‘Ik begreep niet wat ze niet begrepen’

Eric Mazur in z'n lab in Harvard

Eric Mazur, hoogleraar in Harvard, was vorige week even terug in Nederland. Prof.dr. Barend Thijsse en docent van het jaar 2009-2010 dr. Akke Suiker hadden hem uitgenodigd te vertellen over zijn bijzondere aanpak van colleges.

WIE IS ERIC MAZUR
Prof.dr. Eric Mazur is hoogleraar natuurkunde aan de universiteit van Harvard, ondernemer in opto-elektronica en onderwijsvernieuwer. Hij studeerde natuurkunde in Leiden, waar hij in 1981 cum laude promoveerde. Snel daarna kwam hij terecht op de universiteit van Harvard, eerst als research fellow, daarna als assistent-professor en vanaf 1990 als hoogleraar. Zijn onderzoek maakte naam op het gebied van optica, lasers en nanofotonica. In 1988 ontving hij er uit handen van president Ronald Reagan de Presidential Young Investigator Award voor. De uitvinding van Black Silicon leidde tot het spin-off bedrijf SiOnyx. Ook zijn onderwijsvernieuwing, de zogenaamde peer instruction, maakte naam. Er verscheen een boek over (‘Peer Instruction, A User’s Manual’, Prentice Hall, 1997) en een dvd.

U bent hier vanwege uw innovaties in het onderwijs. U loopt nu twee dagen rond op de TU. Bent u tevreden met de respons?
“Ik ben zeer tevreden. De betrokkenheid, de vragen die gesteld werden, de belangstelling die er is voor het onderwijs; het is allemaal heel anders dan dertig jaar geleden.”

Is er nu meer belangstelling voor onderwijs?
“O ja, veel meer.”

Hoe zou dat komen? Is het omdat er meer druk op de ketel staat om op tijd af te studeren?
“Waarschijnlijk wel, maar ik ben niet zo bekend met de politiek op Nederlandse universiteiten. Maar op internationaal niveau is er steeds meer druk op iedereen om het beter te doen in internationale vergelijkingen, om studenten beter voor te bereiden om kenniswerkers te worden. En nu met informatie die overal en altijd beschikbaar is, geloof ik dat een heleboel universiteiten zich afvragen wat hun rol is in de maatschappij van de 21ste eeuw. Ik geloof dat er daardoor wat meer aandacht is voor hoe we mensen opleiden en wat er van onze hoogleraren en onze studenten verwacht wordt.”

Uw grote belangstelling voor onderwijs, en uw onderzoek ernaar, wordt die breed gedeeld door andere hoogleraren?
“Dat is heel langzaam gegaan.”

Even wat achtergrond. U gaf vanaf 1984 natuurkundeles in Harvard. U kreeg daar goede beoordelingen voor en toch had u zelf het gevoel dat er iets niet in de haak was. Wat was dat?
“Dat was de force concept inventory (FCI), een begripstest over wat er in de eerste helft van het college behandeld is en wat studenten nodig hebben om de rest te kunnen volgen. Uit de test bleek dat de meeste studenten de informatie niet hadden begrepen, ondanks dat ze mij waardeerden als docent en de standaardsommen uit het boek wel konden oplossen. Ze deden dat door een strategie toe te passen zonder te begrijpen waarom die strategie werkt. Toen ik dat ontdekte, besefte ik dat ik iets moest veranderen aan de manier waarop ik college gaf. Ik deed dat omdat ik een probleem had en dat ik mijn studenten beter begrip wilde bijbrengen. Dat ik twintig jaar later uitgenodigd zou worden om er in Delft over te spreken kwam niet in mijn hoofd op. Niemand wist waar ik mee bezig was. Maar op een gegeven moment had ik resultaten die ik aan anderen wilde laten zien. Dus ik ging naar een onderwijscongres in Vancouver en liet de resultaten zien, waarop anderen me vroegen: hoe heb je dat gedaan? Over de jaren heeft dat idee van peer instruction wortel gevat. Eerst op andere universiteiten. Uiteindelijk ontdekten mijn collega’s in Harvard wat ik had gedaan. Niet door mijn klas te observeren, maar door naar Stanford te gaan, waar hen werd verteld dat ze mijn methode gebruikten in hun eerstejaarsonderwijs.”

Heeft het daarom twintig jaar geduurd voordat wij ervan hoorden? We hebben het over een onderwijsinnovatie die u al in 1991 in praktijk bracht.
“Ik denk dat het meestal lang duurt voordat innovaties worden toegepast. De transistor is uitgevonden in de jaren veertig en het duurde tot de jaren zestig à zeventig totdat hij beschikbaar kwam. Innovaties gaan niet van de ene dag op de andere.”

Even terug naar uw centrale idee van de peer instruction. Hoe bent u daarmee begonnen?
“Nadat ik de FCI had gegeven, merkte ik dat mijn studenten de fundamentele zaken niet begrepen. Daarom organiseerde ik een sessie waarin ik de vragen van de test wilde behandelen. Ik merkte dat het heel ingewikkeld was om die simpele Newtoniaanse principes uit te leggen omdat ik niet begreep wat de studenten niet begrepen. Dus op een gegeven moment zei ik tegen mijn studenten: bespreek het met elkaar. Ik zag dat ze met elkaar begonnen te praten in plaats van alleen te luisteren. Het volgende semester dacht ik: waarom stoppen we energie in het voorlezen van een boek ten overstaan van de studenten? Waarom laten we hun het boek niet lezen en helpen we in de klas met die punten te begrijpen waar ze moeite mee hebben.”

Dat draait dan allemaal om goed geformuleerde vragen waar u de studenten over laat discussiëren. Hoe komen die vragen tot stand?
“Op drie manieren. Eén is: ik zoek in de literatuur naar dingen die ik kan gebruiken, bijvoorbeeld het boek ‘Thinking Physics’ (Lewis Caroll Epstein, red). Wat nog veel beter werkt is de studenten te gebruiken als een bron van vragen. Als ik nu tentamens nakijk en ik zie een fout, schrijf ik die op. Als je enkele tientallen tentamens hebt afgenomen, begin je een patroon te zien in de gemaakte fouten. Die fouten gebruik ik om een vraag te ontwerpen voor een soort confrontatie. Ik probeer de misconceptie uit de mond van studenten te horen, dan confronteer ik ze met de werkelijkheid en geef ze een kans om hun begrip te veranderen. Dus dat is de tweede bron: tentamens. De derde bron werkt zo: ze moeten het materiaal lezen vóór het college. Dan kunnen ze mij vertellen waar ze moeite mee hebben. Dus voordat het college begint, heb ik al een lijst me vragen van studenten over de leerstof en die gebruik ik voor de peer instruction.”

U zei ook: ik maak geen sommen meer voor het bord. Terwijl dat toch het typische beeld van een college is. Wat doet u dan wel?
“Als ik een sommetje op het bord doe, is het enige dat studenten doen de oplossing kopiëren. Ze leren niet hoe je zulke vraagstukken moet oplossen door te kijken hoe de expert dat aanpakt. Net zomin als je andere dingen leert door uitsluitend observatie. We leren door dingen te doen. Mijn studenten moeten nog steeds sommetjes oplossen, maar dat doen ze buiten de klas. We maken assistenten beschikbaar om hen te helpen als ze vastlopen. Wat ik in de klas doe is: prototype sommetjes in de vorm van korte vragen stellen, zodat ze bepaalde conceptuele stappen leren die belangrijk zijn voor de oplossing van grotere problemen.”

Voordat mensen nu gaan denken dat professor Mazur een onderwijskundige is, wil ik het ook nog even over black silicon hebben. Wat is dat?
“Black silicon is een vorm van silicium die heel zwaar gedoteerd is zwavel, selenium of telurium – allemaal stoffen met vier elektronen in de valentieband. De meeste halfgeleiders worden gedoteerd met elementen die toestanden in de verboden zone creëren die dicht bij de valentieband of de geleidingsband zitten. Zwavel is nooit goed onderzocht, want het geeft een energieband middenin de verboden zone. Voor elektronica is dat verschrikkelijk. Vandaar dat er weinig belangstelling voor bestond. Bij normale dotering van halfgeleiders wordt verhoudingsgewijs weinig materiaal gebruikt, één op een miljoen zo ongeveer. Wij ontdekten bij toeval een manier om wel een procent van een materiaal in silicium te krijgen, dus ongeveer tienduizend keer meer dan er in het silicium van computerchips zit.”

Dat deed u met laserpulsen?
“Ja. Bovendien was het materiaal dat we erin aanbrachten een type zwavel dat normaal gesproken als slecht voor de elektrische eigenschappen werd beschouwd. Maar tot onze totale verbazing kwam er iets uit dat totaal zwart was. Niet alleen in het zichtbare licht, maar ook in het infrarood waar silicium normaal transparant voor is. Siliciumoxide, glas, is transparant in het zichtbare licht, maar silicium zelf is transparant voor infrarood. Daarom hebben we het black silicon genoemd omdat het zwart is zowel voor het zichtbare licht als in het infrarood. Het is een materiaal dat buitengewoon veel toepassingen heeft in detectie, beeldvorming en in zonnecellen.”

U hebt er een bedrijf voor opgericht.
“Vijf jaar geleden heb ik er een bedrijf voor opgericht, SiOnyx. Dat loopt momenteel erg goed; we hebben onze eerste imagers.”

Wat voor instrumenten zijn dat?
“Een imager lijkt op een beeldchip die in een fotocamera zit, maar hij heeft een veel hogere quantum efficiency wat vooral bij weinig licht een voordeel is. Als je een foto gemaakt bij weinig licht vergelijkt van een CMOS-chip en de onze, dan heeft die van ons een hoger signaal.

En ook voor infrarood?
“That’s it. De gevoeligheid strekt zich uit tot in het infrarood, wat een buitengewoon belangrijke band is voor veiligheids- en detectietoepassingen.”

Het product is dus een ultragevoelige chip?
“Een chip én een camera. We hebben nu de chip en binnen een jaar verwacht ik ook de camera. Het prototype werkt, en we zijn er zeer trots op. Het bedrijf is begonnen met alleen mijzelf en een promovendus. Nu lopen er 25 man rond en volgend jaar zijn dat er waarschijnlijk 140 om de productie op te starten.”

En u blijft ook gewoon nog eerstejaars college geven?
“Ja, ik blijf lesgeven.”

Vanaf morgenmiddag is het vrij programma voor u. Wat gaat u doen?
“Ik denk dat ik met Barend (prof.dr. Barend Thijsse, 3mE, red.) op de fiets stap.”

Is hij een studiemaatje van u?
“Hij lag een paar jaar voor op mij, maar we zijn allebei gepromoveerd bij Jan Beenakker (1926 – 1998, hoogleraar fysica, Universiteit Leiden, red.) Dus ik denk dat ik iets ga doen wat ik in geen dertig jaar gedaan heb: het Nederlandse landschap bekijken vanaf de fiets.”

mazur.harvard.edu

Link naar artikel in Delta