Войти
В когнитивной психологии, когнитивной load относится к используемому объему ресурсов оперативной памяти. Теория когнитивной нагрузки разделяет когнитивную нагрузку на три типа: внутреннюю, внешнюю и уместную.
Внутренняя когнитивная нагрузка - это усилие, связанное с определенной темой, посторонняя когнитивная нагрузка относится к способу представления информации или задач учащемуся, а соответствующая когнитивная нагрузка относится к работе, вложенной в создание постоянного хранилища знаний., или схема.
Теория когнитивной нагрузки была разработана в конце 1980-х на основе исследования решения проблем, проведенного Джоном Свеллером. Свеллер утверждал, что учебный дизайн можно использовать для снижения когнитивной нагрузки у учащихся. Намного позже другие исследователи разработали способ измерения воспринимаемого умственного усилия, которое указывает на когнитивную нагрузку. Зрачковая реакция, вызванная заданием - надежное и точное измерение когнитивной нагрузки, которое напрямую связано с рабочей памятью. Информация может храниться в долговременной памяти только после того, как она впервые была обработана и обработана рабочей памятью. Однако рабочая память крайне ограничена как по объему, так и по продолжительности. Эти ограничения при некоторых условиях будут препятствовать обучению. Сильная когнитивная нагрузка может отрицательно сказаться на выполнении задачи, и важно отметить, что опыт когнитивной нагрузки не у всех одинаков. Пожилые люди, студенты и дети испытывают разную, а чаще более высокую когнитивную нагрузку.
Фундаментальный постулат теории когнитивной нагрузки заключается в том, что качество учебного дизайна повысится, если больше внимания будет уделяться роли и ограничениям рабочей памяти.
Из-за того, что ученики больше отвлекаются, особенно от использования мобильного телефона, они более склонны испытывать высокую когнитивную нагрузку, которая может снизить успеваемость.
«Теория когнитивной нагрузки была разработана, чтобы предоставить рекомендации, призванные помочь в представлении информации таким образом, чтобы поощрять деятельность учащихся, оптимизирующую интеллектуальную деятельность». В теории Свеллера используются аспекты теории обработки информации, чтобы подчеркнуть неотъемлемые ограничения одновременной рабочей памяти нагрузки на обучение во время обучения. В нем используется схема в качестве основной единицы анализа для разработки учебных материалов.
История теории когнитивной нагрузки может быть прослежена до начала когнитивной наука 1950-х годов и работы Г.А. Миллер. В своей классической статье Миллер был, пожалуй, первым, кто предположил, что наша емкость оперативной памяти имеет внутренние ограничения. Его экспериментальные результаты показали, что люди обычно способны удерживать в кратковременной памяти только семь плюс-минус две единицы информации. А в начале 1970-х Саймон и Чейз первыми использовали термин «кусок» для описания того, как люди могут организовать информацию в краткосрочной памяти. Это разбиение на части компонентов памяти также описано как конструкция схемы.
В конце 1980-х Джон Свеллер разработал теорию когнитивной нагрузки (CLT), изучая решение проблем. Изучая учащихся по мере того, как они решают проблемы, он и его сотрудники обнаружили, что учащиеся часто используют стратегию решения проблем, называемую анализ средств и результатов. Он предполагает, что решение проблем с помощью анализа средств и целей требует относительно большого количества когнитивных вычислительных мощностей, которые нельзя использовать для построения схемы. Свеллер предлагает разработчикам учебных пособий предотвращать эту ненужную когнитивную нагрузку, создавая учебные материалы, не связанные с решением проблем. Примеры альтернативных учебных материалов включают так называемые отработанные примеры и задачи без цели.
В 1990-х годах теория когнитивной нагрузки применялась в нескольких контекстах. Эмпирические результаты этих исследований привели к демонстрации нескольких эффектов обучения: эффект проблемы завершения; эффект модальности ; эффект разделения внимания ; эффект отработанного примера ; и эффект реверсирования знаний.
Теория когнитивной нагрузки обеспечивает общую основу и имеет широкое значение для учебного дизайна, позволяя разработчикам учебных программ контролировать условия обучения в рамках окружающей среде или, в более общем смысле, в большинстве учебных материалов. В частности, он предоставляет эмпирически обоснованные рекомендации, которые помогают разработчикам учебных программ уменьшить постороннюю когнитивную нагрузку во время обучения и, таким образом, переориентировать внимание учащегося на актуальные материалы, тем самым увеличивая когнитивную нагрузку, связанную со схемой. Эта теория различает три типа когнитивной нагрузки: внутренняя когнитивная нагрузка, соответствующая когнитивная нагрузка и посторонняя когнитивная нагрузка.
Внутренняя когнитивная нагрузка - это внутренний уровень сложности, связанный с конкретным учебным процессом. тема. Этот термин впервые был использован в начале 1990-х годов Чендлером и Свеллером. Согласно им, все инструкции имеют присущую им сложность (например, вычисление 2 + 2 по сравнению с решением дифференциального уравнения ). Преподаватель не может изменить эту внутреннюю трудность. Однако многие схемы могут быть разбиты на отдельные «подсхемы» и преподаны изолированно, а затем собраны вместе и описаны как единое целое.
Посторонние когнитивные нагрузки генерируются способ представления информации учащимся, находящийся под контролем разработчиков учебных программ. Эту нагрузку можно отнести к оформлению учебных материалов. Поскольку существует единственный ограниченный когнитивный ресурс, использующий ресурсы для обработки внешней нагрузки, количество ресурсов, доступных для обработки внутренней нагрузки и соответствующей нагрузки (т. Е. Обучения), уменьшается. Таким образом, особенно при высокой внутренней и / или релевантной нагрузке (т. Е. Когда проблема сложна), материалы должны быть разработаны таким образом, чтобы уменьшить постороннюю нагрузку.
Пример посторонней когнитивной нагрузки возникает, когда есть два возможных способа описать квадрат ученику. Квадрат - это фигура, и ее следует описывать с помощью фигуральной среды. Конечно, инструктор может описать квадрат в устной форме, но требуется всего секунда и гораздо меньше усилий, чтобы понять, о чем говорит преподаватель, когда ученику показывают квадрат, вместо того, чтобы его описать устно. В этом случае предпочтение отдается эффективности визуальной среды. Это потому, что он не загружает учащегося чрезмерно ненужной информацией. Эта ненужная когнитивная нагрузка описывается как посторонняя.
Чендлер и Свеллер ввели понятие посторонней когнитивной нагрузки. Эта статья была написана для отчета о результатах шести экспериментов, которые они провели для исследования этой нагрузки на рабочую память. Многие из этих экспериментов включали материалы, демонстрирующие эффект разделения внимания. Они обнаружили, что формат учебных материалов либо способствует обучению, либо ограничивает его. Они предположили, что различия в успеваемости были связаны с более высоким уровнем когнитивной нагрузки, обусловленной форматом обучения. «Посторонняя когнитивная нагрузка» - это термин для этой ненужной (искусственно вызванной) когнитивной нагрузки.
Германская когнитивная нагрузка - это обработка, построение и автоматизация схем. Впервые это было описано Свеллером, Ван Мерриенбуром и Паасом в 1998 году. Хотя внутренняя когнитивная нагрузка обычно считается неизменной (хотя методы могут применяться для управления сложностью путем сегментации и упорядочивания сложного материала), разработчики учебных программ могут манипулировать посторонней и уместной нагрузкой. Предполагается, что они ограничивают постороннюю нагрузку и способствуют релевантной нагрузке.
До статьи Свеллера, Ван Мерриенбёра и Пааса в 1998 году теория когнитивной нагрузки в основном концентрировалась на снижении посторонней когнитивной нагрузки. В этой статье исследователи когнитивной нагрузки начали искать способы перепроектирования инструкций, чтобы перенаправить то, что было бы посторонней нагрузкой, чтобы теперь сосредоточиться на построении схемы (уместной нагрузки). Таким образом, для разработчиков учебных материалов очень важно «уменьшить постороннюю когнитивную нагрузку и перенаправить внимание учащихся на когнитивные процессы, которые имеют непосредственное отношение к построению схем».
Паас и Ван Мерриенбур разработал конструкцию (известную как относительная эффективность состояния), которая помогает исследователям измерить воспринимаемое умственное усилие, индекс когнитивной нагрузки. Эта конструкция обеспечивает относительно простые средства сравнения условий обучения. Он сочетает в себе оценки умственных усилий с оценками производительности. Средние z-значения группы представлены в виде графика, и их можно сравнить с односторонним дисперсионным анализом (ANOVA)..
Паас и Ван Мерриенбур использовали относительную эффективность условий для сравнения трех учебных условий (проработанные примеры, задачи завершения и открытие практика). Они обнаружили, что учащиеся, изучавшие рабочие примеры, были наиболее эффективными, за ними следовали те, кто использовал стратегию завершения задачи. Начиная с этого раннего исследования, многие другие исследователи использовали эту и другие конструкции для измерения когнитивной нагрузки, связанной с обучением и обучением.
Эргономический подход направлен на количественное нейрофизиологическое выражение когнитивной нагрузки, которое можно измерить с помощью обычных инструментов, например, используя произведение частоты пульса - артериальное давление (RPP) в качестве меры как когнитивной, так и физической рабочей нагрузки. Они считают, что можно использовать меры RPP для установления ограничений на рабочую нагрузку и для установления надбавки за работу.
Зрачковая реакция, вызванная задачей, представляет собой форму измерения, которая напрямую отражает когнитивную нагрузку на рабочую память. Выявлено, что большее расширение зрачка связано с высокой когнитивной нагрузкой. Сужение зрачка происходит при низкой когнитивной нагрузке. Зрачок, вызываемый задачей, показывает прямую корреляцию с рабочей памятью, что делает его эффективным измерением когнитивной нагрузки, явно не связанной с обучением.
Некоторые исследователи сравнили разные показатели когнитивной нагрузки. Например, Deleeuw и Mayer (2008) сравнили три часто используемых показателя когнитивной нагрузки и обнаружили, что они по-разному реагировали на постороннюю, внутреннюю и релевантную нагрузку.
Установленные показатели движения глаз и реакции зрачка на когнитивную нагрузку:
Были обнаружены некоторые свидетельства того, что люди систематически различаются по способности обработки. Например, у новичков и экспертов есть индивидуальные различия в возможностях обработки. У экспертов больше знаний или опыта в отношении конкретной задачи, что снижает когнитивную нагрузку, связанную с задачей. Новички не имеют такого опыта или знаний и, следовательно, имеют большую когнитивную нагрузку.
Было высказано предположение, что обедненная среда может способствовать когнитивной нагрузке. Независимо от поставленной задачи или процессов, используемых при ее решении, люди, которые испытывают бедность, также испытывают более высокую когнитивную нагрузку. На когнитивную нагрузку у людей с более низким социально-экономическим статусом влияет ряд факторов, которых нет у людей среднего и высшего классов.
Определение способности людей к обработке данных может быть чрезвычайно полезным в дальнейшая адаптация обучения (или прогнозирование поведения) людей. Соответственно, очевидно, что необходимы дальнейшие исследования. Во-первых, важно вычислить нагрузку на память, вызванную подробным анализом используемых процессов. Во-вторых, важно убедиться, что отдельные субъекты действительно используют эти процессы. Последнее требует интенсивной предварительной подготовки.
Сильная когнитивная нагрузка обычно создает ошибку или какое-то вмешательство в выполнение поставленной задачи. Тяжелая когнитивная нагрузка также может усиливать стереотипы. Стереотипы являются расширением фундаментальной ошибки атрибуции, частота которой также увеличивается с увеличением когнитивной нагрузки. Понятия когнитивной нагрузки и возбуждения вносят свой вклад в «гипотезу перегрузки» для объяснения социальной помощи : в присутствии аудитории субъекты, как правило, хуже выполняют субъективно сложные задачи (тогда как они склонны преуспевать в субъективно легких задачах).
Опасность тяжелой когнитивной нагрузки наблюдается у пожилых людей. Старение может вызвать снижение эффективности рабочей памяти, что может способствовать повышению когнитивной нагрузки. Взаимосвязь между тяжелой когнитивной нагрузкой и контролем центра масс сильно коррелирована в пожилом населении. По мере увеличения когнитивной нагрузки колебание центра масс у пожилых людей увеличивается. Другое исследование изучало взаимосвязь между колебаниями тела и когнитивной функцией и их взаимосвязь во время многозадачности и обнаружило, что нарушения баланса приводят к снижению производительности при выполнении когнитивной задачи. Сильная когнитивная нагрузка может нарушить баланс у пожилых людей. И наоборот, возрастающая потребность в балансе может увеличить когнитивную нагрузку.
В связи с повсеместным распространением ноутбуков в классах возрастающая когнитивная нагрузка во время учебы в школе становится серьезной проблемой. При использовании Facebook и других социальных форм общения добавление множества задач ухудшает успеваемость учащихся в классе. Когда доступно много когнитивных ресурсов, вероятность переключения с одной задачи на другую высока и не приводит к оптимальному поведению переключения. И ученики, которые были активными пользователями Facebook, и ученики, которые сидели рядом с теми, кто были активными Пользователи Facebook, работали плохо, и у них был низкий средний балл.
Компоненты рабочая память, предложенная британскими психологами, Аланом Баддели и Грэмом Хитчем, присутствует в 6-летнем возрасте. Однако между знаниями взрослых и детей существует явная разница. Эти различия связаны с повышением эффективности обработки. Детям не хватает общих знаний, и это создает повышенную когнитивную нагрузку у детей. Дети из бедных семей часто испытывают даже более высокую когнитивную нагрузку в учебной среде, чем дети из семей среднего класса. Эти дети не слышат, не говорят и не узнают о школьных концепциях, потому что их родители часто не имеют формального образования. Когда дело доходит до обучения, недостаток опыта работы с числами, словами и понятиями увеличивает их когнитивную нагрузку.
По мере взросления у детей развиваются превосходные базовые навыки и способности. У них также развивается метапознание, которое помогает им понимать свою собственную когнитивную деятельность. Наконец, благодаря своему опыту они получают больше знаний о содержании. Эти элементы помогают снизить когнитивную нагрузку у детей по мере их развития.
Жесты - это техника, которую дети используют для снижения когнитивной нагрузки при разговоре. Жестами они могут освободить рабочую память для других задач. Указание позволяет ребенку использовать объект, на который он указывает, как лучшее его представление, что означает, что ему не нужно хранить это представление в своей рабочей памяти, тем самым снижая свою когнитивную нагрузку. Кроме того, жестикуляция отсутствующего объекта снижает сложность его мысленного представления.
Физическая активность может быть как полезной, так и вредной для обучения, в зависимости от того, как это деятельность реализована. Теоретики когнитивной нагрузки запросили обновления, которые сделают CLT более совместимым с выводами из исследования воплощенного познания. В результате была предложена теория воплощенной когнитивной нагрузки в качестве средства для прогнозирования полезности интерактивных функций в обучающей среде. В этой структуре преимущества интерактивной функции (например, более простой когнитивной обработки) должны превышать ее когнитивные издержки (например, координацию движений), чтобы воплощенный способ взаимодействия увеличивал результаты обучения.
С увеличением числа второстепенных задач в кабине экипажа оценка когнитивной нагрузки стала важной проблемой как для водителей автомобилей, так и для пилотов. Проблема исследования исследуется под различными названиями, такими как обнаружение сонливости, обнаружение отвлечения и так далее. Для водителей автомобилей исследователи изучали различные физиологические параметры, такие как частота сердечных сокращений, выражение лица, параметры глаз и так далее. В авиации проводятся многочисленные симуляционные исследования по анализу отвлечения и внимания пилотов с использованием различных физиологических параметров. Для пилотов военных реактивных самолетов исследователи изучали атаки с пикированием воздух-земля и записывали сердечные, ЭЭГ и параметры зрения.
Для тех, кто хочет узнать больше о теории когнитивной нагрузки, рекомендуем прочитать эти журналы и специальные выпуски этих журналов:
Стандарты эргономики см.:
