Transformatie van STEM-onderwijs is nodig om studenten voor te bereiden op de 21ste eeuw

Om een volledig begrip te ontwikkelen van de nuances van de huidige wereldproblematiek is het belangrijk dat kunst en geesteswetenschappen toegevoegd worden aan STEM-onderwijs.

  • Kunnen ISA’s helpen het tekort aan talent in de tech-sector aan te pakken?
  • Robots kunnen belangstelling voor technologie stimuleren
  • Educatieve programma’s leren tieners hacken
  • Open leermiddelen als alternatief voor dure lesboeken en softwaretools
  • Soft skills zijn cruciaal voor de toekomst van studenten
  • Zonder kunst en geesteswetenschappen faalt STEM-onderwijs in de toekomst
  • Beter onderwijs is een langetermijnoplossing voor verschillende problemen

De wereld maakt momenteel een technologische transformatie door op een schaal die ongeëvenaard is in de menselijke geschiedenis. Ingenieurs en ontwikkelaars creëren aan de lopende band nieuwe producten waardoor ook nieuwe sectoren ontstaan. Deze ontwikkelingen zorgen ervoor dat de manier waarop we met elkaar werken en communiceren volledig verandert. De technologische vooruitgang, die alle facetten van ons leven heeft doordrongen, is de norm geworden waarmee we succes meten.

Het is dus geen wonder dat de vraag naar talent voor wetenschap, technologie, engineering en wiskunde (STEM) inmiddels groter is dan het aanbod, en universiteiten proberen in toenemende mate de passie van studenten voor technologie aan te wakkeren. Maar om ervoor te zorgen dat studenten goed afgeronde individuen worden, is het belangrijk om hen naast STEM-vakken ook bloot te stellen aan kunst en geesteswetenschappen. Soft skills als samenwerking en communicatie zijn ook van cruciaal belang. Op die manier kunnen jonge afgestudeerden de impact van nieuwe technologieën op de samenleving beter begrijpen, in plaats van alleen te kijken naar de impact vanuit een technologisch uitgangspunt.

Kunnen ISA’s helpen het tekort aan talent in de tech-sector aan te pakken?

Om te zien dat de technologische sector de afgelopen enorm is gegroeid hoeven we maar te kijken naar het stijgende aantal succesvolle startups waarvan vele de unicorn-status bereiken. Maar ondanks de recordinvesteringen in de sector, lukt het technologiebedrijven maar niet aan voldoende getalenteerd personeel te komen. Een belangrijke reden daarvoor is dat het onderwijs steeds duurder wordt en voor velen inmiddels onbetaalbaar is. Studenten zijn vaak afhankelijk van leningen, beurzen of overheidssteun. Met name studieleningen zijn problematisch. Veel studenten hebben moeite de leningen terug te betalen en zitten nog lang in de schulden. Zo is het totale bedrag aan studieleningen in de Verenigde Staten in de afgelopen 15 jaar verviervoudigd en staat het nu op $1,6 biljoen. Gelukkig zijn er verschillende mogelijke oplossingen.

 Een tekstvak met info over studieschulden in de VS in de afgelopen 15 jaar.

Het totale bedrag aan studieschulden in de VS is de afgelopen 15 jaar verviervoudigd en stond in 2019 op $1,6 biljoen.

ISA’s (Income share agreements – overeenkomsten waarbij een deel van toekomstige inkomsten worden terugbetaald) bieden mogelijk een oplossing voor de problematiek rond studieschulden en het tekort aan getalenteerd personeel in de technologiesector. Een ISA is een contract waarbij een student wordt opgeleid in ruil voor een percentage van het toekomstige salaris. In plaats van dat studenten vooruit betalen, kunnen ze voor hun studie betalen zodra ze een baan vinden.

De Lambda School in San Francisco is een voorbeeld van een school waar opleidingen in software engineering gratis zijn totdat studenten een baan vinden. De school biedt studenten twee opties: ze kunnen $20.000 aan lesgeld meteen betalen of een ISA tekenen, wat betekent dat de opleiding gratis is totdat ze een baan vinden waar ze tenminste $50.000 per jaar verdienen. Vanaf dat moment betalen ze twee jaar lang 17 procent van hun salaris, tot maximaal $30.000. Als ze binnen vijf jaar geen baan vinden, hoeven ze niets te betalen. In de praktijk zal dat echter zelden voorkomen, aangezien 83 procent van de afgestudeerden binnen zes maanden werk vindt en vaak meer dan $50.000 verdient.

Robots kunnen belangstelling voor technologie stimuleren

De noodzaak om leerlingen meer te interesseren voor technologie heeft de multinational PwC geïnspireerd om zich met robotica bezig te gaan houden en de CODE-E-robot te lanceren. Leerlingen kunnen een gesprek voeren met de robot die hen vervolgens aanmoedigt om na te denken over hoe je technologie kunt gebruiken bij het oplossen van problemen. CODE-E werd al met succes gebruikt aan de Academy for Software Engineering (AFSE) in New York, waar hij nieuwsgierigheid wekte en opwinding teweegbracht. AFSE-leerlingen werd gevraagd om praktische voorbeelden te bedenken voor het gebruik van opkomende technologieën. Dankzij interacties met de robot kwamen de leerlingen met een aantal interessante ideeën. Ze bedachten bijvoorbeeld een app die een seintje geeft wanneer een bepaalde stoel in de kantine bezet is, en een geautomatiseerd systeem dat toegang geeft tot het toilet.

Robots zijn ook aantrekkelijk voor jongere leerlingen, vooral als het gaat om het leren van de basisprincipes van coderen. In de Bots for Tots-workshop, die gehouden werd in Palos Verdes Estates, Californië, kunnen kinderen van vier en vijf jaar met behulp van de Ozobot-robot leren coderen. Deze kleine robot kan kleuren detecteren en helpt kinderen met het maken van kleurencombinaties op basis waarvan de robot verschillende taken kan uitvoeren – zoals sneller of langzamer te werk gaan of naar links of rechts draaien. Het doel van de Bots for Tots-workshop is om kinderen al op jonge leeftijd de basisprincipes van coderen te leren. Tegen de tijd dat deze kinderen naar de middelbare school gaan, zijn ze al bekend met het proces en kunnen ze zelfs hun eigen robots ontwerpen.

Educatieve programma’s leren tieners hacken

De groei van de tech-sector wordt voortdurend bedreigd door cybercriminelen, die slim gebruikmaken van digitale kwetsbaarheden voor diefstal, chantage en afpersing. Cyberveiligheidsexperts voorkomen dat cybercriminelen geld en gevoelige informatie stelen en zorgen ervoor dat de online infrastructuur efficiënt functioneert. Maar de vraag naar digitale experts is inmiddels groter dan het aanbod en naar verwachting zijn er in 2021 ongeveer 3,5 miljoen openstaande vacatures, met alle gevolgen voor de digitale veiligheid van dien. Daarom zijn universiteiten begonnen hun computeronderwijs aan te passen, terwijl openbare instanties ook onderwijsprojecten financieren en sommige ethische hackers zelfs cursussen aanbieden waarmee iedereen de benodigde kennis en vaardigheden kan leren.

Een tekstvak met informatie over het aantal vacatures voor cybersecurity-banen.
Naar verwachting zijn er in 2021 ca. 3,5 miljoen openstaande vacatures voor cybersecurity-banen. Dit heeft negatieve gevolgen voor de digitale veiligheid.

Maar ondanks de vele verbeteringen lukt het scholen nog steeds moeilijk om hun leerlingen de nodige vaardigheden bij te brengen. Zo biedt bijvoorbeeld maar de helft van de top 50 computeropleidingen aan Amerikaanse universiteiten drie of meer cursussen op het gebied van informatiebeveiliging. Eén daarvan is College Park van de University of Maryland, waar studenten een opleiding in cyberveiligheid kunnen volgen. In 2017 leerde de University of California Berkeley studenten in een ‘Cyberwar’-college ethisch hacken en Northeastern University biedt 11 cursussen waarin verschillende onderdelen van digitale veiligheid aan de orde komen.

Sommige universiteiten gaan nog een stapje verder. Zo kunnen studenten aan de Texas A&M University part-time in het Security Operations Center werken en door KI-software gedetecteerde bedreigingen onderzoeken. Zo krijgen jonge mensen de kans om verdachte activiteiten te analyseren en de instelling, die elke maand blootstaat aan een miljoen hackpogingen, te helpen beschermen. Op deze manier leren studenten meer over cyberveiligheid en kunnen ze de opgedane kennis in hun studie toepassen.

Open onderwijsbronnen als alternatief voor dure tekstboeken en softwaretools

De opkomst van digitaal onderwijs heeft geleid tot de ontwikkeling van betaalbaar internet-gebaseerd onderwijsmateriaal, waardoor traditionele leerboeken overbodig zijn geworden. Deze trend wordt aangewakkerd door het open leermiddeleninitiatief of OERs (open educational resources) dat studenten toegang biedt tot gratis cursusmateriaal en leerkrachten helpt met elkaar samen te werken.

Maar het creëren van gratis en vrij toegankelijke cursussen, modules, lesboeken, video’s, software en ander lesmateriaal is ingewikkeld. Het vraagt om een digitale infrastructuur die het voor instanties makkelijk maakt samen te werken. Om aan die vraag te voldoen heeft de Amerikaanse Carnegie Mellon University (CMU) OpenSimon ontwikkeld, een verzameling tools gericht op leerkrachten, onderzoekers en ontwikkelaars op het gebied van onderwijstechnologie. Het systeem bevat meerdere producten, waaronder XBlock, een forum waar mensen kunnen samenwerken aan de ontwikkeling van online cursussen, en software waarmee digitale kennisdatabases makkelijker te doorzoeken zijn.

Naast het aanbieden van handige softwaretools helpen OERs leerlingen ook door dure lesboeken te vervangen door digitale alternatieven. Aan Wake Tech Community College in North Carolina hebben instructeurs studenten bijvoorbeeld honderdduizenden dollars bespaard door gratis lesmateriaal te ontwikkelen voor de introductiecursus bedrijfskunde.

Soft skills zijn cruciaal voor de toekomst van studenten

Naast technische vaardigheden moeten STEM-studenten bovendien diverse soft skills ontwikkelen. Communicatieve vaardigheden zijn bijvoorbeeld zeer belangrijk, zowel op persoonlijk als professioneel vlak. Met een goede communicatie op het werk is het makkelijker om informatie uit te wisselen en doelen te bereiken. Goede communicatie creëert een gezonde omgeving waarin mensen efficiënter en met meer plezier met elkaar samenwerken. En aangezien het bedrijfsleven steeds concurrerender wordt, moeten managers helder met hun werknemers communiceren over het bereiken van bepaalde doelstellingen en het ontwikkelen van nieuwe strategieën.

Hoe kunnen leerkrachten hun leerlingen helpen deze vaardigheden te ontwikkelen? De Global Digital Citizen Foundation adviseert docenten onder andere om rollenspellen te gebruiken. Op die manier maken leerlingen kennis met situaties die ze kunnen bespreken en in de toekomst gebruiken. Zo kunnen leerlingen bijvoorbeeld leren in het openbaar te spreken, wat met name handig is voor diegenen die dat lastig vinden.

Naast het verwerven van communicatievaardigheden is het ook van belang dat leerlingen kritisch en creatief leren denken. Dit is vooral belangrijk om op complexe zaken te kunnen reageren en daar kunnen scholen niet vroeg genoeg mee beginnen. In plaats van “wat?” te vragen, moeten leerkrachten hun leerlingen leren de vragen “hoe?” en “waarom?” te beantwoorden. Zoals trainer en pedagoog Brian Oshiro uitlegt: “het antwoord op de vraag ‘wat’ kun je op het internet vinden”, waardoor een leerling ten onrechte denkt iets te leren of het toch wel te kunnen opzoeken. Maar wanneer leerlingen hun stellingen moeten onderbouwen, moeten ze verder kijken dan het voor de hand liggende en verbindingen leggen tussen verschillende soorten informatie.

Zonder kunst en geesteswetenschappen faalt STEM-onderwijs in de toekomst

De technologische vooruitgang, die alle facetten van ons leven heeft doordrongen, is de norm geworden waarmee we succes meten. Dit heeft ook geleid tot ‘bias to action’, een drang die veel ondernemers en wetenschappers voelen om producten en diensten te ontwikkelen zonder echt na te denken over de moraal, waarden en ethiek – en de gevolgen – van een dergelijke stap. De kern van dit probleem kan worden herleid naar het falende onderwijssysteem, met name op het gebied van wetenschap, technologie, engineering en wiskunde.

Afgestudeerden in STEM-wetenschappen krijgen doorgaans goedbetaalde banen, omdat hun kennis van data-analyse, slimme algoritmen en softwareontwikkeling in de particuliere sector zeer in trek is. Maar universiteiten nemen meestal geen elementen van kunst en geesteswetenschappen op in hun STEM-opleidingen. Ze schenken zelfs geen aandacht aan de ethische en sociale gevolgen van bepaalde technologieën. Deze jonge afgestudeerde experts gaan vervolgens bij bedrijven en startups aan de slag en creëren hightech-oplossingen waar miljoenen mensen gebruik van maken of de effecten van ondervinden. De negatieve impact van deze benadering wordt steeds duidelijker. Een toenemend aantal landen worstelt met de problemen die door geavanceerde technologieën veroorzaakt worden. En de terughoudendheid van bedrijven om de problemen die ze hebben veroorzaakt op te lossen is nog het meest verontrustend.

Neem bijvoorbeeld de opkomst van kunstmatige intelligentie (KI). Het kan longkanker sneller diagnosticeren dan radiologen dat kunnen en maakt winkelen op Amazon makkelijker en efficiënter dankzij gepersonaliseerde aanbevelingen. Maar KI kan mensen bijvoorbeeld ook van hun vrijheid beroven. Door kunstmatige intelligentie aangedreven voorspellende rechtssystemen die in veel rechtbanken worden gebruikt om borgtocht vast te stellen, straffen te bepalen en zelfs bij te dragen aan beslissingen met betrekking tot schuld of onschuld, zijn allesbehalve onbevooroordeeld. Ze staan ​​erom bekend bestaande raciale vooroordelen te versterken en zwarte beklaagden (ten onrechte) twee keer zo vaak te kenmerken als toekomstige criminelen dan blanke beklaagden.

Het is duidelijk dat veel van de technologieën die moderne tools en diensten aandrijven zijn ontwikkeld met weinig aandacht voor hun bredere sociale impact. Om dat probleem aan te pakken, moeten we een nieuwe generatie STEM-afgestudeerden opleiden, zoals professor Richard Lachman zegt, “in staat zijn om zich te buigen over de moeilijkste vraagstukken van onze tijd: welke nieuwe uitvindingen maken we mogelijk en hoe, waar en door wie moeten ze worden toegepast en gebruikt”. Het integreren van ‘Art’ in STEM-onderwijs – waardoor STEAM ontstaat – lijkt een goede oplossing. Kunst en geesteswetenschappen staan er namelijk om bekend dat ze jonge mensen helpen problemen op nieuwe manieren te benaderen en verbindingen te leggen tussen concepten.

Beter onderwijs is een langetermijnoplossing voor meerdere problemen

Nieuwe technologieën veranderen de educatieve sector, waardoor het gemakkelijker wordt om educatief materiaal te ontwikkelen, leveren en delen. En in plaats van dure studieboeken en softwaretools hebben studenten nu toegang tot gratis bronnen die hen geld besparen en een betere leerervaring bieden. Dit komt vooral het STEM-veld ten goede. Technologisch onderlegde studenten maken graag gebruik van online bronnen om hun opleiding te verbeteren. Bovendien is het belangrijk dat studenten daarnaast werken aan hun kritische denkvaardigheden en leren hoe ze effectiever kunnen communiceren met medestudenten en docenten. Het vinden van de juiste balans tussen innovatie en de sociale gevolgen ervan wordt in de toekomst een van de grootste uitdagingen en een beter STEM-onderwijssysteem is daarvoor een potentiële oplossing.

Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Trendwatcher, futurist en internationaal topspreker Richard Van Hooijdonk neemt je mee naar een inspirerende toekomst die leven, werken en ondernemen drastisch gaat veranderen.

Alle Lezingen