Десять шагов комплексного обучения. Четырехкомпонентная модель дизайна обучения

2.3. Предотвращение фрагментации

Комплексное обучение в значительной степени представляет собой обучение умению координировать множество базовых навыков, необходимых для выполнения реальных задач. Обратите внимание на то, что сложный навык явно больше, чем сумма его частей; исполнение музыкальной пьесы на фортепиано – это больше, чем игра левой и правой рукой по отдельности, а «выполнение поиска» для библиотекаря не имеет смысла, если оно не согласовано с формулированием поисковых запросов. Поскольку базовые навыки не слишком осмысленны без учета других связанных с ними базовых навыков и соответствующих знаний и установок, они часто требуют контроля сверху. Вот почему базовые навыки рассматриваются как аспекты, а не части сложных навыков, и по этой же причине мы называем их базовыми навыками, а не поднавыками или субнавыками. При решении комплексных задач учащиеся с самого начала обучения сталкиваются со множеством различных базовых навыков, но нельзя ожидать, что они будут самостоятельно координировать все эти аспекты. Поэтому необходимо упростить задачи и предоставить учащимся необходимую поддержку и руководство.

Невозможно начинать программу обучения с очень сложных учебных задач, предъявляющих высокие требования к координации большого числа базовых навыков. Все задачи состоят из отдельных элементов, которые могут быть взаимосвязаны и взаимодействовать друг с другом. Чем больше элементов в задаче и чем больше взаимодействий между ними, тем сложнее задача. Обратите внимание, что, говоря о «сложном» и «простом», мы не имеем в виду «трудное» и «легкое». Легкость или трудность определяются не только сложностью задачи, но и уровнем опыта или предварительных знаний учащегося, а это всегда субъективно. Учебная задача определенной сложности может быть легкой для учащегося с высоким уровнем и трудной для учащегося с низким уровнем предварительных знаний.

Таким образом, учащиеся начинают работать над относительно простыми, но целостными учебными задачами, которые требуют только части всех базовых навыков (то есть небольшого количества элементов), и продвигаются к более сложным целостным задачам, для выполнения которых нужно больше базовых навыков и более существенна их координация (то есть с большим взаимодействием между элементами). Категории учебных задач с определенными уровнями сложности называются классами задач. Например, самым простым классом задач в примере с поиском литературы может быть категория учебных задач, в которых осуществляется поиск в области исследования с четко определенными понятиями, по названиям и ключевым словам в одной конкретной библиографической базе данных, с очень небольшим количеством поисковых терминов и с ограниченным числом релевантных статей. Наиболее сложным классом задач, соответственно, может быть категория учебных задач с весьма нечеткими определениями понятий внутри или между областями знаний, с полнотекстовым поиском в нескольких релевантных базах данных, с большим количеством поисковых терминов, связанных между собой булевыми операторами, чтобы ограничить большое количество релевантных статей. Между этими двумя крайностями могут существовать дополнительные классы задач промежуточного уровня сложности.

Учебные задачи в рамках определенного класса задач эквивалентны в том смысле, что они могут быть выполнены на основе одного и того же набора знаний. Чем сложнее класс задач, тем больше знаний или тем более широких знаний он требует для эффективного выполнения по сравнению с предыдущими, более простыми классами задач. Это еще одна причина, по которой, говоря о «сложном» и «простом», мы не имеем в виду «трудное» и «легкое». Конечно, каждый более сложный класс задач будет содержать более сложные учебные задачи, чем предыдущие, более простые классы задач. Но учащийся, работающий с более и более сложными классами задач, будет обладать все более и более существенным объемом предварительных знаний, так что новые учебные задачи не будут для него более трудными. В учебном плане задачи организованы как упорядоченная последовательность классов задач (пунктирных ячеек), которые представляют все версии задач от самой простой до самой сложной:

Когда учащиеся начинают работать над новым, более сложным классом задач, важно, чтобы они имели поддержку и руководство, необходимые для координации различных аспектов их работы (Kirschner, Sweller, & Clark, 2006). Под поддержкой имеется в виду поддержка выполнения задачи, она направлена на помощь учащимся при выполнении элементов задачи, задействованных в обучении, то есть при выполнении тех шагов, которые ведут их от исходных данных к целям. Под руководством мы понимаем руководство процессом решения, то есть помощь в процессах, выполняемых при поиске решения. Таким образом, поддержка ориентирована на продукт, а руководство – на процесс. Более подробно мы рассмотрим эти две темы в главе 4.

В процессе скаффолдинга[1] (планомерно снижаемой поддержки в обучении) учащихся, по мере того как они приобретают все больше опыта, потребность в поддержке и руководстве уменьшается (Reiser, 2004). В качестве примера образовательного континуума, простирающегося от учебных задач с высоким уровнем поддержки до учебных задач совсем без поддержки, можно привести собственно континуум методов поддержки – от изучения кейс-стади до обычных задач. Самый высокий уровень поддержки в примере с поиском литературы обеспечит кейс-стади с описанием интересного случая поиска литературы, к которому учащиеся задают вопросы об эффективности принятого подхода (то есть данного решения), о возможных альтернативных подходах, качестве окончательного списка отобранных статей, ходе мыслей исполнителя и т. д. Промежуточному уровню поддержки соответствует неполное кейс-стади, содержащее исследовательский вопрос, набор поисковых запросов и список потенциальных статей, из которого учащиеся должны сделать окончательную выборку релевантных статей, уточнив запросы, – таким образом учащиеся завершают частично выполненное решение. Наконец, нулевому уровню поддержки соответствует обычная задача, для выполнения которой учащиеся должны выполнить все действия самостоятельно. Этот тип скаффолдинга учащихся, известный как стратегия завершения (Van Merriënboer, 1990; Van Merriënboer & de Croock, 1992) или стратегия угасающего руководства (Renkl & Atkinson, 2003), показал свою высокую эффективность. В схематическом плане обучения каждый класс задач начинается с одной или нескольких учебных задач с высоким уровнем поддержки и руководства (закрашенные кружки), продолжается учебными задачами со сниженным уровнем поддержки и руководства и заканчивается обычными задачами без какой-либо поддержки и руководства (незакрашенные кружки):

2.4. Решение проблемы переноса

Рисунок 2.2 иллюстрирует еще одну типичную особенность результатов комплексного обучения – состоявшиеся профессионалы видят качественные различия между базовыми навыками (Kahneman, 2011; Van Merriënboer, 2013b). Некоторые базовые навыки основаны на схемах, применение такого навыка протекает как контролируемый процесс, который в разных ситуациях, при решении различных проблем может выполняться по-разному. Например, применение навыка «формулирование поискового запроса» зависит от специфических требований каждого нового поиска и требует разрешения проблемы, поиска обоснования и принятия решения. Опытные библиотекари эффективно используют этот навык, потому что они обладают знаниями в форме когнитивных схем или конкретных воспоминаний, которые они могут интерпретировать, чтобы рассуждать о данной области (используя форму ментальных моделей) и направлять в ней свои действия (используя когнитивные стратегии). Применяя эти базовые навыки, люди по-разному используют одни и те же знания в разных ситуациях. Иногда, интерпретируя обобщенные когнитивные схемы, исполнитель находит новые способы разрешения проблем, в других случаях проблемы разрешаются по аналогии с уже имеющимися в его памяти кейс-стади.

Ниже в иерархии навыков находятся базовые навыки, основанные на правилах. Для их применения в различных проблемных ситуациях последовательно выполняются одни и те же процессы. Например, работа с поисковой программой – базовый навык, не требующий от опытного библиотекаря разрешения проблем, поиска обоснования или принятия решений, – он «просто делает это». Для эффективного применения таких базовых навыков в ходе обучения формируются когнитивные и психомоторные правила (Anderson & Lebière, 1998), которые непосредственно управляют действиями исполнителя в конкретных обстоятельствах, наподобие того как пользователь перепечатывает текст или набирает его под диктовку. Применение этих базовых навыков всегда происходит одинаково, независимо от ситуации (при перепечатывании текстов, посвященных точным и гуманитарным наукам, используются одни и те же движения пальцев). Можно сказать, что эти навыки вообще не опираются на знания, поскольку эти знания исчерпываются правилами, а такие правила зачастую трудно сформулировать и сознательно проверить. На определенном уровне эксперт начинает работать (выполнять правила работы) с программой поиска полностью автоматически, не обращая на нее никакого внимания, – сознательный контроль больше не требуется. Поэтому во время работы с поисковой программой опытный эксперт может сосредоточить свое внимание на других вещах – и это, строго говоря, нельзя назвать многозадачностью, поскольку данный процесс не требует от профессионала обработки информации и не загружает его мозг (Kirschner & van Merriënboer, 2013).

Процессы, основанные на схемах и на правилах, происходят в сложных учебных ситуациях одновременно, но принципиально по-разному (Van Merriënboer, 2013b). В разделе 2.2 мы уже говорили о том, что ключом к освоению процессов, основанных на схемах, является вариативность практики. В процессе обучения учащиеся овладевают общими схемами (без излишней детализации) и изучают модели и подходы, которые можно использовать в самых разных ситуациях. Напротив, ключом к освоению процессов, основанных на правилах, служит повторяющаяся практика. При доведении выполнения правил или схем до автоматизма учащиеся нарабатывают высокоспецифичные когнитивные и психомоторные правила, которые в конкретных условиях вызывают определенные психические или физические действия.

Базовые навыки, при применении которых после обучения выполняются процессы, основанные на схемах, классифицируются как неповторяющиеся. Эти навыки связаны с решением проблем, поиском обоснований и принятием решений, но они могут быть достаточно эффективными благодаря имеющимся у исполнителя ментальным моделям и когнитивным стратегиям.

Базовые навыки, при применении которых после обучения выполняются – иногда полностью автоматические – процессы, основанные на правилах, классифицируются как повторяющиеся. Базовые повторяющиеся навыки в примере с поиском литературы – это использование тезауруса, булевых операторов и работа с поисковой программой. В любой ситуации эти правила применяются одинаково – на рисунке 2.2 эти навыки выделены курсивом и с ними не связаны никакие знания!

Классификация навыков на неповторяющиеся или повторяющиеся важна в «Десяти шагах», потому что для их быстрого и эффективного приобретения используются разные методы обучения[2].

Поддерживающая информация важна для неповторяющихся базовых навыков. Она объясняет учащимся, как организована область задач и как подходить к разрешению проблем в этой области. Поддерживающая информация необходима для работы над различными аспектами разрешения проблем, обоснования и принятия решений в рамках учебных задач одного и того же класса (то есть эквивалентных учебных задач, которые могут быть выполнены на основе одного и того же объема знаний). В примере с поиском литературы поддерживающая информация объясняет, как организованы библиографические базы данных, какова их иерархия, какие существуют уровни и типы условий поиска и т. д. (то есть помогает построить мысленную модель базы данных), а также предоставляет эвристику для перевода исследовательского вопроса в соответствующие условия поиска (то есть помогает построить когнитивную стратегию). Поддерживающая информация предоставляется инструктивными методами, поэтому при создании схемы учащиеся должны глубоко переработать новую информацию, в частности связать новую информацию с уже существующими в памяти схемами. Это происходит в рамках подпроцесса построения схемы, называемого проработкой (см. вставку 7.1). Поскольку поддерживающая информация относится ко всем учебным задачам в рамках одного класса задач, она может быть предоставлена до того, как учащиеся начнут работать над новым классом задач, или во время работы (L-образные закрашенные области):

Процедурная информация важна в первую очередь для повторяющихся базовых навыков. Она определяет, как выполнять рутинные аспекты учебных задач, и, как правило, предоставляется в форме прямых пошаговых инструкций. В примере с поиском литературы процедурная информация – это краткий справочник или учебник по работе с программой поиска, а при электронном обучении окна с этой информацией могут появляться при щелчке мыши по ключевым словам или при перемещении курсора в определенную область экрана. Процедурная информация также предоставляется инструктивными методами, она доступна во время выполнения задачи. Это способствует автоматизации создания схемы и позволяет встроить информацию в когнитивные правила в рамках подпроцесса автоматизации схем, называемого формированием правил (см. вставку 10.1). Поскольку процедурная информация относится к рутинным аспектам учебных задач, ее лучше всего предоставлять именно в тот момент, когда она учащимся впервые нужна для выполнения задания. По мере того как они овладевают ею, ее можно убрать. На схеме процедурная информация представлена как темно-синяя линия, которая связана направленными вверх стрелками с отдельными учебными задачами:

Выполнение учебных задач, описанное в предыдущих разделах, обеспечивает практику освоения всей задачи в целом. Переход от решения задач по частям к характерному для «Десяти шагов» обучению на полных задачах предотвращает компартментализацию и фрагментацию знаний. Однако это не всегда целесообразно: бывают ситуации, когда требуется дополнительная частичная практика. Например, когда нужно выработать очень высокий уровень автоматизма в определенных повторяющихся аспектах задачи и выполнение учебных задач в целом не обеспечивает достаточного количества повторений для достижения этого уровня. Для автоматизированных повторяющихся базовых навыков возможна дополнительная практика в рамках частичных задач – так дети учат таблицу умножения, студенты-медики отрабатывают наложение швов на раны, а музыканты тренируют исполнение музыкальных гамм.

В примере с поиском литературы частичную практику можно было бы использовать для обучения применению булевых операторов (Carlson, Sullivan, & Schneider, 1989; пример см. в разделе 13.5). Методы обучения, используемые для отработки частичных задач, способствуют автоматизации схемы. В частности, они нужны для подпроцесса, который называется закреплением, когда когнитивные правила закрепляются при каждом успешном применении учащимся (см. вставку 13.1). Частичная практика для конкретного повторяющегося аспекта задачи должна начинаться только после того, как он был представлен в значимой целостной учебной задаче, чтобы учащиеся начинали практику в плодотворном когнитивном контексте. В примере с поиском литературы они начнут практиковаться в построении и использовании булевых операторов только после того, как изучат их в контексте целостной учебной задачи. Для частичной практики может быть актуальна процедурная информация, поскольку она относится только к повторяющимся базовым навыкам («Десять шагов» не предусматривают отработку части задачи для неповторяющихся базовых навыков!). На схематическом учебном плане частичная практика показана серией маленьких кружков (то есть элементов практики):

На этом построение учебного плана заканчивается, и схематический план, первоначально представленный на рисунке 2.1, можно считать завершенным. Хорошо разработанный план обучения гарантирует, что учащиеся не будут перегружены сложными задачами, поскольку задачи упорядочены от простых к сложным, поддержка и руководство даются по мере необходимости, а различные виды информации и практические задачи предоставляются тогда, когда они нужны (см. вставку 2.1, в которой рассказано о теории когнитивной нагрузки; Kirschner, Ayres, & Chandler, 2011; Paas, Van Gog, & Sweller, 2010). Все задачи в рамках программы обучения будут восприниматься как более или менее одинаково сложные, поскольку по мере усложнения задач обучающийся будет овладевать все большим объемом знаний и навыков. В результате учащиеся не только не тратят на выполнение учебных задач все свои когнитивные ресурсы, но и могут вкладывать достаточное количество умственных усилий (P. Kirschner & Kirschner, 2012) в подлинное обучение, то есть в построение и автоматизацию схем. Только в этом случае можно ожидать переноса результатов обучения в повседневную и профессиональную жизнь.

Новейшие теории обучения подчеркивают использование аутентичных целостных задач как движущую силу обучения. Однако использование таких задач несет серьезный риск – учащиеся испытывают трудности, связанные с тем, что сложность задач может быть слишком велика. Теория когнитивной нагрузки Джона Свеллера учитывает ограниченную способность человеческого разума к обработке информации и предлагает рекомендации к решению этой проблемы.

Теория когнитивной нагрузки (Cognitive Load Theory, CLT)

Центральная идея CLT заключается в том, что основным фактором дизайна обучения должна быть когнитивная архитектура человека. Согласно CLT когнитивная архитектура человека состоит из весьма ограниченной рабочей памяти с частично независимыми блоками обработки визуально-пространственной и вербально-слуховой информации, которая взаимодействует со сравнительно неограниченной долговременной памятью. Теория различает три типа когнитивной нагрузки в зависимости от вызывающего ее типа обработки, а именно:

1. Внутренняя когнитивная нагрузка, непосредственно зависящая от задачи, в частности от количества элементов, которые должны одновременно обрабатываться в рабочей памяти (интерактивность элементов). Например, задача с большим количеством базовых навыков, которые должны быть скоординированы (например, написание грамматически правильных предложений на иностранном языке), дает более существенную внутреннюю нагрузку, чем задача с меньшим количеством базовых навыков, которые должны быть скоординированы (например, перевод отдельных слов на иностранный язык). Внутренняя нагрузка в значительной степени зависит от опыта, поскольку более опытные учащиеся объединяют несколько составляющих в один элемент, который может быть обработан в рабочей памяти.

2. Внешняя когнитивная нагрузка. Это нагрузка, дополнительная к внутренней когнитивной нагрузке и возникающая, как правило, при плохо продуманном обучении. Например, если учащиеся должны искать информацию, необходимую для выполнения учебной задачи, в учебных материалах (скажем, перевод слова в словаре), то процесс поиска не вносит непосредственного вклада в обучение и таким образом увеличивает внешнюю когнитивную нагрузку.

3. Релевантная когнитивная нагрузка, которая связана с процессами, непосредственно способствующими обучению, в частности с построением и автоматизацией схемы. Так, сознательное связывание новой и уже известной информации (например, сравнение и сопоставление грамматических правил иностранного языка с аналогичными правилами родного языка) – это процесс, который создает релевантную когнитивную нагрузку.

CLT считает, что учебный план, который недостаточно использует потенциал рабочей памяти в связи с низкой внешней когнитивной нагрузкой, можно усовершенствовать, поощряя учащихся к сознательной интеллектуальной работе, непосредственно связанной с обучением. Внутренняя, внешняя и релевантная когнитивные нагрузки аддитивны – чтобы обучение состоялось, общая нагрузка от этих трех факторов не может превышать доступные ресурсы рабочей памяти. Следовательно, чем больше доля релевантной когнитивной нагрузки, создаваемой дизайном обучения, тем выше потенциал для обучения.

Четыре компонента и когнитивная нагрузка

1. Существует два способа контроля когнитивной нагрузки, связанной с выполнением учебных задач:

а. Внутренняя когнитивная нагрузка регулируется путем организации учебных задач в классы от базовых до сложных. Для более простых учебных задач интерактивность элементов ниже, так как количество их меньше и рабочая память должна одновременно обрабатывать меньше взаимодействий между элементами. По мере усложнения классов задач количество элементов и взаимодействий между ними растет.