Беречь мозги от «хлама»: решать задачи школьникам мешает не столько их сложность, сколько способ подачи информации

Когнитивная нагрузка — материя тонкая: если слишком мала, эффективной учебы и развития не получится. Если слишком велика — учитель встречает «стеклянные глаза»: ученик перестает что-либо понимать. Как найти золотую середину и что она представляет собой с точки зрения исследователей мозга, обсуждали на семинаре «Нейронауки об образовании».

© AI

Коварство «интересных фактов»

Теорию когнитивной нагрузки в нейронауках развивают вот уже 40 лет, однако в последние годы для образования она особенно актуальна. После «переезда» в онлайн и смешанные форматы образовательный контент стал более разнообразным: мало кто останавливается только на «говорящей голове», в ход идут слайды, видео и многое другое, а на цифровых платформах тем более. Но больше не значит лучше.

Теория когнитивной нагрузки Джона Свеллера исходит из того, что есть рабочая и долговременная память. Последняя, по сути, безгранична: там хранятся способы решения задач, знания и т.д. А вот объем рабочей памяти (то, что мы способны удержать в голове «в моменте»), ограничен. Когнитивная нагрузка связана с ресурсами рабочей памяти, необходимыми для решения задачи здесь и сейчас.

Леднева Татьяна Сергеевна
стажер-исследователь Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ

По типу источников когнитивная нагрузка делится на внутреннюю, внешнюю и релевантную. Внешняя связана с отбором информации: мы еще не решаем задачу,  а пытаемся понять, что существенно, а что несущественно из ее условий. Она складывается из всего: размера шрифта, цвета фона, разборчивости речи, фонового шума… Бывает, что учебник напичкан интересными фактами, не связанными с задачей напрямую, и это тоже фактор внешней когнитивной нагрузки — не случайно в олимпиадных задачах иногда добавляют лишнюю информацию в условия.

Внутренняя когнитивная нагрузка — количество элементов учебного материала, который можно обработать одновременно. Это уже не отбор, а организация информации. Например, умножение предполагает большую внутреннюю когнитивную нагрузку, чем сложение, потому что нужно удержать в голове больше элементов.

Релевантная когнитивная нагрузка отвечает за процесс интеграции информации с теми схемами, знаниями, решениями, которые у человека уже есть. Она нарастает, когда мы получаем материал, который сложно привязать к предыдущему опыту. Ученики с разным уровнем подготовки — «эксперты» и «новички» — различаются как раз тем, насколько легко им перебросить мостик от новой задачи к тому, что они уже умеют.   

Не переборщите с текстом

В контексте задач образования внешнюю когнитивную нагрузку нужно снижать, а внутреннюю оптимизировать — тогда обучение будет наиболее эффективным. Известны несколько подходов к снижению внешней нагрузки:

— Принцип модальности: исходим из того, что аудиальный и визуальный — разные каналы обработки информации. Их лучше использовать более-менее равномерно при подаче учебного материала.

Самый плохой вариант подачи: много устного текста + слайды с текстом, которые нужно читать с экрана. Когда человек видит текст, он его проговаривает про себя. Аудиальный канал перегружен. Выбирайте, или ученики слушают, или читают. 

Леднева Татьяна Сергеевна
стажер-исследователь Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ

— Принцип сигнализации: управление вниманием и нагрузкой с помощью стрелок, ярких элементов, то есть направление на важное. Если материал упростить нельзя, нужно подчеркивать главное.

— Принцип смежности: чем ближе символы к объекту, тем ниже когнитивная нагрузка. Самый неудачный вариант: в учебнике поясняющая сноска ведет вниз, а потом еще «смотри на странице такой-то».

Для оптимизации внутренней когнитивной нагрузки эксперты советуют:

— Разделять информацию на сегменты. 

— Детально прорабатывать примеры: пошаговая демонстрация решения задачи.

— Применять принцип частичного решения: сначала ученик видит текст или задачу полностью, потом оттуда убираются части, а ученик их реконструирует. Часто применяется в учебниках иностранных языков.   

Релевантную когнитивную нагрузку желательно повышать — по принципу отнесения нового знания к уже освоенным схемам. Здесь подойдут метафоры, аналогии, погружение в знакомый контекст.

 

Повторение бьет по сильным

Последние десять лет принципы когнитивной науки применяются в западной педагогике в виде «принципа строительных лесов» (Scaffolding): сопровождение учителем ученика меняется по мере усвоения материала. Так, например, пошаговую демонстрацию решения задачи желательно по-разному настраивать для «новичков» и «продвинутых»: если первым поможет демонстрация не одной, а не менее трех однотипных задач без добавления новых элементов, то на более сильных учеников такие повторы влияют плохо, они теряют внимание и отказываются от альтернативных способов решения задачи. 

Согласно теории Scaffolding, степень вмешательства учителя должна снижаться с ростом экспертности новичка. В какой-то момент оно должно быть отброшено, как строительные леса, иначе он лишится мотивации. Общий принцип: внешняя когнитивная нагрузка снижается для всех, внутреняя регулируется под уровень учеников

Леднева Татьяна Сергеевна
стажер-исследователь Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ

 Что касается методов измерения когнитивной нагрузки, то основных три. Самый простой и дешевый — самоанализ (субъективное шкалирование), когда ученики заполняют анкеты о том, насколько хорошо они понимали задания и т.д. Минус в том, что это слишком навязчиво, трудно ожидать постоянной добросовестности при заполнении таких анкет. 

Еще один метод — анализ ошибок: по мере превышения когнитивной нагрузки их становится больше. Для таких исследований применяют прием двойной задачи, когда к основной сложной добавляется простая. Если ученики начинают ошибаться в простых, значит, лимит по нагрузке исчерпан.

Самые надежные методы — психофизиологические, в том числе айтрекинг, когда о росте когнитивной нагрузки можно узнать по движению глаз. В частности, по длительности фиксации взгляда на объекте (возрастает с ростом нагрузки), паттернам движения глаз, измерения диаметра зрачка и т.д. Один из таких приборов показали на семинаре, но, конечно, это скорее инструменты научных исследований, чем то, что можно применять при работе в школе.

Если резюмировать, то эффективное обучение требует соблюдения трех принципов:

— Количество ресурсов не должно превышать лимитов рабочей памяти,

— Любая не связанная с задачей информация должна сокращаться,

— Материал надо адаптировать к уровню развития учеников. 

Полная видеозапись семинара здесь

Дополнительные материалы здесь