Когнитивная нагрузка и предварительные знания / Skillbox Media

Содержание:

• Почему раньше считалось, что опыт и знания снижают когнитивную нагрузку
• Как проводили эксперименты
• Какие выводы сделали исследователи

Почему раньше считалось, что опыт и знания снижают когнитивную нагрузку

В своей работе исследователи основываются на теории когнитивной нагрузки, разработанной Джонатаном Свеллером. Эта теория утверждает, что при разработке учебных заданий необходимо учитывать оптимальный уровень когнитивной нагрузки. Это означает, что важно балансировать умственные усилия, которые требуется затратить учащемуся на обработку информации. Поддержание адекватного уровня когнитивной нагрузки способствует лучшему усвоению знаний и повышению эффективности обучения.

Один из ключевых постулатов теории заключается в том, что одинаковая информация или задание требуют различного уровня когнитивной нагрузки у новичков и у тех, кто уже обладает предварительными знаниями. У людей с опытом когнитивная нагрузка ниже, так как они знакомы с терминологией, основными концепциями и алгоритмами, а также понимают взаимосвязи между ними. В отличие от них, новички сталкиваются с необходимостью упрощения подачи информации, поскольку чрезмерная сложность может привести к перегрузке и затруднить процесс усвоения знаний. Поэтому важно адаптировать образовательные материалы, учитывая уровень подготовки обучающихся, чтобы обеспечить эффективное обучение и повысить уровень понимания.

Учебный материал состоит из различных элементов, необходимых для глубокого понимания темы. Каждый элемент представляет собой информацию, которая обрабатывается в оперативной памяти как единое целое. В рамках одной темы может быть множество таких элементов, которые взаимосвязаны и обрабатываются параллельно. К ним относятся понятия, концепции, формулы, схемы и примеры. Эффективное освоение материала требует внимательного изучения всех этих компонентов, так как они формируют целостное представление о предмете.

С увеличением количества элементов и связей, которые необходимо обработать в рабочей памяти, задача становится более сложной, что приводит к увеличению уровня когнитивной нагрузки у учащегося. Это делает процесс обучения более трудоемким и может негативно сказаться на усвоении материала. Оптимизация структуры информации и использование эффективных методов обучения могут помочь снизить когнитивную нагрузку, способствуя лучшему пониманию и запоминанию.

Люди с предварительными знаниями в определенной области легче справляются с заданиями, поскольку у них уже есть связанные элементы информации. Это позволяет избежать значительных умственных усилий на создание новых связей. В результате когнитивная нагрузка таких людей ниже по сравнению с новичками, выполняющими ту же задачу. Углубленные знания способствуют более эффективному и быстрому решению задач, что делает процесс обучения и работы более продуктивным.

Исследования в области когнитивной нагрузки показывают, что люди с уже имеющимися знаниями по определенной теме справляются с задачами и проблемами более эффективно. Наличие предварительного опыта и осведомленности позволяет им быстрее анализировать информацию и принимать решения, что значительно снижает уровень когнитивной нагрузки. Это подчеркивает важность предварительного обучения и накопления знаний для повышения продуктивности в различных сферах.

Авторы немецко-австралийского исследования предположили, что в сложных темах и задачах экспертам может быть труднее, чем новичкам. Новички, опираясь исключительно на предоставленные данные, не отвлекаются на дополнительные детали. В то же время эксперты, помимо исходной информации, используют свои предыдущие знания, что может привести к излишнему усложнению анализа. В результате эксперты испытывают более высокую когнитивную нагрузку по сравнению с новичками. Это наблюдение подчеркивает важность подхода к обучению и обработке информации в зависимости от уровня подготовки.

Авторы исследования протестировали свою гипотезу в двух экспериментах, включающих как взрослых, так и детей.

Переделайте текст, сохраняя основную тему, и оптимизируйте его для SEO. Избегайте добавления лишней информации, смайлов и специальных символов. Не используйте нумерацию или маркированные списки.

Читайте также:

Управление когнитивной нагрузкой в обучении является важным аспектом эффективного образовательного процесса. Когнитивная нагрузка относится к объему информации, который учащийся способен обрабатывать одновременно. Чтобы повысить эффективность обучения, необходимо оптимизировать этот процесс.

Первым шагом в управлении когнитивной нагрузкой является осознание различных типов нагрузки:Intrinsic (внутренняя), Extraneous (внешняя) и Germane (полезная). Внутренняя нагрузка зависит от сложности материала и уровня подготовки учеников, внешняя — от методов преподавания и дизайна учебных материалов, а полезная нагрузка связана с усвоением и применением новой информации.

Для снижения внешней нагрузки важно использовать четкие и структурированные материалы. Это могут быть понятные визуальные элементы, такие как схемы и таблицы, которые помогают учащимся лучше усваивать информацию. Также следует избегать перегруженности текстов и сложных формулировок.

Кроме того, необходимо учитывать возможности учеников и адаптировать темп обучения к их потребностям. Регулярные проверки знаний и обратная связь помогут выявить области, требующие дополнительного внимания, и скорректировать подход к обучению.

Использование активных методов обучения, таких как групповые обсуждения и практические задания, способствует формированию полезной когнитивной нагрузки, так как вовлекает учащихся в процесс и способствует глубокому пониманию материала.

В заключение, управление когнитивной нагрузкой в обучении требует внимательного подхода к структуре материалов, учёту индивидуальных характеристик учеников и внедрению активных методов обучения. Это не только облегчает процесс усвоения знаний, но и способствует формированию устойчивых навыков и компетенций.

Как проводили эксперименты

В первом эксперименте исследовалось влияние изменения климата на лесные массивы. Для этого были собраны две группы участников: первая группа состояла из 55 человек, имеющих хорошие знания в области лесничества, а вторая группа включала 62 человека, не обладающих специализированными знаниями. Это позволило провести сравнительный анализ восприятия проблемы изменения климата и его последствий для лесных экосистем среди различных уровней подготовки.

Эксперимент проводился в онлайн-формате. Участникам было предложено ознакомиться с газетной статьей о Чёрном лесу, расположенном в юго-западной части Германии, и его приспособлении к климатическим изменениям. После прочтения они должны были написать ответ на вопрос о необходимости увеличения посадок дугласовых пихт, дубов и буков в этом лесу в будущем.

Исследования показывают, что участники, не обладающие изначальными знаниями по теме, склонны ориентироваться только на текст, чтобы найти ответ. В отличие от них, эксперты учитывают и дополнительные факторы, не упомянутые в статье, такие как характеристики различных видов деревьев, их стоимость и восприимчивость к паразитам. Это приводит к увеличению их когнитивной нагрузки, так как они активируют дополнительные связи между элементами информации, что позволяет им глубже понять и анализировать материал.

Все ответы были обработаны экспертом в области лесного хозяйства и экологической биологии. Исследователи систематизировали информацию, маркируя ответы с помощью ключевых слов и фраз. Затем они провели анализ, подсчитав частоту встречаемости этих ключевых элементов в ответах. Это позволило глубже понять основные тенденции и акценты в полученных данных, что важно для дальнейших исследований в сфере экологии и охраны лесов.

Уровень знаний участников оценивался двумя способами. Сначала задавались вопросы-утверждения по теме, затем участникам предлагалось указать, насколько хорошо они знакомы с информацией из статьи в процентном соотношении. Для измерения внутренней когнитивной нагрузки использовался опросник, состоящий из трех утверждений: «Этот вопрос комплексный», «Этот вопрос содержит множество аспектов, о которых мне нужно помнить одновременно» и «Этот вопрос требует серьёзных размышлений, чтобы на него ответить». Участникам предлагалось оценить каждое утверждение по шкале от 1 до 7. Оценка проводилась дважды: первый раз после прочтения статьи, на это отводилось шесть минут, и второй раз после выполнения письменного задания, для которого выделялось десять минут.

Исследования представляют результаты первого эксперимента. Эти данные служат основой для дальнейшего анализа и понимания изучаемых процессов. Результаты эксперимента могут быть полезны для научных исследований и практического применения в соответствующих областях.

• У знатоков уровень внутренней когнитивной нагрузки действительно получился значительно выше, чем у новичков, — как после прочтения статьи, так и после выполнения задания. То есть уже во время чтения статьи знатоки напрягали мышление сильнее, чем новички в теме, — видимо, как раз из-за того, что соотносили информацию из текста с собственными знаниями, тогда как новичкам её соотносить было не с чем.
• Уровень внутренней нагрузки у новичков существенно вырос после выполнения второго задания. У знатоков он после второго задания тоже получился выше, чем после прочтения статьи, но не с таким большим отрывом. Авторы исследования предположили, что новички во время чтения просто недооценили всю сложность проблемы, а осознали её только на стадии выполнения письменного задания, тогда как знатоки изначально рассматривали задание как сложное.
• Самое интересное, знатоки не предложили более развёрнутых и обоснованных ответов. Исследователи посчитали, что у этого могут быть два объяснения. Во-первых, у них, как и у новичков, было мало времени на ответ, и им не предлагали дать подробные объяснения с опорой на их знания. Во-вторых, во время выполнения задания их ещё и поторапливали. Хотя, конечно, нельзя исключать и того, что те ответы, которые они дали, — предел их возможностей.

Во втором эксперименте участвовали десятилетние школьники из Австралии. Учитель продемонстрировал детям два видео, каждое из которых длилось чуть больше минуты, на темы экспоненциального роста и частичных вычислений. После просмотра видео ученикам предстояло решить три задачи с кратким числовым ответом по каждой теме. Задачи были разработаны так, чтобы они не вызывали у детей серьезных затруднений, но и не были слишком простыми. Уровень когнитивной нагрузки у участников исследователи оценивали аналогично первому эксперименту, адаптировав формулировки анкеты для детской аудитории.

В одном классе ученики сначала просмотрели видео, а затем решали задачи. В другом классе порядок действий был изменен: сначала дети решали задачи, а потом смотрели видео с объяснением. Исследователи предположили, что у учеников, которые сначала посмотрели объяснение, будет более высокий уровень внутренней когнитивной нагрузки по сравнению с теми, кто начал с решения задач. Однако эти ученики также покажут лучшие результаты в решении задач. Это связано с тем, что у первой группы уже есть основа для формирования связей между элементами задач и их знаниями, в то время как у второй группы такой базы нет. Такой подход к обучению может значительно повысить эффективность усвоения материала и улучшить результаты учащихся.

В обоих исследованиях была подтверждена гипотеза о том, что наличие базовых знаний по теме не снижает, а может, наоборот, увеличивать когнитивную нагрузку при выполнении простых задач. Авторы отметили, что это не противоречит общей теории когнитивной нагрузки, однако описанный ими механизм требует дальнейшего изучения. Это также подчеркивает, что теория когнитивной нагрузки оперирует сложными понятиями, которые не могут считаться полностью изученными на данный момент. Поэтому важно следить за новыми исследованиями в данной области, чтобы получить более глубокое понимание этих процессов.

Какие выводы сделали исследователи

Авторы статьи подчеркивают три ключевых вывода, основанных на результатах проведенных экспериментов.

• Оценить субъективно уровень внутренней когнитивной нагрузки может быть сложнее, чем кажется.

Новички часто недооценивают реальную сложность заданий, которые на первый взгляд кажутся простыми. В то же время, опытные специалисты, обладая определёнными знаниями, могут более точно оценить трудности, связанные с выполнением этих заданий. При создании учебных заданий методистам и преподавателям важно учитывать такие аспекты субъективной оценки, чтобы обеспечить соответствие между уровнем сложности и реальными навыками учащихся. Это позволит создать более эффективные образовательные материалы и улучшить процесс обучения.

• Желательно демонстрировать учащимся реальную сложность заданий.

В первом эксперименте исследователи обнаружили, что после выполнения финального задания уровень когнитивной нагрузки у новичков был повышен. Это, вероятно, связано с тем, что они первоначально недооценили сложность задания. Авторы эксперимента сделали вывод, что это обманчивое ощущение простоты можно компенсировать, регулярно предоставляя новичкам небольшие задачи для решения. К примеру, можно использовать частично проработанные примеры или задания на «продуктивные неудачи». Такой подход позволит новичкам более адекватно оценивать сложность задач и уделять им необходимое внимание, что, в свою очередь, способствует улучшению их навыков и повышению эффективности обучения.

• Тем, у кого есть знания по теме, тоже нужно помочь оптимизировать когнитивную нагрузку.

Методисты и разработчики учебных материалов зачастую сосредотачиваются на поддержке новичков, поскольку у них наблюдается высокая когнитивная нагрузка. Существует мнение, что более опытным пользователям такая помощь не требуется, и им можно сразу предложить сложные тексты и множество задач. Однако исследования показывают, что у людей с высокой предварительной подготовкой также возникает значительная когнитивная нагрузка, вызванная их знаниями. Это подчеркивает важность адаптации учебных материалов для всех уровней обучающихся, чтобы обеспечить эффективное усвоение информации и минимизировать перегрузку.

При разработке учебных материалов важно учитывать, что у каждого ученика могут быть различные предварительные знания и индивидуальные уровни подготовки. Исследования показывают, что целесообразно предупреждать учащихся о возможной повышенной нагрузке в процессе обучения. Также стоит обучить их методам самостоятельной оптимизации нагрузки, таким как деление информации на небольшие блоки и постепенное освоение материала. Это поможет повысить эффективность обучения и снизит уровень стресса, связанного с усвоением новой информации.

Британский эксперт и педагог Эндрю Уотсон прокомментировал результаты исследования, предложив следующую схему подхода к обучению. Сначала необходимо определить уровень знаний учащихся, а затем убедиться, что эти знания достаточны для выполнения поставленных задач. Однако ключевым моментом является своевременная пауза для анализа: могут ли имеющиеся знания затруднить выполнение задания. Возможно, у студентов возникнут проблемы, о которых разработчики задания даже не догадывались.