Обучение на примерах vs собственный опыт: обязательно ли для того, чтобы чему-то научиться, прийти к этому самостоятельно

Ученые на протяжении почти всего XX столетия отлично знали, что количество информации, которое можно одновременно держать в уме, весьма ограничено. А начинается эта история умственного «бутылочного горлышка» с числа «семь плюс-минус два».

Волшебное число «семь плюс-минус два»

«Меня преследует целое число, — писал психолог Гарвардского университета Джордж Миллер во вступлении к знаменитой ныне статье. — Оно всячески маскируется, бывает то чуть больше, то чуть меньше обычного, но никогда не меняется настолько, чтобы стать совсем неузнаваемым».

Далее ученый приводил ряд никак на первый взгляд не связанных между собой экспериментов, в которых встречалось то самое волшебное число — «семь плюс-минус два». Например, в них участникам предлагали различить звуки в зависимости от их высоты. Если их было всего два-три, они справлялись хорошо, но, когда их становилось больше шести, начинали ошибаться. Похожий эффект выявился и с громкостью: испытуемые успешно определяли лишь около пяти разных уровней.

Волшебное число появлялось не только при классификации звуков: участников исследования также просили оценить соленость воды, площадь квадратов, оттенки краски.

Однако и уровнями восприятия все не ограничилось. Эксперименты с памятью показали падение результатов, когда участникам приходилось запоминать больше семи значений, будь то численные разряды, цифры или слова.

«Волшебное число, — утверждал Миллер, — это не просто экспериментальное совпадение: оно указывает на фундаментальный лимит на количество вещей, которые мы можем одновременно держать в уме». Иными словами, у человеческого мышления есть «бутылочное горлышко», и гарвардский психолог показал, насколько оно узко

[Миллер указал число 7, но, возможно, он даже преувеличил возможности ума. Тщательные измерения современных психологов говорят о том, что это число ближе к четырем. См. Cowan, The Magical Number 4. Прим. авт.].

Наблюдения Миллера и других ученых привели к появлению ряда теорий, объясняющих, как наш ум обрабатывает информацию. В их числе — гипотеза, выдвинутая психологами Ричардом Аткинсом и Ричардом Шиффрином в 1968 году и ставшая известной как модальная модель человеческой памяти.

Согласно ей, мы обрабатываем сенсорную информацию — зрительные образы, звуки, ощущения тела — одновременно, но чтобы играть активную роль в наших мыслях, она должна «пролезть» через центральное «бутылочное горлышко». Это своеобразное краткосрочное хранилище, соединенное с долгосрочной памятью, резервом жизненных знаний и опыта, который остается в дремлющем состоянии, пока мы не начинаем активно что-то вспоминать.

Позже психологи Алан Бэддели и Грэхэм Хитч предложили теорию рабочей памяти, в которой объединили краткосрочное хранилище модальной модели со способностью манипулировать и изменять содержимое этого хранилища. По их предположению, мышление происходит в том узком окне сознания, где отфильтровывается и бóльшая часть наших внешних ощущений, и глубокая история прежнего опыта.

Но если мышление настолько ограничено, как мы вообще функционируем? В своей первоначальной статье Миллер указал на одну возможность.

Его эксперименты установили, что «бутылочное горлышко» ограничивается количеством вещей, а не количеством информации, в нем содержащейся. Например, попробуйте запомнить буквы Н С Ф Х Ш Б Л А Р — большинству людей это будет трудно, так как их сразу девять. Но если переставить буквы, получив ФБР, США и НХЛ, то удержать их в голове окажется уже несложно. Дело в том, что в обоих случаях мы видим одни и те же буквы, но во втором случае они представляют собой осмысленные последовательности, которые, объединенные прежним опытом, помогают легко запомнить целых девять букв — а это верхняя граница волшебного числа Миллера. Таким образом, ограничения рабочей памяти можно обойти, создавая все более сложные информационные схемы. Однако, поскольку для каждой из них необходим отдельный слот, требования к рабочей памяти эксперта совсем иные, чем у новичка, — даже если и задача, и метод решения одни и те же.

В 1995 году Андерс Эрикссон и Вальтер Кинч предложили другой способ обойти «бутылочное горлышко» разума. Как выяснилось, опыт помогает более эффективно использовать долгосрочную память в работе с краткосрочными задачами. Согласно модели Аткинсона и Шиффрина долгосрочная память — это почти бесконечное хранилище, где содержатся все воспоминания нашей жизни, и оно, в отличие от «бутылочного горлышка» рабочей памяти, представляет собой огромный резервуар. В то же время бóльшая часть нашей рабочей памяти остается инертной: у нас может храниться необходимая информация, но если мы не можем вспомнить ее при необходимости, то можно считать, что она не существует.

С помощью рутинных задач, утверждают Кинч и Эрикссон, мы учимся создавать извлекающие сигналы, которые позволяют нам держать в уме больше информации, чем обычно позволяет «бутылочное горлышко».

Доказательства представлены в эксперименте на понимание текста: участникам было предложено прочитать рассказ о разработке парового двигателя, в который через каждую строчку были вставлены отвлекающие предложения. В традиционных экспериментах с памятью, где используются бессмысленные слова или числа, подобные отвлечения быстро стирают из памяти все, что чтец пытается запомнить; любое прерывание может легко стереть информационную схему, еще не загруженную в память, — именно поэтому большинству людей приходится постоянно повторять про себя номер телефона, прежде чем набрать его. Однако участники эксперимента с рассказом Кинча и Эрикссона смогли спокойно его дочитать с минимальными затруднениями — это говорит о том, что они перенесли часть текста в более долгосрочную часть памяти и создали извлекающие сигналы, которые помогали им вспомнить, на чем они прервались.

И у миллеровского деления на последовательности, и у теории Кинча и Эрикссона есть важное ограничение: они становятся возможными только после серьезной практики. То есть последовательности необходимо сначала собрать — мы не рождаемся со знанием аббревиатур ФБР и США, а многие из тех, кто живут не в Америке, не подозревают, что такое НХЛ.

Не имея в своем распоряжении эффективных последовательностей, начинающий, по сути, вынужден загружать в рабочую память больше предметов, чем эксперт.

Точно так же и у людей, умеющих бегло читать, есть механизмы отслеживания текста, недоступные для новичков: у начинающих, например участников экспериментов Свеллера, рабочая память ограничена жестче, чем у тех, кто уже в определенной степени владеет навыком.

Обучение внутри «бутылочного горлышка»

За четыре десятилетия, прошедшие со времен первых экспериментов Свеллера, разнообразные коллективы исследователей изучили различные механизмы влияния рабочей памяти на обучение. Все эти усилия объединились в теорию когнитивной нагрузки, которая утверждает, что оптимизация пространства в рабочей памяти — это главная проблема и для учителей, и для учеников.

Суть теории когнитивной нагрузки заключается в разнице между внутренним и внешним напряжением.

Внутренняя нагрузка — это необходимые умственные усилия, которые сопровождают обучение. Чтобы получить пользу от проработанного примера, студент должен освоить его, и на это неизбежно уйдет какая-то часть пропускной способности рабочей памяти.

Напротив, внешняя нагрузка — это все умственные усилия, не связанные с обучением непосредственно. Анализ «цели — средства», который требует определенного уровня понимания ориентиров и методов их достижения, — полезная эвристика для решения задач. Но вот для обучения он не так полезен, потому что дополнительная нагрузка на рабочую память оставляет меньше возможностей для обнаружения базовых закономерностей, лежащих в основе решения задач.

Не все внешнее напряжение связано с решением задач. Эффект разделенного внимания — это дополнительная нагрузка, налагаемая рабочими материалами, которые требуют от ученика передвижения информации туда-сюда для наилучшего понимания.

Рассмотрим две диаграммы ниже. На левой информация расположена отдельно от ассоциированного с ней места рисунка, и чтобы найти нужную анатомическую область, необходимо заглянуть в легенду. Подобное ментальное дробление не является необходимым, а потому превращается в дополнительный источник внешней нагрузки. В то же время на правой диаграмме подписи расположены прямо в соответствующей анатомической области, поэтому, скорее всего, не создадут дополнительной когнитивной нагрузки, ассоциирующейся с эффектом разделенного внимания.

Эффект избыточности — это неожиданные помехи, возникающие при дублировании информации.

Диаграмма, на которой одна и та же информация представлена и в визуальном, и в текстовом виде, будет труднее для понимания по сравнению с диаграммой, где используется только один вид отображения.

Дело в том, что избыточная информация, например произнесение вслух в точности тех же слов, что написаны на слайдах, создает дополнительную нагрузку на рабочую память, так как слушатель отвлекается на фильтрование повторений. «Большинство людей считают, что предоставление учащимся дополнительной информации в худшем случае безвредно, а в лучшем может помочь, — утверждает Свеллер. — Но избыточность не бесследна: необязательная информация может быть важной причиной неудач в обучении».

Теория когнитивной нагрузки зародилась в таких областях, как алгебра и геометрия, однако недавно исследования показали, что она действует и в других, менее абстрактных отраслях.

Эксперименты с программами отслеживания взгляда демонстрируют, что студенты учатся лучше, когда могут следить за взглядом эксперта.

Очевидно, что человек с самого рождения запрограммирован следить за чужими взглядами — это является указанием, на что обращать внимание, и снижает когнитивную нагрузку в сложных ситуациях, когда с уверенностью определить наиболее важные детали не получается. Возможно, именно этим эффектом объясняется и успешное обучение художников в мастерских эпохи Возрождения: наблюдая, как работает мастер, ученик не только усваивает его методы, но и узнаёт, как он смотрит на решение художественных задач.

Дает ли самостоятельный поиск решения более глубокое понимание?

Критики проработанных примеров часто утверждают, что те приводят к поверхностному пониманию. Швейцарский психолог Жан Пиаже, в частности, произнес по этому поводу следующую знаменитую фразу: «Каждый раз, когда вы учите ребенка чему-либо, что он мог бы узнать сам, то мешаете ему изобрести это самостоятельно и, следовательно, полностью понять». Согласно таким рассуждениям когда вам показывают, как решить задачу, это по умолчанию более поверхностный опыт, чем решение этой же задачи самостоятельно.

Один из способов проверить, так ли это, состоит в том, чтобы проверить, как студенты применяют изученный метод в другой обстановке или для других проблем. Если обучение на примерах — и впрямь лишь «натаскивание на выполнение теста», это можно будет легко проверить, дав подопечным еще один тест: те из них, кто понимают тему лишь поверхностно, его провалят.

Психологи Дэвид Клар и Милена Нигам рассматривали этот вопрос в контексте обучения проведению научных экспериментов. Главная цель подобных мероприятий — узнать, влияет ли какая-то одна определенная вещь на другую, например, крутизна уклона горки на то, с какой скоростью с нее скатывается мяч. Лучший способ сделать это — сравнить пару горок, которые отличаются только уклоном, все остальные факторы при этом сделав одинаковыми: поверхность горок, мячи и так далее.

Так, Клар и Нигам решили узнать, будут ли ученики, которым дали четкие инструкции и примеры применения стратегии «изменять только одну вещь за один раз», использовать эту стратегию в новых ситуациях реже, чем те, кто открыл эту же стратегию самостоятельно. Для этого они разделили 112 учеников третьего и четвертого класса на две группы, каждую из которых попросили выполнить опыты. Одним дали четкие инструкции: описали стратегию и показали на примерах, как она работает. Другим же не дали никакой информации — лишь шанс открыть для себя этот принцип самостоятельно.

Группа, получившая инструкции, намного лучше справилась с немедленным заданием: 77% удалось успешно провести как минимум три опыта из четырех без искажения данных, а вот из группы самостоятельных успеха добились всего 23%. Это открытие само по себе не сюрприз: научиться чему-то, чему тебя учат, по определению легче, чем разбираться в теме самому.

Но что интереснее, Клар и Нигам обнаружили: ученики, которые хорошо справились с исходным заданием — вне зависимости от того, в какой группе они были, — затем сумели лучше применить эту же стратегию и на состоявшейся вскоре научной ярмарке. Это уже говорит о том, что обучение на примерах не только помогает добиться успеха большему количеству учеников, но еще и не мешает им применять полученные знания в разнообразных ситуациях.

Впрочем, одних только примеров не всегда бывает достаточно. Исследования показывают, что разделение их на «подцели» может помочь проиллюстрировать рассуждения, лежащие в основе процедуры решения задач, а поощрение самостоятельного объяснения учениками изученных примеров — улучшить понимание темы. Кроме того, проработанным примерам сложнее следовать, если в них пропущены те или иные шаги.

Очень немногие художники-любители смогут научиться писать картины так же, как мастера эпохи Возрождения, просто рассматривая репродукции: не менее важно наблюдать именно за процессом написания, а как мы увидим в четвертой главе, эксперты нередко пропускают в своих объяснениях ментальные этапы решения. Скорее всего, нам понадобится серьезная предварительная подготовка в какой-нибудь абстрактной или интеллектуальной теме, прежде чем мы сможем понять, чем все-таки занят эксперт, просто наблюдая за его физическими действиями. Тем не менее эксперимент Клара и Нигам, а также работы теоретиков когнитивной нагрузки ставят под сомнение общепринятое мнение, что знания, полученные путем наблюдения за примерами, по определению более поверхностны, чем те, что приобретены через непосредственный опыт.