Огляд

Викладання: хв
Вправи: хв

Питання

Цілі

У нашій останній темі про те, як люди навчаються (і, отже, як ми можемо бути більш ефективними інструкторами), ми дізнаємося більше про людську пам’ять: зокрема, як зняти непотрібне «навантаження», щоб полегшити навчання.

Типи пам’яті

Навчання включає пам’ять. Для наших цілей людську пам’ять можна розділити на дві різні шари. Перший називається довгостроковим. Тут ми зберігаємо постійну інформацію, як-от наші паролі та домашню адресу. Він по суті необмежений (за винятком травм або хвороб, ми помремо, перш ніж він заповниться) але доступ до нього повільний.

Наш другий шар пам’яті називається короткостроковим. Це тип пам’яті, який ви використовуєте, щоб активно думати про речі, і він часто називається робочою пам’яттю. Це набагато швидше, але також набагато менше: у 1956 році Джордж Міллер підрахував, що короткострокова пам’ять середньостатистичного дорослого може втримати 7±2 об’єктів на кілька секунд, перш ніж щось втратить. Ось [чому телефонні номери зазвичай складаються з 7 або 8 цифр][телефонні номери]: коли телефони мали циферблати замість клавіатури, це була найдовша послідовність цифр, яку більшість дорослих могли точно пам’ятати стільки часу, скільки знадобилося циферблату, щоб обертатися і обертатися.

Останні дослідження показують, що короткострокова пам’ять насправді навіть менша. Незалежно від її точного розміру, який може відрізнятися залежно від людей і контекстів, ми знаємо, що короткочасна пам’ять є обмеженою. Це має важливі наслідки для навчання. Якщо ми надамо нашим слухачам великі обсяги інформації, не даючи їм можливості попрактикуватися в його використанні (і таким чином перенести його в довготривалу пам’ять), вони не збережуть матеріал, як і у випадку, якщо ми представимо невеликі обсяги інформації з вкрапленнями можливості практики. Це ще одна причина, чому важливо йти повільно і використовувати досить часто формуюче оцінювання.

Перевірте свою робочу пам’ять (5 хвилин)

This website implements a short test of working memory.

Витратьте 5 хвилин на виконання вправи. Який твій бал? Напишіть свою відповідь в Etherpad.

Проверьте свою рабочую память — аналоговая версия (5 мін.)

Прочитайте наведений нижче список і спробуйте запам’ятати слова з нього:

кіт, яблуко, м’яч, дерево, квадрат, голова, будинок, двері, скринька, машина, король, молоток, молоко, риба, книга, стрічка, стріла, квітка, ключ, черевик

Не переглядаючи список знову, запишіть стільки слів зі списку, скільки ви запам’ятали. Скільки ви запам’ятали? Напишіть свою відповідь в Etherpad.

Більшість людей пам’ятають лише 5-7 слів. Не хвилюйтеся, якщо ви запам’ятали менше - багато факторів можуть впливати на короткочасну пам’ять у різних ситуаціях. На щастя, є методи, які ми можемо використовувати для покращення нашої ефективної короткочасної пам’яті. Ми проілюструємо один із цих методів, а потім опишемо, як це можна застосувати до нашого семінару.

Стратегії управління пам’яттю

Отже, наша роль як інструкторів полягає в тому, щоб допомогти нашим слухачам, не займаючи їх короткострокову пам’ять занадто великою кількістю інформації, частково через надання стратегій запамятовування і вправ, які допоможуть їм сформувати зв’язки для переміщення понять у довгострокову пам’ять. Які існують інструменти для цього?

Групування

Один з таких інструментів – явне формування зв’язків або груп. Наш розум може зберігати більшу кількість фактів у короткочасній пам’яті, створюючи фрагменти або зв’язки між окремими елементами, завдяки чому вони запам’ятовуються як єдиний елемент. Наприклад, більшість із нас запам’ятає слово, яке ми прочитали, як одне ціле («кіт») ніж як послідовність літер (“k-і-т”). Подібним чином візерунок із п’яти плям на картках або кубику запам’ятовується як єдине ціле, а не як п’ять окремих частин інформації.

Поліпшення короткострокової пам’яті за допомогою групування

Повторіть вправу на пам’ять, яку ви робили раніше, але цього разу спробуйте зі слів, які ви бачите, скласти короткі розповіді чи фрази чи візуальний образ.

Напишіть кількість слів, які ви запам’ятали, в Etherpad. Як це можна порівняти з вашою першою спробою?

Зберігання слів у групах зменшує кількість ефективних елементів у вашій короткостроковій пам’яті, що дозволяє зберегти більше інформації у вашій голові одночасно. Це одна з причин, чому дуже важливо допомагати нашим слухачам побачити зв’язки між поняттями, яким ми навчаємо.

Активне навчання через формуюче оцінювання

Формуюче оцінювання є ключовим компонентом, який допомагає слухачам зміцнити своє розуміння і переносити ідеї з короткострокової пам’яті в довгострокову. Важливо часто використовувати формуюче оцінювання, щоб допомогти слухачам перенести нові концепції у довгострокову пам’ять, перш ніж їх короткострокова пам’ять заповниться. Також було б корисно використовувати інструменти педагогічного планування для визначення кількості понять які мають вводитися на семінарі, і моментів включення формуючого оцінювання.

Концептуальні рамки

Аналогічно втіленню ідеї “рухатися поступово”, важливо обмежити кількість понять, що вводяться на семінарі; незалежно від того, скільки вправ або формуючих оцінок ви робите, ви не можете подолати ліміт інформації, яка може бути збережена в короткостроковій пам’яті.

Концептуальні карти як інструменти планування навчання

Одним з інструментів, який можна використовувати для ідентифікації множини понять, представлених на семінарі, є концептуальна карта. Концептуальна карта – це зображення чиєїсь розумової моделі предметної області: факти подані як бульбашки, а зв’язки позначені дугами. Важливо, щоб вони були марковані: Висловлювання «X і Y зв’язані між собою» буде корисним, лише якщо ми пояснимо, який тип зв’язку застосовано.

Щоб показати, як виглядають концептуальні карти, розглянемо приклад циклу for в Python:

for ch in "abc":
    print(2*ch)

У цьому циклі використовуються три ключові поняття:

Ключові зв’язки, які є такими ж важливими, як і самі поняття, вигляду:

Швидкий підрахунок показує, що насправді тут є 6 концептів, не тільки 3, тому ми вже починаємо працювати над межами короткострокової пам’яті. Якщо ми додамо ще два факти, щоб показати речі, які зазвичай (але не завжди) правдиві:

загальна кількість зростає до 8, що є хорошим розміром для одного навчального епізоду. Кілька інших концептуальних карт, створених попередніми учасниками цього навчального курсу, перераховані нижче:

• Array Math
• Conditionals
• Creating and Destroying Files
• Sets and Dictionaries in Python
• Input and Output
• Lists and Loops
• Git Version Control
• Library Carpentry Foundations

Більшість із них значно перевищують наш рекомендований ліміт, але це не обов’язково погано. Інструктор може створити концептуальну карту для всієї теми, і використовувати це, щоб вирішити, де запровадити формуюче оцінювання, щоб уникнути перевантаження короткострокової пам’яті.

Дуже важливо перед викладанням на семінарі застосовувати таку техніку, як побудова концептуальної карти

• інструктор має визначити, скільки окремих фрагментів інформації протягом кожної частини семінару потрібно буде «зберігати» в пам’яті . Це може бути особливо корисним для експертів, які намагаються розпакувати свої власні знання.

Концептуальні карти

Створіть намальовану від руки концептуальну карту для частини уроку Carpentry, яку ви б викладали протягом п’яти хвилин (тобто кількість матеріалу, який ви б викладали перед проведенням формуючого оцінювання). Ви можете використовувати ту саму тему, щодо якої ви створили питання з множинним вибором, або іншу тему. Дискутуйте з партнером і критикуйте карти один одного. Є якісь поняття, яких бракує на карті вашого партнера, та які б ви включили? Є більше, ніж жменька понять у вашій карті? Якщо так, то як би ви повторно розділили ці концепції, щоб уникнути перевантаження короткострокової пам’яті ваших слухачів

Виділіть 10 хвилин, щоб намалювати концептуальні карти та поділитися ними з вашим сусідом. Після завершення напишіть «готово» в чаті Etherpad.

Інше використання концептуальних карт

Крім допомоги в плануванні проведення формувального оцінювання, концептуальні карти можуть бути використані багатьма іншими способами:

. Сприяти самостійному оформленню семінару, допомагаючи авторам побудувати схему результатів навчання.

1. Сприяти спілкуванню з колегами-розробниками уроків.
2. Сприяти спілкуванню зі слухачами. Можна дати слухачам попередньо побудовану карту на початку уроку та заохотити надавати коментарі, але краще малювати карту по частинах під час навчання щоб зміцнити зв’язок між тим, що на карті, і тим, що сказав інструктор.
3. Концептуальні карти можна використовувати як вправу для обговорення в класі. Об’єднайте слухачів у малі групи (по 2-4 особи в кожній), роздайте кожній групі папірці з кількома ключовими поняттями, і попросіть їх побудувати концептуальну карту на дошці, розмістивши ці наліпки, з’єднуючи їх позначеними дугами, і додаючи будь-які інші поняття, які вони вважають за потрібне.
4. Концептуальні карти також є корисною технікою формуючого оцінювання: якщо слухачі намалюють концептуальні карти того, що вони думають про те, що вони щойно почули, інструктор може визначити, що пропущено або залишилось незрозумілим.

Чому керована практика важлива

Інший спосіб подумати про проблему управління пам’яттю - через теорію когнітивного навантаження. Ця теорія передбачає, що під час навчання людям доводиться мати справу з трьома речами:

• Внутрішнє навантаження – це те, про що вони повинні пам’ятати, щоб виконати навчальне завдання.
• Німецьке навантаження — це (бажане) розумове зусилля, необхідне для створення зв’язків між новою та старою інформацією (що є однією з ознак, яка відрізняє навчання від запам’ятовування).
• Стороннє навантаження - це все інше, що відволікає або заважає.

Прихильники теорії когнітивного навантаження стверджують, що усунення стороннього когнітивного навантаження прискорює навчання. Це можна зробити з використанням керованої практики: ми створили структуру, за якою слухачі можуть застосовувати свої навички ціленаправлено та отримувати відгуки про свій прогрес.

Чому ми не використовуємо техніку мінімального керівництва

Альтернативою керованій практиці є підхід мінімального керівництва, де услухачам надаються вихідні матеріали (наприклад, текст або посилання) і завдання дослідити та навчитися вирішувати проблеми самостійно. Техніка мінімального керівництва походить від іншої стратегії навчання, також відомої як конструктивізм, відкриття, технологія проблемного навчання, експериментальна або навчання на основі запитів.

Можливо, ви чули про деякі з цих стратегій, і вони не безуспішні! Але в цілому ці стратегії не спрацьовують. Теорія когнітивного навантаження, представлена Kirshner et al. у відповідь на популярність і нерівний успіх цих підходів застосовує те, що ми знаємо про когнітивну архітектуру людей, щоб зрозуміти, чому мінімальне керівництво часто не дає результатів.

Мінімально кероване навчання вимагає від слухачів одночасно освоїти фактичний зміст предметної області і стратегії пошуку та вирішення проблем. Розвиток творчості та незалежності є інтуїтивно привабливим, але це не означає, що він працює.

У рамках теорії когнітивного навантаження можна зробити деякі додаткові прогнози.

Одним із прикладів є робота Майєра та його колег ефект розділеної уваги. Мовні та візуальні дані обробляються різними частинами людського мозку, лінгвістичні та візуальні спогади також зберігаються окремо. Це означає, що кореляція різних мовних, слухових та зорових потоків інформації потребує когнітивних зусиль: коли хтось читає одне, чуючи вголос щось інше, його мозок не може не перевірити, чи отримує він однакову інформацію на обох каналах. Розбіжності між цими каналами збільшують когнітивне навантаження та знижують здатність до навчання. Таким чином, навчання є більш ефективним, коли інформація, що подається одночасно у двох різних каналах є надлишковою, а не різною.

Для наших семінарів це означає, що інструктор має вимовляти команди мови програмування вголос, коли він вводить їх на екрані, залучаючи слухачів до [активного кодування] (../14-live/).

Керована практика

Як ми реалізуємо керовану практику, зменшуючи тягар стороннього когнітивного навантаження та дозволяючи слухачам зосередитися на тому, що важливо? Є багато різних типів вправ, які реалізують цю керовану практику; декілька перераховані в цьому дописі в блозі Грега Вілсона, зокрема Проблеми Парсона та діаграми маркування.

Щоб дізнатися більше про конкретну практичну вправу, яка називається вицвітаючі приклади, читайте далі.

Відповідно до теорії когнітивного навантаження, пошук стратегії вирішення є додатковим тягарем. на додаток до застосування цієї стратегії. Тому ми можемо прискорити навчання, надаючи слухачам робочі приклади, які показують їм проблему та детальне покрокове рішення, за якими слідує серія вицвітаючих прикладів. Перший з них представляє майже повне використання тієї самої стратегії вирішення проблеми з невеликою кількістю пропусків, які повинен заповнити слухач. Наступна задача також такого ж типу, але має більше порожніх місць, і так далі, доки слухача не попросять розв’язати всю проблему цілком.

Вицвітаючі приклади працюють, тому що вони поступово вводять стратегію вирішення проблеми. На кожному кроці слухачі мають одну нову проблему для вирішення. Це менш лякає, ніж порожній екран або чистий аркуш паперу. Це також заохочує слухачів думати про схожість і відмінність між різними підходами, що допомагає створити зв’язки в розумовій моделі, яку хочуть сформувати інструктори.

Наприклад, інструктор, який викладає Python, може почати з пояснення цього:

def total_length(words):
    """Повертає загальну довжину всіх слів у списку.

   Приклад:
       total_length(["red", "green", "blue"]) => 12
    """
    total = 0
    for word in words:
        total += len(word)
    return total

потім попросіть слухачів заповнити пропуски в:

def word_lengths(words):
    """Повертає загальну довжину всіх слів у списку.

    Приклад:
        word_lengths(["red", "green", "blue"]) => [3, 5, 4]
    """
    lengths = ____
    for word in words:
        lengths ____
    return lengths

Наступною проблемою може бути:

def concatenate_all(words):
    """Об’єднує всі слова зі списку в одне.

    Приклад:
        concatenate_all(["red", "green", "blue"]) => "redgreenblue"
    """
    result = ____
    for ____ in ____:
        ____
    return result

і нарешті слухачам буде запропоновано взятися за:

def acronymize(words):
    """Повертає першу літеру кожного слова у списку, написаному великими літерами в одному рядку.

    Приклад:
        acronymize(["red", "green", "blue"]) => "RGB"
    """
    ____

Інша ситуація, в якій концептуальна карта може бути корисною, полягає у вирішенніЮ де саме розмістити порожні місця у вицвітаючому прикладі. Кожен пропуск (або набір пропусків) має точно відповідати одному концепту у вашій концептуальній карті.

##Створення вицвітаючого прикладу на семінарі (необов’язково)

Наступну вправу слід виконувати в групах по 2-3 особи.

1. Виберіть блок коду з існуючого семінару Carpentry, або з іншої лекції, яку ви нещодавно викладали.
2. Замініть 2-3 фрагменти коду пропусками.
3. Напишіть запитання, щоб перевірити здатність слухача правильно заповнити цей пропуск.
4. Вставте свій вицвітаючий приклад у Etherpad.

Ця вправа займає близько 10 хвилин.

Рішення

Ваше рішення цієї вправи може виглядати подібно до прикладу, який наведено вище, або щось на зразок цього:

Питання У цьому прикладі ми наведемо графік зміну очікуваної тривалості життя з часом у вигляді лінійного графіка, що надає кожній країні унікальний колір і кожному континенту власну унікальну панель або фасету. Що б ви додали до порожніх місць, щоб створити цей графік?

ggplot(data = az.countries, aes(x = year, y = lifeExp, color = ________)) +
geom_line() + facet_wrap( ~ _______)

Відповідь країна і континент

Висновки

Процес навчання стримується межами короткострокової пам’яті. Для перенесення нової інформації в довгострокову пам’ять, вона повинна активно застосовуватися, але діяльність, яка висуває надмірні вимоги до короткострокової пам’яті, може спричинити когнітивне перевантаження та легко зашкодити мотивації слухачів. Навчальні інструменти, що розширюють короткострокову пам’ять завдяки підвищенню зв’язності (групуванню) нових концепцій, можуть покращити результати для наступних вправ, що потребують інтенсивної пам’яті. Формуюче оцінювання, коли воно виконується, часто допомагає слухачам, пропонуючи їм застосувати новий вміст до того, як він був перезаписаний. Вицвітаючі приклади або інші типи керованої практики мінімізують вимоги до короткострокової пам’яті та пропонують такий контекст, що допомагає покращити зв’язок для майбутньої роботи, в якому “риштування” контекстної підтримки можна поступово видаляти. Усе, що ви можете зробити, щоб а) визнати та б) підтримати слухачів у роботі з обмеження короткострокової пам’яті, підвищить ефективність вашого навчання.

Ключові моменти