Когнитивная нагрузка в обучении: снижаем или повышаем?
Теория когнитивной нагрузки была разработана австралийским нейрофизиологом Джоном Свеллером в 80-х годах прошлого века. Долгое время он работал над тем, чтобы студенты лучше воспринимали и запоминали информацию. Результаты учёного были обобщены в публикации Cognitive Load Theory, Learning Difficulty, and Instructional Design, вышедшей в свет в 1988 году.
Что же такое когнитивная нагрузка? Это общий объем умственных усилий, используемых оперативной памятью. И именно с понятия памяти мы начнём знакомство с данной теорией.
Оперативная и долговременная память
Память бывает оперативной и долговременной. Оперативная память нужна для обработки и временного хранения информации, поступающей извне. Она также задействована в процессе организации и сопоставления данных, поэтому имеет ограниченную пропускную способность. Проще говоря, учащиеся могут эффективно усваивать и запоминать только ограниченное количество информации. Если в обучении мы перегружаем их мозг, то оно не приносит желаемых результатов. Чем больше информации вы даёте, тем меньше она усваивается, запоминается, воспроизводится и применяется. Здесь работает принцип магического числа семь, или «кошелька Миллера». Это закономерность, которую обнаружил американских психолог Джордж Миллер. Она говорит о том, что кратковременная человеческая память способна запомнить и повторить не более 7±2 элементов.
В долговременной памяти хранится уже усвоенная информация, на которую можно опираться в процессе дальнейшего обучения. При отсутствии необходимых знаний в долговременной памяти рабочая память не способна выполнять сложные задачи. То есть процесс обучения должен учитывать наличие или отсутствие знаний в долговременной памяти, чтобы новая сложная информация была усвоена.
По теории когнитивной нагрузки, в долговременной памяти хранятся схемы. Они могут быть простыми или сложными и состоять из разного числа элементов. Но при этом одна схема обрабатывается в рабочей памяти как единое целое, независимо от её размера. Поэтому процесс обучения должен стремиться к созданию всё большего числа всё более сложных схем путём объединения элементов и превращения схем более низкого уровня в схемы более высокого уровня.
Задача педагога в этом процессе — поэтапно давать ученикам новые порции информации, которая постепенно выстраивается в схемы и оседает в долгосрочной памяти.
Пока всё выглядит логично, но при чём тут когнитивная нагрузка? Сейчас доберёмся и до неё.
Типы когнитивной нагрузки
Выделяют два типа когнитивной нагрузки: внутреннюю и внешнюю. Внешняя нагрузка в свою очередь делится на два подтипа: постороннюю и релевантную.
Внутренняя нагрузка — это свойственная материалу объективная сложность, связанная с количеством элементов в нём, которые должны обрабатываться и храниться в рабочей памяти одновременно.
Посторонняя нагрузка по сути является информационным шумом и связана с подачей материала. Чем лучше презентована информация, тем меньше посторонняя нагрузка, и наоборот. Например, если ученикам предлагается длинный сплошной текст, они тратят много усилий на его восприятие — и посторонняя нагрузка возрастает. Если этот же текст структурирован, его гораздо легче понять — и нагрузка снижается.
Релевантная когнитивная нагрузка отражает степень усилий, необходимых для обработки информации и её интеграции в когнитивные схемы. Те ученики, которые изучают предмет глубоко, скорее будут работать с более высокой нагрузкой по сравнению с теми, кто учится поверхностно. Объясним на примере: ученики изучают шиповник. Если школьник слабо разбирается в ботанике, то это растение будет восприниматься им как отдельный вид, без связи с другими. Если же учащийся хорошо ориентируется во всем материале курса, то шиповник встроится в уже имеющиеся у него представления о растениях (отдел цветковые, класс двудольные, порядок розоцветные, семейство розовые). Очевидно, что во втором случае процесс обучения будет более эффективным.
Полная когнитивная нагрузка равна сумме всех вышеперечисленных её видов. И в том случае, если она превышает возможности оперативной памяти, ученик не сможет усвоить материал. Это хорошо описал американский автор Николас Карр: «Когда нагрузка превышает способность нашего разума перерабатывать и сохранять информацию, мы становимся неспособны удержать части данных или создавать связи с другими воспоминаниями. Мы не можем перевести новый материал в концептуальное знание. Страдает способность к обучению, а понимание ослабевает». В самом деле, с увеличением когнитивной нагрузки резко возрастает вероятность ошибок при выполнении задачи и активизируются стереотипные представления.
Казалось бы, в такой ситуации логично стремиться снизить уровень когнитивной нагрузки, однако мы помним, что чем выше релевантная нагрузка, тем более глубокими и связанными оказываются знания учеников, а значит, её следует повышать. Выходом из сложившегося парадокса является соблюдение баланса между достаточной релевантной нагрузкой и не избыточной полной когнитивной нагрузкой.
И поскольку внутренняя нагрузка практически неизменна, педагог в своей деятельности, по сути, должен обеспечить два процесса: уменьшение посторонней нагрузки и увеличение релевантной до максимально возможного предела. Схематично такая концепция изложена ниже.
И какой из этого вывод?
Подытожим всё сказанное выше. Цель обучения состоит в том, чтобы перенести новый материал из оперативной памяти в долговременную и за счёт этого усложнить имеющиеся там схемы. Для повышения эффективности этого процесса педагог должен регулировать когнитивную нагрузку: повышать релевантную и понижать постороннюю. В итоге новая информация встраивается в существующие схемы, и оперативная память освобождается для дальнейшего обучения.
Теория звучит логично, но как её применить на практике? Сейчас покажем!
Рекомендации по соблюдению когнитивного баланса
- Уберите информационный шум.
Внимательно изучите материалы, которые даёте ученикам. Нет ли в них лишних фотографий или текста, неоправданно сложных инструкций, других отвлекающих внимание элементов? Особенно часто этим грешат презентации. Гонясь за эстетическим компонентом, мы неоправданно повышаем постороннюю нагрузку.
2. Пишите лаконично.
Эта рекомендация переплетается с предыдущей и предлагает убрать из учебных текстов сложные речевые конструкции и обилие терминов. Также смело вычёркивайте долгие предварительные объяснения или отступления от основной темы.
3. Объедините информацию из разных источников.
Если часть материала изложена в учебнике, другая — в конспекте, а третья — в методичке, оперативная память ученика будет расходоваться не на тему урока, а на запоминание того, что и где следует прочитать. Поэтому постарайтесь сконцентрировать всю необходимую информацию на одном носителе. А с дополнительными материалами можно познакомиться после того, как будет усвоена база.
4. Создавайте для учеников алгоритмы и визуализируйте информацию.
При этом не забывайте о первых двух пунктах. Весь материал, который даётся на занятии, должен помогать усваивать тему. Структурированные короткие тезисы облегчают восприятие, а сложные схемы с миллионом стрелок, пересекающихся под немыслимыми углами, — усложняют.
5. Интегрируйте каналы восприятия информации.
Одновременное восприятие визуальной и аудиальной информации облегчает её запоминание. Так, рассказывая о чем-либо и используя иллюстрации для примера, вы уменьшаете когнитивную нагрузку на визуальную оперативную память учеников. При этом сочетание визуальной информации и текста работает гораздо хуже, так как внимание делится между двумя одинаковыми способами восприятия информации.
6. Давайте информацию по принципу «от простого к сложному».
Начинать урок необходимо с примеров, где показано полное решение, затем переходить к выполнению заданий, где даётся частичное решение и учащиеся должны закончить задачу самостоятельно, а потом уже давать обычные задачи, без готового решения. Это помогает преподавателю постепенно расширять ответственность и независимость учащихся.
7. Сократите зазор между усвоенными знаниями и новой информацией.
При большом промежутке между усвоенным и новым материалом когнитивная нагрузка увеличивается. Если у учеников нет базовых знаний по предмету, то давать более сложный специфичный материал будет бесполезно. Нужно понять, насколько ученики знают основные понятия и концепции. И если результаты окажутся неудовлетворительными, объяснить сначала их. Особенно это актуально для учителей, которые начинают вести предмет у учеников, ранее обучавшихся с другим педагогом и по другой программе.
8. Ограничивайте объём новой информации.
Избегайте искушения поговорить «обо всем на свете». Представьте ученикам одну концепцию и убедитесь, что все уловили её суть. И только после того, как этот материал перейдёт из их оперативной памяти в долгосрочную, переходите к следующей теме.
9. Стимулируйте более глубокое обдумывание материала.
Предложите им объяснить новую тему своими словами или сделайте паузу после изложения ключевого момента концепции и попросите учеников обратить на него внимание. Задайте наводящие вопросы, чтобы подвести к итоговому выводу. Любые действия, направленные на генерацию собственных мыслей, помогут повысить релевантную нагрузку.
10. Давайте достаточное количество практических заданий.
Для перемещения материала из оперативной памяти в долговременную новые навыки должны стать как можно более автоматизированными. При этом важно избегать решений по шаблону, когда, например, ученик видит знакомые величины и бездумно подставляет их в соответствующую формулу. В успешном обучении ключевым является понимание принципа, и именно он должен лечь в когнитивную схему. Поэтому для каждой темы постарайтесь подобрать разнообразные задания. Особенно хорошо, если они будут связаны с ранее изученным материалом.
11. Создайте возможности для совместного обучения.
Согласно теории когнитивной нагрузки по мере увеличения сложности материала индивидуальное обучение становится менее эффективным по сравнению с совместным. Идея состоит в том, что групповое обучение делит когнитивную нагрузку на нескольких человек.
Разделите учеников на группы по 2–5 человек. Дайте им трудное задание, но разделённое на несколько частей, чтобы каждый ученик занимался чем-то одним. И после того, как каждый выполнит свою задачу, он должен объяснить её решение другим.
12. Обеспечьте учеников помощью.
Когнитивная помощь — это любой инструмент или набор материалов, которые могут разгрузить рабочую память. Это может быть что угодно: от использования бумаги и карандаша до мобильного приложения, которое производит сложные исчисления.
Вместо заключения
В современном мире теория когнитивной нагрузки пользуется популярностью не только в сфере образования. В частности, она активно применяется при создании сайтов и других электронных сервисов, когда, с одной стороны, важно не перегрузить интерфейс лишними элементами, в которых пользователь просто запутается, а с другой — обеспечить всю необходимую функциональность. Используется это и в рекламе, где также большую роль играет соблюдение баланса: дать потенциальному покупателю достаточно информации о товаре, но не отпугнуть его лишними деталями. Одним словом, теоретические выкладки Джона Свеллера были успешно реализованы на практике и специалистами из разных сфер, а потому мы предлагаем и вам попробовать использовать их в своей работе.