs, temeer omdat deze methode sterk afwijkt van de probleemaanpak van de meeste beginners.
Het experimentele onderzoek
De experimentele lessen stonden op het normale (verplichte) lesrooster voor 4 HAVO en 4 VWO en werden gegeven door docenten van de scholen. De experimenten verschilden o.a. in het al dan niet (kort) demonstreren van de probleemaanpak door de leraar. Bestudeerd werden de hoofdeffecten van de instructiemethoden, maar ook de invloed van de demonstraties en van enkele leerlingkenmerken: verbale intelligentie, kennis en vaardigheden op het gebied van wiskunde en IPLS (kennis en inzicht in verzamelingenleer, en het vermogen om logisch te redeneren en om te bepalen of gegevens relevant en afdoende zijn voor het oplossen van een gegeven probleem).
Resultaten
Uit een vergelijking van de drie experimenten kan de conclusie worden getrokken dat het zelfstandig verwerven van een top-down probleem aanpak hoge eisen stelt aan de cognitieve
vaardigheden van leerlingen. In het experiment zonder klassikale demonstraties presteerden HAVO-leerlingen minder goed in de top-down groep dan in de bottom-up groep. Alleen voor de goede leerlingen (verbaal intelligent, hoge cijfers voor IPLS en wiskunde) was de top-down methode beter.
VWO-leerlingen bleken wel goed in staat zich de top-down methode zelfstandig eigen te maken: de prestaties in de top-down en bottom-up groep waren vrijwel identiek.
Demonstraties door de leraar bleken voor HAVO-leerlingen te leiden tot veel betere prestaties (vergelijkbaar met de prestaties van de zelfstandig werkende VWO-ers) en de top-down groep presteerde nu iets beter dan de bottom-up groep. Vooral zwakkere leerlingen hebben dus profijt gehad van de demonstraties, en bovendien meer in de top-down groep dan in de bottom-up groep.

Doelgroep: