Какво е когнитивно натоварване и защо е важно да знаем за него

Ние, учителите, забелязваме, че обучението не винаги е ефективно – успеха на класа е нисък, децата не успяват да се представят добре на матурите или виждаме, че при дискусии и тестове, те сякаш не са успели да разберат нищо от това, за което сме говорили в час. Ниските резултати може да се дължат на ограничения в работната им памет. В тази статия ви предлагаме едно възможно обяснение за трудностите в процеса на учене.

Теорията за когнитивното натоварване обединява всичко, което знаем за когнитивната човешка архитектура и психологията на еволюцията, за да разберем как трябва да оформим учебното съдържание по такъв начин, че накрая да имаме по-добри резултати. В кратка поредица от статии ще ви разкажем повече за тази теория и за начините, чрез които да я приложим, когато подготвяме своите часове. 

Какво е когнитивно натоварване

За начало нека изясним как човешкият мозък обработва и съхранява всяка нова информация. Всички ние имаме ограничен капацитет за съхраняване на информация и той е наистина строго индивидуален. Важно е да отбележим, че:

• Човешката памет е разделена на работна (наричана още краткосрочна) и дългосрочна памет.
• Сензорната памет обработва всичко от нашата среда, като приема информация чрез нашите сетива. Тази памет задържа всяка информация за по-малко от половин секунда, като през това време я филтрира и определя дали е нещо важно, на което трябва да обърнем внимание. Когато това се случи, ние се фокусираме върху конкретни части от информацията, позволявайки ѝ да навлезе в нашата работна памет. 
• Процесът на учене на нови неща е свързан с когнитивно натоварване върху работната памет.
• Съдържанието на това, което се учи, се запаметява под формата на схеми в дългосрочната памет. Информацията може да остане в работната памет до 30 секунди, а ако искаме да я запомним, за да я използваме в бъдеще, тя трябва да бъде “преместена” в нашата дългосрочна памет. Това е мястото, където съхраняваме информацията по такъв начин, че когато имаме нужда от нея, да можем лесно да я възпроизведем. Схемите свързват новата информация със знания, които вече имаме. 

За да разберем по-добре процеса, можем да представим работната и дългосрочната памет чрез метафора. Представете си работната памет като лавица за книги, която стои точно пред входа на дома ви. Тази лавица е малка и ако поставим повече от три книги на нея, всички те ще паднат и ще се разпръснат по пода. Същото е и с работната памет на учениците ни – когато тяхната работна памет се претовари, те повече няма да са способни да възприемат каквато и да е информация. 

Ако решим да превърнем една от стаите на нашия дом в библиотека, когато прочетем дадена книга, веднага можем да я преместим от лавицата в библиотеката. Ние по всяко време можем отново да извадим книгата, за да използваме знанията, които сме придобили чрез нея. Библиотеката илюстрира нашата дългосрочна памет, а процесът на преместване на една книга от лавицата към библиотеката, е процесът на преместване на информацията от работната към дългосрочната памет.

Джон Суелър, който публикува изследванията си за когнитивното натоварване през 80-те години на миналия век, изтъква основната теза, че когнитивното натоварване е количеството информация, което работната памет може да поеме и обработи наведнъж.

Това е една от основните причини процесът на учене да се случва най-добре, когато учебните материали и учебната среда са в съответствие с капацитета за учене.

Фактори, които определят когнитивното натоварване

Често използваме думата “когниция”, а тя означава “познание”. Самият когнитивен процес е свързан с изграждането на знание, разбирането на предмета на обучение и мисловната дейност, която протича в този момент. Учениците използват работната памет, за да задържат части от информацията, докато в същото време обръщат внимание на всичко, което се случва в класната стая. 

Работната памет и процеса на осмисляне са с ограничен капацитет в човешкия мозък, и това играе основна роля в процеса на учене. Поради тази причина обучението може да се окаже не толкова ефективно, особено в контекста на сложни или абстрактни предмети като математика, физика или химия, защото учениците трябва да положат допълнителни усилия, за да разберат същността на уроците по тези предмети. Допълнителни външни фактори като шум, светлина, температура, също могат да повлияят за създаване на когнитивно натоварване.

С времето се натрупват редица изследвания, които доказват, че когато подготвяме уроци и обучения, трябва да избягваме твърде голямото когнитивно натоварване с активности, които не могат да подобрят директно процеса на учене.

Има определени фактори, които могат да окажат влияние върху нивото на когнитивно натоварване и е важно да ги разгледаме:

1. Колкото по-голямо е количеството информация, която трябва да се възприеме наведнъж, толкова по-големи са шансовете нашите ученици да не я разберат изобщо, защото ще им коства много усилия, за да я обработят. 
2. Мозъкът ни може да се фокусира само върху три елемента едновременно, а когнитивното натоварване се увеличава пропорционално на броя задачи, които трябва да решава. 

Тук се намесва и теорията за еволюцията на човешкия мозък. Сигурно сте забелязали как “бумът” на софтуерните технологии претоварва работата на мозъка и вече сме наясно, че това се отразява много негативно на възможността ни да се фокусираме. Каква е причината – мозъкът не еволюира със скоростта на технологиите и това води до неспособност на работната ни памет да обработва толкова много информация наведнъж. 

Вече има предложения да се опрости дизайна на софтуерните продукти, за да се намали когнитивното натоварване, но ние трябва да направим същото при подготовката на уроците си, за да сме сигурни, че мозъците на нашите ученици ще могат да обработват информацията, която им представяме. В същото време, разбира се, ще бъде грешка да се стремим към прекалено опростяване на материала, защото скоростта на обработване на информация се забързва, само когато мозъкът ни се бори да се справи с комплексни задачи.

Затова е важно внимателното подбиране на информацията, която ще включим в уроците си, така че да се избегнат излишните и разсейващи елементи, като в същото време не опростяваме прекалено материала, за да поддържаме работната памет жива и ангажирана с учебното съдържание.

Видове когнитивно натоварване

В когнитивната теория са идентифицирани три различни форми на когнитивно натоварване:

• Вътрешно натоварване: Вътрешното натоварване показва трудността на учебната задача и възниква най-вече когато липсва предварителното познаване на темата. Това е сложна концепция за разбиране в реалния свят. Предполага се, че вътрешното когнитивно натоварване може да бъде намалено само чрез промяна на учебния материал, чрез промяна на когнитивните задачи или чрез самия акт на учене. Можем да дадем следните примери за намаляване на вътрешното когнитивно натоварване при представяне на урок-презентация:
  • Използване на по-прост и четлив почерк, вместо използване на курсив;
  • Синхрон между думите и графиките в слайда на презентацията, с това, което говорим в момента;
  • Премахване на излишните елементи или анимации в текста или презентацията, защото те създават допълнително когнитивно натоварване;
  • Да се ограничим до три цвята или три текстови полета в графиката, която показваме, за да не се разсейва вниманието от основната информация, която трябва да бъде възприета.

• Външно натоварване: Външното натоварване е свързано с всичко, което е излишно в процеса на обучение. То може да бъде увеличено или намалено въз основа на няколко фактора – вида на задачата, дали ученикът има затруднения с вниманието или не, изисквания към количеството внимание за дадена задача и т.н. Пример за външно натоварване на паметта е ситуация, в която някой се опитва да учи, но е обезпокоен от силна музика или шума на трафика. Тези шумове се считат за външно натоварване, тъй като действат като пречки за изпълнението на когнитивните задачи. Примери за понижаване на външното когнитивно натоварване могат да бъдат:
  • Да не раздаваме материали или тетрадки на учениците си, докато им представяме важни части от даден урок;
  • Да осигурим тишина и спокойствие в класната стая, докато учениците полагат изпит;
  • Да осигурим нормална температура в стаята през учебния ден.

• Продуктивно натоварване: Този вид натоварване включва компонентите, които подпомагат обработката на информация и допринасят за дълготрайното изграждане на схеми. Типичен пример за продуктивно натоварване е създаването на диаграми, графики и блок-схеми за обяснение или изпълнение на сложни задачи. Систематичната организация на учебните материали прави ученето по-лесно и помага за запомнянето. Продуктивното натоварване е точната комбинация от полезна информация и динамично съчетаване на вътрешно и външно когнитивно натоварване по такъв начин, че да не претоварваме работната памет. Следователно за ефективен учебен процес е необходимо да:
  • Оптимизираме външното когнитивно натоварване; 
  • Управляваме вътрешното когнитивно натоварване; 
  • Насърчаваме подходящото когнитивно натоварване.

Как да разпознаем, че учениците ни са когнитивно претоварени

Най-ясният признак за когнитивно натоварване е, когато помолим учениците си да разсъждават по проблем, който е засегнат в темата на урока или да решат задача, свързана с учебния материал. Ако те не могат да се справят с лекота с решаването на по-елементарни задачи от урока, значи не са успели да разберат същността на основната информация в него, поради ограничения на работната памет или твърде високото когнитивно натоварване. 

В този случай ще е добре да обмислите как може да опростите представянето на важната информация, да я визуализирате или да проверите дали някой от факторите за възникване на когнитивно натоварване не е бил налице по време на вашия урок.

Как когнитивното натоварване се отразява на ученето

Докато капацитета на работната памет е ограничен, изглежда, че няма ограничение за капацитета на нашата дългосрочна памет. Предизвикателството при провеждане на обучение, се състои в прехвърлянето на информацията от нашата работна към дългосрочната памет и след това съхраняването ѝ по такъв начин, че по-късно с лекота да можем да си припомним и да използваме наученото. 

Един от начините да увеличим капацитета на нашата краткосрочна памет е като прилагаме техники за двойна обработка на информацията. Тези техники включват представяне на дадена информация едновременно по два начина – например чрез визуална картина и обяснение. По този начин предоставяме два маршрута, по които новата информация да достигне успешно в дългосрочната памет и два потенциални сигнала (визуални и слухови), чрез които тя да бъде свързана и съхранена. Това значително ще улесни повторното извличане на информацията – например дори и след години учениците ни ще са способни да възпроизведат стиховете на Ботев или формулата за намиране на лице на равнобедрен триъгълник, ако сме успели да преподадем стиховете или формулите едновременно чрез два сигнала.

Когнитивната теория в класната стая

За да изградим учебна рамка, която да улеснява учебния процес, ще е необходимо да елиминираме излишната информация, която разсейва учениците и да приоритизираме продуктивното натоварване, което е свързано с начина за представяне на важната информация от урока. Можем да постигнем този ефект като създаваме възможности за дейности или дискусии свързани с урока и така учениците ще имат възможност да практикуват наученото.Ето защо е важно да следваме някои правила…

… когато преподаваме:

• Да избягваме представянето на голямо количество информация наведнъж;
• Да не говорим, когато учениците ни имат за задача да прочетат нещо;
• Да спрем да говорим, когато показваме текст или задача на дъската, за да им дадем време да възприемат написаното, преди да продължим;
• Да разделяме информацията на части, когато искаме да предадем сложни понятия;
• Да разказваме, когато представяме изображения;
• Да оцветяваме думите или изреченията, когато искаме да покажем връзки или разлики между дадени части;
• Да се стараем да свързваме новата информация със знанията, които учениците ни вече имат;
• Да премахнем излишните визуално разсейващи предмети и изображения пред учениците и около дъската в класната стая;

… когато учим:

• Да не раздвояваме вниманието си, докато учим;
• Да оставим телефона си настрана и да изключим телевизора;
• Да слушаме музика без текст, за да не задръстваме френологичното си хранилище с излишни думи;
• Да учим в тишина дори ще е най-добре;
• Да четем на глас, за да концентрираме вниманието си по-добре върху това, което четем;
• Да подчертаваме с маркери и да си водим бележки на хартия, за да запомняме по-лесно части от урока;
• Да възпроизвеждаме информация сами, вместо да я “зубрим” или копираме – това ще ни накара да се фокусираме върху детайлите на урока.

Етапи при преподаване на нови знания

Всичко, което изяснихме до тук, ни води към още една важна тема – можем да следваме конкретни етапи при преподаване на нови знания, за да намалим когнитивното натоварване. Поднасянето на нова информация винаги трябва да е съобразено с нашата аудитория – едно е да преподаваме на деца, които тепърва се запознават с нова концепция, съвсем различно е, когато работим с по-големи ученици, които надграждат вече познати теми. При тези две различни групи от ученици, ученето и преподаването би трябвало да се случват по различен начин. 

Смята се, че най-ефективното обучение на ученици, които тепърва научават нови концепции, може да се извършва, когато учителят е в ролята на експерт и следва четири конкретни стъпки на преподаване:

• запознаване с новата тема;
• преподаване на новото знание или умение;
• кратка проверка на това какво са запомнили и разбрали учениците;
• демонстриране на наученото в края на урока или темата.

Следвайки тези стъпки, ще позволим на учениците си да изградят подходящи и стабилни схеми в дългосрочната памет и бихме могли да съставим уроците си по подходящ начин, който да подпомогне ефективното учене. Малките промени, които освобождават място в работната памет, ще направят чудеса в процеса на учене.

В поредица от четири статии ще ви представим повече практически примери за всеки един от тези етапи, за да ви дадем идеи за провеждането на увлекателни и запомнящи се учебни часове.

Източници: 

1. Garnet, S., Crown House Publishing Limited, Cognitive Load Theory: A handbook for teachers;
2. Jong. T., Cognitive load theory, educational research, and instructional design: some food for thought, (2010);
3. Sweller, J., Merriënboer, J., Paas, J., Cognitive Architecture and Instructional Design: 20 years later, (2019);
4. Sweller, J., Chandler, P., Evidence for Cognitive Load Theory, (1991).