En dat terwijl het brein van nature popelt om te leren.
Voor sommige kinderen is de schooltijd een frustrerende periode. Ze ervaren de stof als saai, en steken dan ook niet veel op. En dat terwijl het brein van nature popelt om te leren – en ons zelfs beloont met een heuse drug wanneer we iets nieuws begrepen hebben! Hoe kan dat? Volgens de neurodidactiek sluit het huidige onderwijs niet goed aan bij de manier waarop het brein werkt.
Terwijl filosofen, psychologen, antropologen en sociologen al decennialang enthousiast mee discussiëren, bleef de hersenwetenschap tot voor kort meestal buiten spel staan wanneer het ging om didactische kwesties. Dat is een paradoxale situatie, want per slot van rekening vindt het leren in het hoofd plaats: elk leerproces gaat gepaard met veranderingen in het brein. Uit de aard der zaak biedt de neurobiologie het natuurwetenschappelijke fundament waarop moderne didactische theorieën zouden moeten voortbouwen.
Dat was ons uitgangspunt toen wij een twintigtal jaar geleden een nieuw vakgebied introduceerden: de neurodidactiek. Het doel van deze discipline is, het leren zo vorm te geven dat het zo goed mogelijk aansluit bij de wijze waarop de hersenen functioneren. Maar deze aanpak stuit telkens weer op weerstand bij pedagogen die meer geesteswetenschappelijk georiënteerd zijn. En dat terwijl niemand toch ooit op het idee zou komen een huis te laten bouwen door schilders, loodgieters en tuinlieden zonder dat er een architect aan te pas komt. Recente ontdekkingen in het hersenonderzoek hebben duidelijk gemaakt dat een aantal aannames in de pedagogiek en didactiek te simpel is.
Neem bijvoorbeeld de stellingen van de Zwitserse psycholoog Jean Piaget. Deze in 1980 overleden vader van de ontwikkelingspsychologie beweerde dat de cognitieve ontwikkeling bij kinderen in systematisch op elkaar volgende stadia verloopt. Elk van deze stadia zou gekenmerkt worden door specifieke vaardigheden en denkfouten, waardoor het leren gebonden zou zijn aan leeftijdsgrenzen. In een van zijn bekendste onderzoeken goot Piaget voor de ogen van de leerlingen van een kleuterschool water uit een laag, breed glas in een hoog, smal glas. De meeste van zijn jonge proefpersonen hielden hardnekkig vol dat het smalle glas meer water bevatte – omdat het water hoger stond.
Parels voor de zwijnen?
Volgens Jean Piaget kwam dit doordat de kinderen alleen deze ene dimensie konden waarnemen en breedte en diepte bij hun beslissing veronachtzaamden. Zijn conclusie luidde dat kinderen in de zogenaamde ‘pre-operationele fase’, die ongeveer tot het zesde levensjaar duurt, principieel niet in staat zijn meerdere gegevens tegelijk in zich op te nemen en zinvol te combineren wanneer zij de wereld proberen te begrijpen. Wegens dit onvermogen om logisch te denken zou een poging om kleuters te leren rekenen dan een kwestie zijn van parels voor de zwijnen werpen.
Inmiddels is echter bekend geworden dat jonge kinderen wel degelijk in staat zijn tot zulke intellectuele prestaties, mits zij de opgaven krijgen voorgeschoteld op een manier die bij hun leeftijd past. Al op driejarige leeftijd hebben zij een gevoel voor elementaire natuurkundige verbanden. Ze kunnen snelheden vaststellen doordat ze de verstreken tijd en de afgelegde weg correct met elkaar verbinden. En ook begrijpen ze de Wet van Archimedes, met name dat een voorwerp alleen blijft drijven als het een lager soortelijk gewicht heeft dan water.
Zelfs zuigelingen beschikken al over een enorme basiskennis. Zo kunnen baby’s van vier maanden al het verschil zien tussen vier en zes punten op een afbeelding – de eerste stap op de weg naar het rekenen. Kinderen die nog niet eens kunnen lopen, geven blijk van wiskundig inzicht als ze hun knuffeldieren op grootte sorteren. En kinderen proberen dit intuïtieve begrip voortdurend uit te breiden – alleen gaan zij daarbij anders te werk dan volwassenen.
Learning by doing luidt het motto in de eerste levensjaren. Systematisch, geconcentreerd en meestal met onverstoorbare consequentie voeren de kleine wetenschappers experimenten – en soms complete testreeksen – uit, waaruit zij theorieën afleiden die vervolgens door verdere experimenten onderbouwd of herzien worden. Als een blokje ook na honderd keer in de lucht gegooid te zijn weer op de grond valt, weet de kleine dat er zoiets als zwaartekracht bestaat. Uit gedragsonderzoek is gebleken dat kinderen hun kennis vooral dan snel uitbreiden, als zij zoveel mogelijk zelf kunnen uitproberen. Dus als Piaget zijn kleine proefpersonen een paar keer zelf het water van het ene glas in het andere had laten gieten, was de meerderheid van de kinderen vast wel tot de juiste conclusie gekomen.
De neurobiologen beschrijven het brein als een actief systeem dat met een zekere basisvoorraad aan voorkennis ter wereld komt en dan meteen begint vragen te stellen aan de omgeving. Vanaf hun eerste schreeuw zijn kinderen voornamelijk bezig met pogingen uit te vinden wat er om hen heen gebeurt. Lange tijd was de wetenschap ervan overtuigd dat het prestatievermogen van de hersenen – en dus ook het vermogen om te leren – net als de kleur van het haar of de ogen genetisch voorgeprogrammeerd was. Maar experimenten met dieren bewijzen dat het genetisch erfgoed alleen de basisinrichting van het neuronale bouwplan vastlegt. De input van informatie vanuit de zintuigen en de voortdurende actieve wisselwerking met de omgeving bepalen vervolgens hoe het brein zich ontwikkelt, wat wij leren en welke talenten wij ontplooien.
Reeds bij de geboorte bezit ieder mens ongeveer honderd miljard hersencellen, een aantal dat in de loop van het leven weer wat kleiner wordt. In de eerste levensjaren groeien vooral de uitlopers waarlangs elke zenuwcel signalen verstuurt naar meer dan duizend andere zenuwcellen. Op speciale contactpunten, de synapsen, wordt informatie overgedragen van de ene naar de andere cel. Via honderd miljard van zulke synaptische verbindingen vormen de neuronen netwerken die ook over grotere afstanden kunnen communiceren.
Aanvankelijk ontstaat, gelijkmatig verdeeld over de zenuwcellen, een overmaat aan synapsen. Maar wanneer bepaalde neuronen reageren op kenmerken die vaak tegelijk optreden, en dus vaak synchroon vuren, worden de synapsen tussen deze zenuwcellen sterker en blijven lange tijd behouden. Een beker warme chocolademelk, bijvoorbeeld, bezit meerdere eigenschappen die heel verschillende zintuigen prikkelen: het is vloeibaar, bruin, heeft een typische geur, smaakt zonder suiker een beetje bitter, en je kan er je tong aan branden. Elke beker chocola die een kind drinkt, bevordert de synaptische verbinding tussen de neuronengroepen die op dat moment actief zijn. Na een paar koppen heeft het brein op deze manier de afzonderlijke informatie-elementen met elkaar verbonden tot een totaalbeeld. De kleine weet nu wat de elementen van een goede kop chocola zijn en kan deze kennis op elk gewenst moment weer oproepen. Omgekeerd worden bestaande verbindingen tussen zenuwcellen die nooit gelijktijdig vuren, na verloop van tijd verbroken.
Zoals een beeldhouwer van een vormeloze steenklomp de overtollige stukken weghakt en zo een beeld maakt, geven leerprocessen vorm aan het met een overmaat aan synapsen uitgeruste brein. Ze zorgen ervoor dat zelden gebruikte verbindingen geëlimineerd worden, maar vaak gebruikte versterkt en stevig verankerd. Van onze eerste grijpbewegingen en onze eerste woordjes, via de intieme vertrouwdheid met de levensloop van alle Pokémonfiguren, tot de grammatica van het Engels – alles wat wij leren verandert het netwerk van neuronen in ons hoofd.
De ontwikkeling van onze cognitieve vaardigheden en de ontwikkeling van ons brein zijn dus onafscheidelijk met elkaar verbonden – en dus ook de didactiek en de neurowetenschap. Alleen in samenwerking kunnen die twee disciplines kindgerichte leerstrategieën ontwikkelen waarmee leraren en opvoeders de individuele talenten van hun pupillen beter kunnen herkennen en tot ontplooiing laten komen. En wie begrijpt hoe en onder welke condities de hersenen tijdens het leren veranderen, die kan ook beter onderwijzen.
Jong geleerd ...
Hoewel een mens nooit uitgeleerd is, worden de fundamenten voor de latere kennis al in de kindertijd gelegd. De volkswijsheid ‘Wat kleine Hansje niet leert, zal grote Hans nooit meer leren’ heeft een neurobiologische basis. Want in de eerste vijftien levensjaren wordt grotendeels bepaald welke neuronen met elkaar verbonden zullen zijn. In die periode ontstaat het fundamentele bouwplan van het hersennetwerk. Na de vijftiende verjaardag is de rijping van het brein verregaand voltooid en zijn de banen waarlangs de volwassene later zal denken, in grote lijnen uitgestippeld.
Weliswaar behouden de neuronale netwerken ook na die tijd nog een zekere plasticiteit: bestaande synapsen worden nog tot op hoge leeftijd door nieuwe prikkels, ervaringen, gedachten en activiteiten versterkt of verzwakt – wat ons in staat stelt tot levenslang leren. Maar na de puberteit zijn de hersenen minder kneedbaar geworden en nieuwe synaptische verbindingen ontstaan duidelijk minder vaak. Daardoor kunnen we, naarmate we ouder worden, steeds slechter nieuwe kennis in ons geheugen opslaan.
Dat kinderen beter leren dan volwassenen, blijkt ook uit experimenten die de Amerikaanse hersenonderzoeker Eric Knudsen van Stanford University heeft uitgevoerd met jonge uilen. Hij zette ze zogeheten prismabrillen op, waardoor ze de wereld ondersteboven zagen. Na drie weken waren de jonge vogels aan de omgekeerde wereld gewend en konden zich moeiteloos oriënteren. Vervolgens zette Knudsen hen de bril weer af, en na een tijdje waren ze weer aan hun oorspronkelijke waarneming gewend. Toen deze vogels volwassen waren, kon Knudsen hun zo vaak als hij wilde de brillen op- en afzetten: de dieren pasten hun waarneming onmiddellijk zonder problemen aan. Zij hadden zich immers in hun jeugd beide perspectieven eigen gemaakt! Maar als andere uilen pas op volwasen leeftijd een prismabril opgezet kregen, slaagden ze er niet meer in eraan te wennen.
Het is dus belangrijk de aanleg van synapsen bij kinderen zo vroeg en veelzijdig mogelijk te bevorderen, bijvoorbeeld door ze vreemde talen te leren. Zo zou het heel zinvol kunnen zijn kinderen al op de peuterleeftijd naar Engelstalige hoorspelen te laten luisteren. Ook als ze er geen woord van verstaan, ontwikkelen zich toch – louter door het horen van de klanken – in verschillende hersengebieden de neuronenbanen die ze later kunnen gebruiken om de taal te leren.
Een van deze hersengebieden is het gebied van Wernicke, dat een rol speelt bij het begrijpen van taal. Het kan de klanken van de menselijke spraak onderscheiden en de verschillende elementen van een taal classificeren. Tijdens het luisteren zoekt het kinderbrein voortdurend de omgeving af naar opvallende akoestische patronen. Als het een zinvol patroon ontdekt heeft, slaat het dat op in het gebied van Wernicke. Stukje bij beetje ontstaat zo een geheugen voor de woordklanken van de talige omgeving. Een kind dat al vroeg met de klankbeelden van twee talen vertrouwd is geraakt, bezit op latere leeftijd een rijkere voorraad klankpatronen dan een kind dat uitsluitend met zijn moedertaal opgroeit.
Voor het spreken zelf is in eerste instantie het gebied van Broca verantwoordelijk. Hier ontwikkelt zich het geheugen voor de uitspraak. Daarbij leert een kind, door de klanken die het hoort na te bootsen, zijn eigen uitingen aan te passen, te onderscheiden en in de bouwstenen van de taal in te delen. Door vroeg contact met een vreemde taal wordt ook in dit gebied een gevarieerde voorraad patronen opgeslagen. Dankzij de neuronale netwerken die zich door het contact met de tweede taal ontwikkelen, raakt het kind al vertrouwd met de klankkenmerken van die taal. Als het dan later op school zijn eerste Engelse woordjes moet leren, kan zijn brein op deze netwerken teruggrijpen. De nieuwe woorden worden sneller in het geheugen opgeslagen, en ook de correcte uitspraak kost minder moeite.
Wie van kindsbeen af tweetalig is opgegroeid, legt het geleerde vast in netwerken die zo stabiel zijn dat hij, zelfs wanneer hij een van beide talen tientallen jaren nauwelijks gebruikt heeft, die toch nog steeds beheerst. Dat geldt overigens ook voor andere kennisgebieden, zoals de omgang met getallen. Zelfs heel speelse oefeningen, zoals het verdelen van een zandgebakje onder speelkameraadjes, leggen al de neuronale basis voor wiskundig inzicht.
Voor de ontwikkeling van het brein is dus een voortdurende interactie met de buitenwereld vereist. De neurowetenschappers hebben dit uitgebreid onderzocht aan de hand van het visuele systeem. Bij de geboorte zijn de voor het zien benodigde neuronale verbindingen in grote lijnen al aanwezig, dankzij het genetische bouwplan. De finetuning vindt vervolgens plaats in een wisselwerking met de omgeving. Daarbij is een bepaalde ontwikkelingsfase, de zogenaamde kritische periode, heel belangrijk. Als gedurende deze periode invloeden van de omgeving afwezig of slechts in beperkte mate aanwezig zijn, ontwikkelt het vermogen om te zien zich slechts gedeeltelijk of gaat geheel verloren.
Beslissende periode
De kritische periode voor een ongestoorde ontwikkeling van het visuele systeem loopt bij de mens ongeveer tot het begin van de leerplichtige leeftijd. Wie in deze periode niet actief kijkt en zijn brein niet voedt met visuele informatie, kan later niet meer leren zien, doordat de benodigde synaptische verbindingen zich dan niet meer kunnen vormen. Dit geldt in principe ook voor cognitieve processen. De verscheidenheid aan externe prikkels bepaalt hoe complex de zenuwcellen zich met elkaar verbinden en onderling communiceren – daar heeft de evolutie voor gezorgd. Want als de ontwikkeling van de hersenen wordt bepaald door wat wij leren en ervaren, is ons centrale orgaan altijd optimaal aan de omgeving aangepast.
Wat betekent dat voor de didactiek? Als opvoeding en onderwijs de kinderen de intellectuele stimuli geven die het brein nodig heeft, kunnen de mentale vaardigheden zich ontwikkelen – en dan kost ook het leren weinig moeite. Vooral op de kleuterschool en de basisschool zijn pedagogen er vaak beducht voor het denken van de kinderen doelgericht te trainen. Waarschijnlijk uit angst te veel van hun pupillen te eisen. Maar ondertussen is het kinderbrein juist in de leeftijd tussen drie en tien jaar voortdurend op zoek naar nieuw geestelijk voedsel, wat de wereld ook rijkelijk biedt: elke seconde komt er via hun zintuigen een onafzienbare stortvloed van indrukken binnen.
Overigens nemen wij lang al die prikkels niet waar, want dan zouden onze grijze cellen al snel op de grenzen van hun kunnen stuiten en niet meer in staat zijn de informatie zinvol te ordenen. In plaats daarvan is er constant een selectieproces gaande, waarbij telkens dat nietige stukje informatie wordt gedestilleerd dat belangrijk genoeg is om in het brein bewaard te worden. Die beslissing wordt genomen door de aandacht. De aandacht zet de zintuigen ertoe aan uit de overvloed aan prikkels diegene te selecteren die bewust verwerkt moeten worden. Aangezien het brein in eerste instantie geïnteresseerd is in veranderingen in de omgeving, trekken nieuwe, opvallende of bewegende objecten bijna automatisch de aandacht.
Onbekende zaken prikkelen de neuronennetwerken bijzonder sterk en worden dus bijzonder gemakkelijk als informatie in het geheugen opgeslagen. En dat beperkt zich niet tot chocolade-eieren met hun verrassende inhoud. Een omgeving die veel afwisseling biedt en elke dag weer nieuwsgierig maakt, leidt vrijwel automatisch tot leren.
Welke prikkels wij uitkiezen hangt echter ook af van innerlijke condities, en wel vooral van de betekenis die wij aan een gebeurtenis toekennen. Vooral verwachtingen wekken een doelgerichte aandacht. Omdat het brein geleerd heeft dat uit zijstraten auto’s kunnen opduiken, zijn we in het verkeer automatisch op die situatie gespitst. Verwachte prikkels komen – ten koste van andere gebeurtenissen – met voorrang in het bewustzijn, dat ze vervolgens effectiever verwerkt en sneller interpreteert.
Elk signaal van de zintuigen zet het brein ertoe aan het geheugen te doorzoeken naar informatie die bij de actuele gebeurtenis past. Daarbij komen alle herinneringen aan vroegere ervaringen en gebeurtenissen naar boven. Als een nieuwe situatie bijvoorbeeld doet denken aan iets interessants of iets prettigs, activeert het brein alle neuronale netwerken die daarmee op de een of andere manier in verband staan. Daar wordt de nieuwe ervaring in geïntegreerd – en voilà: we hebben weer iets geleerd.
Ook bij het leren van externe prikkels houdt de hersenschors zich vooral met zichzelf bezig. De meeste zenuwcellen krijgen hun signalen van andere neuronen in de hersenschors en sturen die signalen ook alleen maar door naar andere hersencellen. De reden daarvoor is dat deze zenuwcellen voortdurend de actuele input van de zintuigen vergelijken met de reeds aanwezige geheugeninhouden.
Hoe meer passende data al voorhanden zijn, des te gemakkelijker wordt nieuwe informatie opgeslagen. Leren is dus een proces dat zichzelf versterkt: hoe meer een leerling al van Engels of wiskunde weet, hoe sneller hij in dat vak verdere vorderingen maakt.
De dwingende norm
Maar hoe ziet de alledaagse praktijk in het onderwijs eruit? Daar probeert men meestal maar nauwelijks op reeds bestaande vaardigheden voort te bouwen. Integendeel: het draait er vaak om de hiaten op te vullen die er bestaan tussen wat de leerlingen daadwerkelijk weten en de norm die voor een bepaald schooljaar is vastgesteld, onder het motto ‘als hij nu de integraalrekening niet beheerst, haalt hij de norm niet’. Dus in plaats van de vaardigheden van de leerlingen te benutten en verder te ontwikkelen, kwelt men de kinderen vooral met hun zwakke punten.
Maar het kan nog erger: veel leraren presenteren de leerstof telkens weer op dezelfde manier. De leerlingen kunnen zich dan vaak alleen maar redden door de stof uit het hoofd te leren, zonder die te begrijpen. Uit neurobiologisch oogpunt is dat tamelijk onzinnig! Als een leerling iets niet goed begrepen heeft, worden door dat uit het hoofd leren de onjuiste verbindingen tussen de hersencellen steeds opnieuw geactiveerd. De denkfout raakt zo steeds dieper in het brein ingebrand. Hier helpt maar één ding: de stof op een compleet andere manier uitleggen. Iets nieuws leren is veel gemakkelijker dan een vastgeroest netwerk tot verandering te dwingen.
Zo frustrerend als het is om telkens weer op hetzelfde probleem vast te lopen, zo bevredigend is het voor een leerling te ervaren dat hij iets nieuws heeft geleerd. Daar zorgt het brein zelf voor. In het Centrum voor Leer- en Geheugenonderzoek in Maagdenburg hebben de neurobiologen Henning Scheich en Holger Stark de hersenvloeistof in de hersenschors van renmuizen (ook wel woestijnratten of gerbils genoemd) onderzocht. Als de knaagdieren een bepaalde taak met succes verricht hadden, bleek de concentratie van de neurotransmitter dopamine toe te nemen. Dopamine brengt een geluksgevoel teweeg, dus de dieren beloonden als het ware zichzelf.
Ook bij de mens zorgt dopamine – samen met een andere neurotransmitter in het zenuwstelsel, acetylcholine – ervoor dat een bepaalde activiteit naar meer gaat smaken. Als wij erin slagen nieuwe informatie een plaats te geven in een reeds bestaande samenhang – met andere woorden: als we iets nieuws leren – versterken deze beide stoffen niet alleen ons concentratievermogen, maar geven ons ook een gevoel van voldoening. Misschien komt het daardoor dat er in zo’n geval een begrijpend lachje over ons gezicht glijdt.
“Alles wat bij het leren plezier verschaft, ondersteunt het geheugen”, wist Jan Amos Comenius, de grondlegger van de didactiek, reeds in de zeventiende eeuw – waarschijnlijk in eerste instantie uit eigen ervaring. Tegenwoordig is wetenschappelijk bewezen dat emoties een beslissende rol spelen bij de geheugenvorming. Daarvoor is het zogeheten limbische systeem verantwoordelijk. Dit hersengebied maakt het hele scala aan gemoedstoestanden mogelijk, variërend van woede, droefheid, angst en onbehagen tot geluk en wellust. Elk signaal dat van de zintuigen naar de hersenschors gaat, gaat tegelijkertijd ook even langs het limbische systeem.
Het limbische systeem evalueert alle input dus direct, nog voor het bewustzijn invloed kan uitoefenen. Daardoor kunnen we bijvoorbeeld bliksemsnel en instinctief op gevaarlijke situaties reageren. Dit emotiesysteem bepaalt echter ook welke prikkels belangrijk en waardevol zijn. Als het signaal de hersenschors bereikt, wordt de situatie vergeleken met vroegere ervaringen en overwegingen en komt dan in het bewustzijn terecht. Gevoelens kunnen het leren bevorderen doordat ze de activiteit van neuronale netwerken intensiveren en daardoor de synaptische verbindingen versterken.
Emoties als geheugensteuntjes
Informatie waar het limbische systeem een emotioneel stempel op gedrukt heeft, graaft zich heel diep in het geheugen in, en voor heel lange tijd. Terwijl neutrale kennis vaak vluchtig is, blijven gevoelens lang bewaard. Het brein maakt daar gebruik van door verschillende geheugeninhouden met dezelfde ‘gevoelskleur’ met elkaar te verbinden. Deze gevoelskleur wordt later bij het leren weer actief en maakt het gemakkelijker elementen van een nieuwe situatie in het bestaande newerk te integreren.
Emotioneel gekleurde informatie vindt niet alleen gemakkelijker zijn weg naar het langetermijngeheugen, maar is ook gemakkelijker weer op te roepen. Zelfs als we het Engels dat we op school geleerd hebben allang vergeten lijken, is soms het horen van de melodie van onze favoriete U2-hit voldoende om ons ook de tekst weer te herinneren. Hoezeer gevoelens en herinneringen samenhangen, blijkt ook uit het feit dat bepaalde geheugenstoornissen, zoals de ziekte van Alzheimer, altijd gepaard gaan met beschadigingen van het limbische systeem.
De neurobiologie laat dus zien dat we het beste leren als de stof een emotionele component heeft, wat bij bijvoorbeeld wiskundige formules natuurlijk niet altijd eenvoudig te verwezenlijken is. De wiskundeleraar kan dan proberen de saaie formules te verpakken in een spannend verhaal. Belangrijk is ook dat de omgeving waarin het leren plaatsvindt, prettig aandoet. Dat is bevorderlijk voor de nieuwsgierigheid en motivatie van de leerlingen, en dus voor het leren en onderwijzen van vooral gecompliceerde samenhangen.
Dat gevoelens een sterke invloed hebben op de waarneming en de aandacht, heeft waarschijnlijk iedereen wel eens ervaren bij het lezen van een boek. Menige roman laat ons volkomen onverschillig, onze gedachten dwalen af en het lezen is eerder een last dan een genot. Maar als de beschreven handeling een gevoelige snaar raakt, wijden we er onze volle aandacht aan en zinken er helemaal in weg. Het limbische systeem maakt het verhaal dan onvergetelijk.
Precies hetzelfde geldt voor het onderwijs. Zolang een kind alleen maar neutraal observeert, heeft het moeite om iets te onthouden. Pas als er gevoelens in het spel komen, verandert het gebeuren in het klaslokaal in een persoonlijke ervaring, omdat de stof dan betekenis krijgt voor de leerlingen. Het gevolg is dat een leerling sneller iets begrijpt en onthoudt, en daardoor een gevoel van voldoening krijgt dat hem beloont voor de voorafgaande inspanning.
Emotie en motivatie sturen dus het aandachtssysteem, dat erover beslist welke informatie in de neuronale circuits opgeslagen, en dus geleerd, wordt. De aandacht kan zich echter maar moeilijk op twee dingen tegelijk richten. Activiteit in het ene netwerk remt de activiteit in de andere netwerken. Het heeft dus weinig zin tijdens het onderricht voortdurend te switchen tussen twee verschillende leerdomeinen. Kinderen hebben tijd nodig om bewust contact te maken met een bepaald onderdeel van de lesstof. Wanneer hun belangstelling eenmaal is gewekt, moeten ze de gelegenheid hebben om zich geconcentreerd in het onderwerp in kwestie te verdiepen en er vervolgens weer geleidelijk afscheid van te nemen. Neurobiologisch gezien betekent dat: eerst het betreffende netwerk opwarmen, het vervolgens een tijdje actief houden en het ten slotte in alle rust nog even laten herkauwen.
Het brein mag dan in sommige opzichten elke supercomputer overtreffen – ook zijn prestatievermogen heeft grenzen. De bottleneck zit hem vermoedelijk in de overgang van het kortetermijn- naar het langetermijngeheugen. Elke zintuiglijke indruk die naar het oordeel van het aandachtssysteem relevant is, komt eerst in het kortetermijngeheugen terecht. Of die indruk ook voor langere tijd wordt opgeslagen, hangt af van de vraag hoe sterk de indruk was en of het brein zich er verder nog mee bezighoudt. Een langdurige opslag vereist chemische en elektrische veranderingen die de aanvankelijk nog vrij los met elkaar verknoopte synaptische verbindingen versterken. Uit de met elkaar verbonden zenuwbanen ontstaat geleidelijk een patroon van solide verbindingen, de zogenaamde engrammen. Die vormen het langetermijngeheugen.
Maar dit proces wordt gestoord door alle informatie die tegelijkertijd de grijze cellen binnendringt. Het is dan ook geen wonder dat de mens het effectiefste leert als hij zich volledig op een onderwerp kan concentreren. Neurobiologisch gezien is het gehate huiswerk dan ook wel degelijk zinvol, want het – liefst ongestoord – herhalen van de lesstof bevordert de vorming van engrammen.
Bijna nog belangrijker is de factor tijd. Het duurt vele uren voor de verbindingen die bij het leerproces betrokken zijn, daadwerkelijk gestabiliseerd of afgezwakt zijn. Hoelang deze consolideringsfase exact duurt, kunnen de hersenonderzoekers nog niet met zekerheid zeggen. Maar ze gaan ervan uit dat het weinig zin heeft weer iets nieuws in het hoofd te stampen terwijl de hersenen nog op volle kracht bezig zijn het zojuist geleerde te consolideren. Want dan gaan de data elkaar overlappen, en dat verstoort de neuronale fixering. Het is dan ook veel beter met tussenpozen te leren, en daar zou in de didactiek meer rekening mee gehouden moeten worden. Tijdens een korte pauze of een ontspannend spelletje kan het kinderbrein de zojuist opgenomen stof ongestoord verwerken en in het geheugen opslaan.
Veelsporig leren
Een andere tip van de hersenonderzoekers aan het adres van de pedagogen luidt: hoe gelaagder de informatie wordt aangeboden, des te beter blijft ze in het langetermijngeheugen hangen. Leren gaat gemakkelijker naarmate er meer zintuigen bij betrokken zijn. Aangezien alle neuronen in gelijke mate via elektrische impulsen met elkaar communiceren, maakt het niet uit of ze nu door zien, voelen, horen, bewegen of louter nadenken geactiveerd worden.
Hoe doelmatig het leren via meerdere sporen is, blijkt wel uit ons kleuterschoolproject ‘Ontdekkingen in getallenland’. Hierbij ervaren de kinderen elke week een uur lang de abstracte symbolenwereld van de wiskunde als een kleurig land dat uitnodigt tot ontdekkingsreizen. Zo richten de kinderen voor elk getal van één tot tien een huis in, compleet met huisnummer, schilderijen, ballen en blokjes – allemaal in het passende aantal. Een van de getallen wordt tot ‘getal van de dag’ uitgeroepen, waarover dan fantasieverhalen worden verteld die zich in het land van dat getal afspelen, waar bijvoorbeeld van alle dingen maar één exemplaar bestaat en alle mensen maar één oog en één been hebben. Op de ‘getallenweg’ kunnen de kinderen de getallen stap voor stap leren kennen. Bij elk afzonderlijk getal lossen zij raadseltjes op, zeggen aftelversjes op, zingen liedjes en dansen. Na tien sessies hebben de meeste kleintjes spelenderwijs al diverse aspecten van de getallenwereld geleerd, terwijl het lesprogramma van de basisschool daar een groot deel van het eerste leerjaar voor uittrekt.
De hersenonderzoekers verklaren dit succes uit het feit dat het geheugen van de mens associatief te werk gaat. Een deelaspect van een opgeslagen feit of situatie is bij het herinneren al voldoende om de complete informatie weer naar het bewustzijn te halen. Om het beeldend uit te drukken: door aan één punt van het betreffende neuronale netwerk te trekken, brengen we het hele net tevoorschijn. Als de lesstof in zoveel mogelijk verschillende verbanden aan het brein gepresenteerd wordt, neemt ook het aantal punten toe waaraan we kunnen trekken als we bepaalde informatie uit het geheugen willen oproepen. Dus op hoe meer manieren de informatie de leerling wordt aangeboden, des te beter.
Aan de andere kant hameren de hersenwetenschappers ook op het belang van constante condities en gelijkblijvende uiterlijke vormen. Het brein heeft een zekere logische ordening nodig om geheugeninhouden te kunnen opslaan en weer op te roepen. Didactische concepten die hier geen rekening mee houden, maken het leren moeilijker dan nodig is.
Uit de manier waarop het brein werkt, volgt ook wat wel het belangrijkste principe van de neurodidactiek is: de kinderen moeten leren in overeenstemming met hun individuele aanleg en talenten. Deze zogenaamde competentiepedagogiek houdt in dat niet het lesprogramma bepaalt wat er geleerd moet worden, maar de persoonlijke vaardigheden van de kinderen. Niet alleen pedagogen, maar ook veel neurobiologen zijn er lange tijd van uitgegaan dat alle mensen in principe met hetzelfde leervermogen ter wereld komen (uiteraard met graduele verschillen). Maar inmiddels is bekend dat de cognitieve randvoorwaarden slechts als potentieel vastgelegd zijn. Ze komen pas tot ontplooiing door de interactie met de omgeving, dus door het leren.
Elk kind beschikt over zijn eigen pakket ontwikkelingsmogelijkheden, heeft zijn eigen bijzondere talenten, maar ook zijn individuele zwakheden. Het informatie zoekende systeem dat wij het brein noemen, weet kennelijk waar de sterke punten van zijn bezitter liggen, en probeert die te ontsluiten en verder te ontwikkelen door gerichte vragen te stellen. De soms onuitputtelijk lijkende weetgierigheid van het kind is dus beslist niet willekeurig en doelloos, maar wordt gestuurd door de persoonlijke aanleg. Een kind is het meest geïnteresseerd in dat wat het al het beste kan, en daar zal het dan ook telkens weer nadrukkelijk naar vragen.
Daarom bestaat de belangrijkste taak van leraren en ouders erin te ontdekken waar kinderen erg goed in zijn, wat hun nieuwsgierigheid opwekt en waar ze plezier aan beleven. Onderwijs dat uit neurodidactisch oogpunt ideaal is, past de lesstof aan bij de competenties van het individuele kind. Alleen pedagogen die de vaardigheden van hun pupillen kennen, kunnen het lerende brein het voedsel geven waar het om vraagt.
De katrol gaat voor
Dat betekent natuurlijk niet dat kinderen alleen nog onderricht moeten krijgen in die paar dingen waar ze bijzonder in geïnteresseerd zijn en dat de rest erbij in moet schieten. De competentiepedagogiek wil niet de algemene vorming afschaffen, maar de leergierigheid van kinderen op gebieden die hun speciale interesse hebben, bevorderen. Uiteraard moet elk kind aan het eind van de basisschool kunnen lezen en schrijven, en wie de middelbare school heeft doorlopen moet van Napoleon gehoord hebben.
Maar de vraag is wel of bepaalde onderdelen van de lesstof per se op een vastgesteld tijdstip geleerd moeten zijn, enkel en alleen om de norm van het lesprogramma te halen. Leraren zouden niet voortdurend het brein prioriteiten moeten opdringen onder het motto: ‘Het kan wel wezen dat je op dit moment wilt weten hoe een katrol werkt, maar het lesprogramma zegt dat je nu expressionistische gedichten moet interpreteren’. Als dat gebeurt, kwijnen de aangeboren talenten en interessen weg. En de andere vakgebieden hebben er ook niet veel voordeel van: afgezien van een gebrek aan talent, staat nu ook nog eens een geringe motivatie succes in de weg.
Leren is ook eigen wegen inslaan, zelf dingen uitzoeken en uitproberen. Dat is alleen mogelijk als het lesprogramma geen benauwend corset is en de leraren hun leerlingen individueel kunnen stimuleren en beoordelen. De school moet zorgen dat de leerlingen plezier krijgen in leren. En dat plezier doet zich meestal voor wanneer een kind het gevoel krijgt iets te kunnen en, althans op sommige terreinen, een bijzondere competentie te hebben.
Wie vertrouwen heeft in zijn eigen vaardigheden, kan ook beter omgaan met eventuele zwakke punten op andere terreinen. ‘Met hoofd, hart en hand’ – zo gaat volgens de Zwitserse pedagoog Johann Heinrich Pestalozzi (1746-1827) het ideale leren in z’n werk. De onderzoeksresultaten van de moderne neurowetenschap geven deze pedagogische vernieuwer gelijk. Tegenwoordig weten we dat het brein de drie aspecten denken, voelen en handelen tot een eenheid samenvoegt. Het gaat er nu om de kinderen op school de benodigde kennis bij te brengen op een manier die aansluit bij de manier waarop de hersenen werken. Maar dat lukt alleen als leraren en opvoeders begrijpen hoe leerprocessen neurobiologisch plaatsvinden. Daarom moeten de hersenwetenschappen en de opvoedingswetenschappen nauwer samenwerken. Wij hopen met de neurodidactiek een eerste stap op die weg gezet te hebben.
Nieuwsgierigheid, interesse, plezier en motivatie zijn de noodzakelijke voorwaarden om überhaupt iets te kunnen leren. Ons onderwijssysteem moet zorgen dat aan deze voorwaarden wordt voldaan – en niet pas op de basisschool, maar al eerder. De blik die wij in de hersenen hebben geworpen, laat het zien: de mens houdt van leren, vanaf zijn eerste tot zijn laatste ademtocht. Neurodidactiek betekent dus niet alleen lesmethoden ontwikkelen die rekening houden met de neurobiologie van het kinderbrein, maar ook geloven dat de bereidheid te leren een fundamentele eigenschap van de mens is. ‘Disco, ergo sum’ – ik leer, dus ik ben. Onder dat motto moet het lukken de onderwijscatastrofe te overwinnen.
