Every cloud has a silver lining: Positive effects of Covid-19?

I read an article today in my local paper Dagblad De Limburger about a school district that: “… in the morning when the cleaning service is present and in the evening when they are back at work, all windows are open against each other. There can also be ventilated in between…at the request of teachers, CO2 meters were also purchased to measure the amount of carbon dioxide in the classrooms …” Dit zette mij aan het denken omdat ik herinnerde een aantal artikelen over CO2 en leren.

Normal outside air contains carbon dioxide (CO2) at a level around 400 ppm (parts per million) and an accepted standard in a classroom is 1000 ppm which is not hard to maintain if it’s empty. But if the classroom is full of children, the level rises dramatically because we breathe carbon dioxide out with every breath. A classroom study in California (2013) found CO2 levels can reach 2200 ppm, more than 2X the recommended level, and 3X the level normally in an office setting. A study in Texas (2002) found CO2 levels over 3000 ppm in 21% of the classrooms tested; levels not conducive to efficient learning!

If the windows in a class room are closed all day or if there is poor ventilation in the room, the level of CO2 in the room is increased. That research was about CO2 concentrations and the adverse effect on lessons later in the day. In lessons at the start of the day, and therefore where the classroom could air all night, the learning and learning results were better than in lessons later in the day. Those results were attributed to the increase in CO2 during the day. In search of that article (which I didn’t find) I came across the following research results from Pawel Wargocki, José Alí Porras-Salazar, Sergio Contrertas-Espinoza, and William P. Bahnfleth (2020):

…reducing CO2 concentration from 2,100 ppm to 900 ppm would improve the performance of psychological tests and school tasks by 12% with respect to the speed at which the tasks are performed and by 2% with respect to errors made. For other learning outcomes and short-term sick leave, only the relationships published in the original studies were available. They were therefore used to make predictions. These relationships show that reducing the CO2 concentration from 2,300 ppm to 900 ppm would improve performance on the tests used to assess progress in learning by 5% and that reducing CO2 from 4,100 ppm to 1,000 ppm would increase daily attendance by 2.5%. These results suggest that increasing the ventilation rate in classrooms in the range from 2 L/s-person to 10 L/s-person can bring significant benefits in terms of learning performance and pupil attendance; no data are available for higher rates. The results provide a strong incentive for improving classroom air quality and can be used in cost-benefit analyses.

Petersen, Jensen, Pedersen, en Rasmussen (2016) found that:

Analysis of the total sample suggested the number of correct answers was improved significantly in four of four performance test, addition (6.3%), number comparison (4.8%), grammatical reasoning (3.2%), and reading and comprehension (7.4%), when the outdoor air supply rate was increased from an average of 1.7 (1.4-2.0) to 6.6 l/s per person. The increased outdoor air supply rate did not have any significant effect on the number of errors in any of the performance tests. Results from questionnaires regarding pupil perception of the indoor environment, reported Sick Building Syndrome symptoms, and motivation suggested that the study classroom air was perceived more still and pupil were experiencing less pain in the eyes in the recirculation condition compared to the fresh air condition.

Finally, though I could go on for pages, research at Harvard University by Allen and colleagues (2016) found “statistically significant declines” in cognitive function scores when CO2 concentrations were increased to 950 ppm, which is “common in indoor spaces “. The study found even larger declines when CO2 was raised to 1,400 ppm.

In other words, every cloud – no matter how dark – can also have a silver lining.

References

Allen, J. G., MacNaughton, P., Satish, U., Santanam, S., Vallarino, J. & Spengler, J. D. (2016). Associations of cognitive function scores with carbon dioxide, ventilation, and volatile organic compound exposures in office workers: A controlled exposure study of green and conventional office environments. Environmental Health Perspectives 124, 6. https://doi.org/10.1289/ehp.1510037

Corsi, R. L., Torres, V. M., Sanders, M., & Kinney, K. A. (20020). Carbon dioxide levels and dynamics in elementary schools: Results of the TESIAS study. In Indoor Air 2002, the 9th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, (pp. 74-79). Monterey, Calif. Espoo, Finland: ISIAQ.

Mendell, M. J., & Heath, G. A. (2005). Do indoor pollutants and thermal conditions in schools influence student performance? A critical review of the literature. Indoor Air Journal; 15, 27–32.

Petersen, S., Jensen, K. L., Pedersen, A. L., & Rasmussen, H. S. (2016). The effect of increased classroom ventilation rate indicated by reduced CO2 concentration on the performance of schoolwork by children. Indoor air, 26, 366–379. https://doi.org/10.1111/ina.12210

Wargocki, P.; Porras-Salazar, J.A.; Contreras-Espinoza, S., & Bahnfleth, W. (2020). The relationships between classroom air quality and children’s performance in school. Building Environment, 173, 106749.

Advertentie

Elk nadeel heb z’n voordeel: Positieve effecten van Covid-19?

Ik las vanochtend in Dagblad De Limburger het volgende over SVOPL-scholen in Parkstad, Limburg: “…’s morgens als de schoonmaakdienst aanwezig is en ’s avonds als ze opnieuw aan het werk zijn, dan staan alle ramen tegen elkaar open. Ook tussendoor kan er nog gespuid worden. Op verzoek van docenten zijn bovendien CO2-meters aangeschaft om de hoeveelheid kooldioxide in de klaslokalen te meten…” Dit zette mij aan het denken omdat ik herinnerde een aantal artikelen over CO2 en leren.

Normale buitenlucht bevat kooldioxide (Carbon Dioxide; CO2) op een niveau van rond de 400 ppm (parts per million; deeltjes per miljoen of ppm). Het geaccepteerde standaard CO2-niveau in een klaslokaal is 1000 ppm. Dat niveau is gemakkelijk vast te houden als een klaslokaal leeg is. Vul de klas met een studenten en het CO2-niveau stijgt dramatisch. Dat komt omdat koolstofdioxide een deel uitmaakt van elke ademhaling die je uitademt, waardoor de niveaus stijgen naarmate meer mensen samenkomen. Een studie van klaslokalen in het Californische schoolsysteem (2013) vond CO2-gehaltes zo hoog als 2200 ppm, meer dan tweemaal het aanbevolen niveau en bijna driemaal het niveau dat je zou verwachten in een kantooromgeving. Een studie uitgevoerd in Texas (2002) vond een CO2-gehalte van meer dan 3000 ppm in 21% van de geteste klaslokalen! Dat zijn geen niveaus die bevorderlijk zijn voor efficiënt leren!

Als de ramen in een klasselokaal de hele dag dicht zijn of als er slechte ventilatie in het lokaal is wordt het niveau van CO2 in het lokaal verhoogd. In dat onderzoek ging het over CO2 concentraties en het nadelige effect op lessen later op de dag. Bij lessen aan het begin van de dag, en dus waar het lokaal de hele nacht kon luchten, bleken het leren en de leerresultaten beter dan bij lessen later in de dag. Men schreef die resultaten toe aan de toename in CO2 gedurende de dag. Op zoek naar dat artikel kwam ik, o.a. de volgende onderzoeksresultaten van Wargocki, Porras-Salazar, Contreras-Espinoza, en Bahnfleth (2020) tegen. In een voorstudie bepaalden zij dat het verlagen van “de CO2-concentratie van 2.100 ppm naar 900 ppm zou de prestatie van psychologische tests en schooltaken met 12% verbeteren met betrekking tot de snelheid waarmee de taken worden uitgevoerd en met 2% met betrekking tot gemaakte fouten. Deze relaties laten zien dat het verlagen van de CO2-concentratie van 2.300 ppm naar 900 ppm de prestaties van de tests die worden gebruikt om de voortgang van het leren te beoordelen met 5% zou verbeteren en dat het verminderen van CO2 van 4.100 ppm naar 1.000 ppm ziekteverzuim met 2,5% zou verlagen. Deze resultaten suggereren dat het verbeteren van de ventilatie(snelheid) in klaslokalen aanzienlijke voordelen kan opleveren in termen van leerprestaties en aanwezigheid van leerlingenDe resultaten vormen een sterke stimulans om de luchtkwaliteit in klaslokalen te verbeteren en kunnen worden gebruikt in kosten-batenanalyses.”

Petersen, Jensen, Pedersen, en Rasmussen (2016) vonden dat bij voldoende ventilatie “het aantal juiste antwoorden significant was verbeterd in vier van de vier prestatietests, optellen (6,3%), getalsvergelijking (4,8%), grammaticaal redeneren (3,2%) en lezen en begrijpen (7,4%), toen de toevoer van buitenlucht werd verhoogd. Resultaten van vragenlijsten met betrekking tot de perceptie van de leerling van het binnenmilieu, rapporteerden symptomen van het Sick Building Syndrome en motivatie suggereerde dat de lucht in het klaslokaal stiller werd waargenomen en dat de leerling minder pijn in de ogen ervoer in de recirculatieconditie in vergelijking met de frisse lucht.

Tot slot, maar ik zou pagina’s kunnen vullen, onderzoek uitgevoerd door by Harvard University by Allen and colleagues (2016) vonden “statistisch significante dalingen” in cognitieve functiescores wanneer de CO2-concentraties werden verhoogd tot 950 ppm, wat “gebruikelijk is in binnenruimtes”. De studie vond zelfs nog grotere dalingen wanneer CO2 werd verhoogd tot 1.400 ppm.”

Met andere woorden, elk nadeel – hoe groot dan ook – kan ook een voordeel hebben. Hopelijk blijft deze gewoonte kleven als alles ooit weer normaal wordt!

Referenties

Allen, J. G., MacNaughton, P., Satish, U., Santanam, S., Vallarino, J. & Spengler, J. D. (2016). Associations of cognitive function scores with carbon dioxide, ventilation, and volatile organic compound exposures in office workers: A controlled exposure study of green and conventional office environments. Environmental Health Perspectives 124, 6. https://doi.org/10.1289/ehp.1510037

Corsi, R. L., Torres, V. M., Sanders, M., & Kinney, K. A. (20020). Carbon dioxide levels and dynamics in elementary schools: Results of the TESIAS study. In Indoor Air 2002, the 9th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, (pp. 74-79). Monterey, Calif. Espoo, Finland: ISIAQ.

Mendell, M. J., & Heath, G. A. (2005). Do indoor pollutants and thermal conditions in schools influence student performance? A critical review of the literature. Indoor Air Journal; 15, 27–32.

Petersen, S., Jensen, K. L., Pedersen, A. L., & Rasmussen, H. S. (2016). The effect of increased classroom ventilation rate indicated by reduced CO2 concentration on the performance of schoolwork by children. Indoor air, 26, 366–379. https://doi.org/10.1111/ina.12210

Wargocki, P.; Porras-Salazar, J.A.; Contreras-Espinoza, S., & Bahnfleth, W. (2020). The relationships between classroom air quality and children’s performance in school. Building Environment, 173, 106749.

De Kracht van Meta

De laatste weken heb ik een aantal meta-analyses en reviewstudies gelezen over zaken die gewoon, maar vooral nu in deze moeilijke tijden, bijzonder relevant zijn. Hier twee m.i. zeer relevante studies.

De eerste gaat over toetsen om te leren, een literatuurstudie door Sally Binks. Hoe beïnvloedt toetsen het leren? Je kunt toetsing gebruiken voor drie doelen: je kunt peilen wat een leerling geleerd heeft en daar een cijfer aan verbinden. Zoiets kennen wij als summatieve toetsing. Je kan toetsing ook gebruiken om te volgen hoe het leerproces van een leerling vordert en hoe jouw onderwijs daarbij aansluit. Deze heet formatieve toetsing. Tot slot, kan je toetsing ook gebruiken om het leren van de leerling bevorderen. Zoiets heet – zoals Dominique Sluijsmens het noemt – toetsing als kans om te leren; oftewel toetsing als leerstrategie (retrieval practice / oefentoetsing). Bij dit laatste veroorzaak je ‘wenselijke moeilijkheden’ (desirable difficulties, Bjork en Bjork, 2011). Je lijkt het leren moeilijker te maken, maar je laat leerlingen op de lange termijn de kennis juist beter onthouden. Met oefentoetsing vraagt je hen om wat ze hebben geleerd (gelezen, gehoord, gezien) actief uit hun geheugen terug te halen.

Binks concludeert dat oefentoetsing het leren positief beïnvloedt, zowel direct als indirect. Het zorgt dat leerlingen het geleerde beter en langer onthouden dan wanneer ze bijvoorbeeld herhaaldelijk de leerstof bestuderen (ook als ze bij dat laatste meer tijd aan de stof besteden!). Ook leidt oefentoetsing tot betere opslag van nieuwe informatie (encoding) en leerlingen zetten zich meer in: bij regelmatige oefentoetsing gaan ze meer studeren. De feedback die je geeft, helpt leerlingen bovendien betere keuzes te maken in de stof waar ze nog wat meer aandacht aan moeten besteden (metacognitie). Ten slotte lijken leerlingen door oefentoetsing het geleerde beter te kunnen toepassen in andere gebieden (transfer). [Terzijde, oefentoetsing kan ook toetsangst helpen verminderen zoals ik hier eerder besprak.]

De onderzoeker geeft ook een aantal praktische wenken: gebruik wat zij noemt ‘productietoetsen’ en geen herkenningstoetsen. Met andere woorden zorg dat leerling actief een antwoord moeten bedenken of produceren en niet dat zij enkel uit een reeks alternatieven ‘de juiste’ moeten herkennen. Begin niet te moeilijk maar gebruik eerst herinneringsvragen en werk toe naar toepassingsvragen. Toets niet te vaak (tja, wat is te vaak eigenlijk); zorg dat er voldoende tijd tussen de toetsen zijn (denk hier aan gespreid oefenen). Geef volledige feedback, inclusief uitleg waarom een antwoord juist of onjuist is; met andere woorden geef de leerling bruikbare/leerbare informatie. Ik heb eerder hier en hier uitgebreid over de verschillende soorten feedback die men kan gebruiken en hoe zij werken. En niet te vergeten: laat leerlingen de voordelen van proeftoetsen zelf ervaren; vertellen is NIET voldoende.

Feedback geven tijdens het lezen werkt averechts

De tweede studie gaat over feedback geven (en is daarmee verwant aan de eerste). Er is vaak geschreven over hoe belangrijk dit is, maar er zijn verschillende typen en je kunt het op verschillende momenten doen. Wat helpt wel en niet? Elise Swart en haar collega’s van de Universiteit Leiden bestudeerden de effecten van de inhoud en de timing op begrijpend lezen. Ze analyseerden 104 (deel)studies met 6.124 deelnemers en ontdekten: leerlingen begrijpen en onthouden een tekst beter door feedback, zeker als je deze direct na (en niet tijdens) het lezen geeft. Daarnaast werkt het beter als je niet alleen meldt dat het antwoord (on)juist is, maar ook uitlegt waarom en eventueel extra? instructie biedt. Ook hiervoor geldt: doe dit niet terwijl de leerling nog aan het lezen is, maar direct erna.

Juist dit mag raar klinken: we ‘weten’ dat we zo mogelijk al tijdens een taak feedback moeten geven, om fouten in het begrip meteen te herstellen. Maar uit het onderzoek van Swart en collega’s blijkt dat je bij begrijpend lezen beter wat geduld kunt hebben. Dit is te verklaren vanuit de cognitive load theory. Feedback tijdens het lezen dwingt de lezers hun aandacht te verdelen tussen het opbouwen van een coherent mentaal model van de tekst, de verwerking van de taak én de feedback. Met andere woorden, het vereist dat de lezer multitaskt (wat de lezer niet kan!). Als je pas (direct) ná het lezen feedback geeft, geef je leerlingen de kans om hun beperkte werkgeheugencapaciteit volledig in te zetten om een mentaal model van de tekst te creëren.

En passant laat de tweede studie ook nog even zien waar de meta-analyse voor staat: Making Education Terrific Again.

Binks, S. (2018). Testing enhances learning: A review of the literature. Journal of Professional Nursing, 24, 205-210. https://doi.org/10.1016/j.profnurs.2017.08.008

Bjork, E. L., & Bjork, R. A (2011). Making things hard on yourself, but in a good way: Creating desirable difficulties to enhance learning. In M. A. Gernsbacher, R. W. Pew, & J. R. Pomerantz (Eds), Psychology and the Real World: Essays Illustrating Fundamental Contributions to Society (pp.59–68). New York, NY: Worth Publishers.

Swart, E. K., Nielen, T. M. J., & Sikkema-de Jong, M. T. (2019). Supporting learning from text: A meta-analysis on the timing and content of effective feedback. Educational Research Review, 28. https://doi.org/10.1016/j.edurev.2019.100296