Stoompan voor studenten

Eigenlijk kan het niet, college geven in de ‘witte week’ voor de tentamens. Maar prof.dr. Gerard van Bussel en ir. Joris Melkert (beiden Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek) helpen deze week hun studenten met voorbereiding op hun tentamen in het nieuwe vak ‘duurzame technologie voor aerospace engineers’. Ze noemen het dan ook geen college, maar een ‘studio classroom’.
Er zijn die dag twee sessies: een om half negen en een om half elf. De laatste is het drukst bezocht. Met 110 studenten zit de studio in het nieuwe onderwijsgebouw goed vol. Door de hele ruimte staan 26 tafels opgesteld met aan beide zijden een computer en plaats voor twee of drie studenten. Voorin de zaal bedient Van Bussel de computer die sheets en sites projecteert op zestien grote schermen die overal in de studio classroom zijn opgesteld. Een headset met microfoontje geeft hem bewegingsvrijheid om door de zaal te lopen en bij iedere tafel te kijken hoe de studenten het er van af brengen. Daarbij moet hij wel af en toe bukken voor de diagonale balken die midden door het lokaal lopen. Constructiefoutje van de bouwers.

Hij vraagt de studenten te laten weten hoe zij deze nieuwe interactieve vorm van college ervaren. “Dan weten we of we het volgend jaar meer moeten toepassen, of dat we ermee moeten ophouden. Laat van je horen en help het onderwijs te verbeteren.”

Suffig
Van Bussel houdt het tempo er in. Iedere tien minuten een nieuw onderwerp. Gemiddeld vijf minuten uitleg, gevolgd door groepswerk voor de studenten om een oplossing te bedenken. Ook vijf minuten. Ondertussen beent de professor druk heen en weer tussen de tafels door. Hij probeert in twee maal 45 minuten bij ieder groepje minstens één keer te komen kijken. Om tien minuten over elf druppelen nog wat studenten binnen. Na een opmerking van de professor over de verstoring, zoeken ze nog wat suffig naar een plekje.
Veel rust is de studenten niet gegund. Behalve dat de professor iedere tien minuten een nieuw onderwerp aansnijdt, worden ze ook geacht om direct de goede gegevens te vinden uit de online reader op Blackboard en verschillende relevante internetsites.

Een groepje van drie meisjes (met in totaal tien van de 110 studenten zijn vrouwen hier in de minderheid) gaat het iets te snel allemaal. “Je hebt twee computerschermen en dan de professor. Ik vind het rommelig.” “Onoverzichtelijk”, vindt een tweede. Na de pauze zijn ze vertrokken.
“Als ze genoeg denken te weten of ze tot de conclusie zijn gekomen dat hun voorbereiding niet voldoende was, vind ik dat prima”, reageert Van Bussel laconiek. Om eraan toe te voegen: “Deze vorm vereist een actieve participatie, anders werkt het niet. Als je met de oefeningen meedoet, wordt het leuk. Anders mis je het.”

Naast voorbereiding is computervaardigheid vereist, en die is minder dan verwacht. Van Bussel: “Aan de universiteit in Twente werken ze al langer zo. Daar werken studenten bij alle technische opleidingen met een laptop, en ze zijn er een stuk handiger mee dan ik hier zie. Ik had verwacht dat ik op de computer wel de traagste zou zijn, maar niet dus.”

Onderwijsvorm
Studio classroom zit als werkvorm tussen hoor- en werkcollege in. Dat zie je terug in de bezetting. Bij een hoorcollege kan de professor 480 leerlingen tegelijk aan. Bij de studio classroom zijn dat er 120, bij een werkcollege is de verhouding 1 op 30.
De nieuwe onderwijsvorm, laten we het een groepswerkcollege noemen, is een kleine vijftien jaar geleden voortgekomen uit financiële en onderwijskundige druk. Prof.dr. Jack Wilson, decaan van het Rensselaer Polytechnic Institute in New York, schrijft dat het instituut in 1995 te maken kreeg met een grotere toestroom aan studenten, ondermeer doordat een groeiend aantal studenten werk en studie ging combineren. Maar extra gelden voor nieuwbouw bleven achterwege.

Er moest dus een efficiëntere manier van onderwijs komen. Dat werd in 1997 de studio classroom met als belangrijkste kenmerken interactiviteit en afwisseling tussen instructie en groepswerk. Wilson hierover: “We wilden het gedeelte hoorcollege verminderen om een betere aansluiting te krijgen tussen de leerstof en het laboratorium. We wilden de studenten meer laten doen, en minder achterover laten zitten en toekijken. We wilden het samenwerken bevorderen en de techniek integreren. En dat alles willen we bovenal doen om de kosten te verlagen.”

Tegenover het (efficiëntie)nadeel van een kleinere groep stond het voordeel van een dertig procent kortere contactduur. En toch leverde het volgens Wilson betere resultaten op: “Ondanks de reductie in contacturen, tonen de evaluaties aan dat studenten de stof sneller en beter beheersen.”
Het eerste uur loopt ten einde. Van Bussel heeft nog een leuke vraag ter afsluiting: “Als je een rotor moet ontwerpen en de diameter staat vast, wat is dan beter: drie of twaalf bladen?” Na een paar minuten voor onderling overleg in de groep pakt hij de vraag weer op. Wie heeft een idee? De meeste groepjes kiezen voor driebladig, maar een goede motivatie blijft uit. “Drie bladen of twaalf maakt voor het vermogen niet uit”, stelt Van Bussel. “Maar die met drie bladen moet wel sneller draaien om evenveel energie uit de wind te halen.” Die snelle omloop is gunstig voor elektriciteitsopwekking, maar niet voor bijvoorbeeld een pomp. Twee bladen is voor elektriciteit nog beter, want sneller. Maar tweebladige turbines zijn onrustig voor het oog. Vandaar dat windmolens op het land bijna allemaal driebladig zijn. Op zee wordt het tweebladig, voorspelt Van Bussel. Pauze.

Resultaat
Vanaf 2002 begonnen ook Nederlandse universiteiten met de studio classroom te experimenteren. Drie jaar later, in 2005, paste de faculteit Technische Natuurwetenschappen de methode voor het eerst in Delft toe voor het vak natuurkunde 2. Tot die tijd slaagde maar de helft van de studenten voor dat vak. Na de invoering van de nieuwe methodiek, haalde opeens negentig procent van de studenten een voldoende.
Nu ligt dat niet alleen aan de studioaanpak. Tegelijk met de onderwijsvernieuwing werd namelijk de verplichting ingevoerd om de colleges te volgen. Bovendien werd het beruchte tentamen natuurkunde 2 gesplitst in deeltoetsen. Beide ingrepen doen wat schools aan, maar ze hadden wel effect. Vanwege het succes in studierendement werd het jaar daarop ook het vak elektronische instrumentatie op de studioleest geschoeid.

En nu is dus Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek (L&R) aan de beurt. Dat roept de vraag op voor welke vakken de studiomethode vooral geschikt is. Volgens Van Bussel is dat bij het aanleren van bepaalde vaardigheden, dus bijvoorbeeld bij programmeren en bij examentraining, zoals nu gebeurt.
Daarnaast heeft Van Bussel voorgesteld om virtuele practica te houden in de studio classrooms. In Twente gebeurt dat met het vak biomedische techniek. Daar gebruiken studenten een webapplicatie om te zien wat er gebeurt als je een bepaald stofje in de hartspier injecteert. Gaat ook moeilijk anders. Maar ook bij L&R zou een virtueel practicum uitkomst kunnen bieden. Bijvoorbeeld voor windtunnelexperimenten. Er zijn webapplicaties waar je kunt experimenteren met profielen in een windtunnel bij verschillende snelheden en onder diverse hoeken. Het leek Van Bussel leerzamer dan de huidige opzet waar een groep van twintig studenten samen één experiment doen in een echte windtunnel. Maar hij heeft zijn collega’s er nog niet van weten te overtuigen.

Wel is het de bedoeling om het programmeervak in studiosetting te geven. Het gevolg is dat er vier tot zes keer meer docenten voor nodig zijn dan bij een hoorcollege. “Alleen als het een hoger studierendement geeft, verdien je het terug”, zegt Van Bussel. “Voor ons is het nog zoeken naar een balans.”
“Ik zit liever in een klas”, zegt Stefan. Met ‘klas’ bedoelt hij werkcollege. “Je hebt bij de studio classroom veel meer afleiding.” Niels vult aan: “Je mist snel de draad.” “Het is ook wennen”, vindt Stefan. “In de klas ben je er gewoon meer bij.” Corné vindt de tijd te kort om alles op het scherm door te lezen. Hij lijkt niet te beseffen dat Van Bussel ervan uit gaat dat de theorie bekend is. Corné geeft de voorkeur aan een werkcollege omdat er meer contact met de docent is. En de groepen zijn kleiner, zegt Stefan.

Medestudenten Ted en Simon zijn gunstiger gestemd. Ted vond het afgelopen uur een stuk praktischer dan de hoorcolleges. Simon miste het verband tussen de colleges en kon zich geen voorstelling maken van het tentamen. En omdat het vak voor het eerst gegeven wordt, zijn er geen oude tentamens om houvast te geven. “Ook fijn dat hij gewoon rondloopt en dat je vragen kunt stellen”, zegt Ted. Simon: “Dat hadden ze veel eerder moeten doen.”
De waardering van de studenten lijkt dus vooral af te hangen van hun referentie. Kort gezegd: studenten waarderen het groepswerkcollege beter dan een hoorcollege, minder dan een werkcollege. De werkdruk van docenten blijft buiten beschouwing.

Studio classroom is destijds onder druk ontwikkeld, en het wordt nu ook onder druk toegepast. Van Bussel: “De bedoeling is om het studierendement te verhogen zodat je de stof sneller in de studenten krijgt, zodat er meer slagen voor het tentamen.” De nieuwe methodiek maakt deel uit van de hervorming van de bacheloropleiding van L&R dat door vermindering van vakken en betere aansluiting een hoger studierendement beoogt. Het eerste jaar draait nu, en het tweede is in voorbereiding. De reorganisatie zet, samen met de grote instroom aan eerstejaars, de docenten op de faculteit onder druk, want voorlopig betekent de ombouw van de bacheloropleiding alleen maar extra werk. “We zitten nu echt aan de grenzen”, zegt Van Bussel. “Dat merk ik van alle kanten. Sommigen zeggen nu: ‘laat dat tweede jaar maar ongewijzigd’. Maar dat kan natuurlijk niet.”

Naam: Dalibor Cvoric
Nationaliteit: Servisch
Promotor: Professor J.A. Ferreira (elektrische energie omzettingsgroep, faculteit EWI)
Onderwerp: Stroombegrenzer in het elektriciteitsnet
Tussenstand: Halverwege

“Net zoals in een huis kortsluiting kan ontstaan, kan dat ook in het elektriciteitsnet gebeuren. Simpelweg handmatig een stop vervangen kan hier niet. Je hebt een groter apparaat nodig die de enorme stroomsterktes in het elektriciteitsnet aankan. Deze ben ik aan het ontwikkelen.
In het Nederlandse netwerk ontstaat enkele keren per week korstsluiting. De grootste oorzaak is bliksem, maar ik heb ook wel eens een auto aan twee elektriciteitsdraden zien hangen of een boom een mast omver zien duwen. Stroom zoekt de weg van de minste weerstand en stroomt onmiddellijk uit andere takken van het netwerk naar deze plekken toe. Op zich zijn de kabels met een extra veiligheidsmarge ontworpen, maar de laatste jaren worden er steeds meer windmolenparken en andere alternatieve stroombronnen aangesloten op het net. De stroomsterkte die maximaal door de kabels kan gaan als er ergens een lek optreedt, is daardoor flink toegenomen. Daarvoor zijn ze niet ontworpen. De draden kunnen doorsmelten of verdeelstations kunnen ernstig beschadigd raken met flinke schade tot gevolg.
Ik heb eigenlijk een grote stop ontworpen om in het elektriciteitsnetwerk te plaatsen. Je moet je voorstellen dat de winding van deze stop normaal gesproken weinig weerstand heeft en dus goed geleidt. Wanneer er ineens teveel stroom door de winding van de stop gaat, wordt de weerstand dusdanig verhoogd dat er geen stroom meer doorheen kan. Het mooie is dat ik geen apart detectiesysteem nodig heb. Mijn stop sluit onmiddellijk de tak af waarin hij geplaatst is. Een controlesysteem is ook niet nodig, want wanneer het probleem verholpen is, wordt de blokkade direct opgeheven. Er is geen vertraging meer.
Dit komt doordat ik in de stop windingen met een magnetische kern gebruik. Alleen wanneer die kern verzadigd is, is de weerstand laag en kan er stroom doorheen. Als de stroomsterkte toeneemt, wordt dat ongedaan gemaakt en neemt de weerstand zodanig toe dat er geen stroom meer kan passeren. Een klein deel van het netwerk wordt buiten werking gesteld totdat de kortsluiting is verholpen. Neemt de stroomsterkte weer af, dan werkt het systeem weer normaal.
Gelukkig merk je vaak niets van het probleem, omdat een gebied vaak door meerdere takken van elektriciteit wordt voorzien. Nu moet ik nog uitzoeken waar ik de apparaten het beste kan plaatsen. Ze zijn niet goedkoop, dus moet ik goed kijken waar ze het meeste voordeel opleveren.
Binnenkort wordt het eerste prototype gebouwd voor een elektriciteitsnet met een gemiddeld voltage. Daarna ga ik hem testen. Hij wordt 1x2x2 meter groot; voor een netwerk met deze hoge stroomsterkten heb je echt wel wat groters nodig dan wat in je meterkast zit.”