Коннекціонізм: теорія, принципи та застосування в навчанні

Едвард Л. Торндайк (1874–1949) був видатним американським психологом, чия теорія навчання – конекціонізм – домінувала в Сполучених Штатах протягом першої половини двадцятого століття (Mayer, 2003). На відміну від багатьох ранніх психологів, він цікавився освітою і особливо навчанням, переносом, індивідуальними відмінностями та інтелектом (Hilgard, 1996; McKeachie, 1990). Він застосував експериментальний підхід при вимірюванні результатів успішності студентів. Його вплив на освіту відображений у Премії Торндайка, найвищій нагороді, що присуджується Відділом освітньої психології Американської психологічної асоціації за видатний внесок в освітню психологію.

Основною працею Торндайка є тритомна серія «Освітня психологія» (Thorndike, 1913a, 1913b, 1914). Він постулював, що найфундаментальніший тип навчання передбачає формування асоціацій (зв'язків) між сенсорними переживаннями (сприйняття стимулів або подій) і нервовими імпульсами (реакціями), які проявляються поведінково. Він вважав, що навчання часто відбувається методом спроб і помилок (вибір і з'єднання).

Торндайк почав вивчати навчання з серії експериментів на тваринах (Thorndike, 1911). Тварини в проблемних ситуаціях намагаються досягти мети (наприклад, отримати їжу, дістатися до місця призначення). З-поміж багатьох реакцій, які вони можуть виконати, вони вибирають одну, виконують її та відчувають наслідки. Чим частіше вони реагують на стимул, тим міцніше ця реакція пов'язується з цим стимулом.

У типовій експериментальній ситуації кішку поміщають у клітку. Кішка може відкрити люк для втечі, штовхнувши палицю або потягнувши за ланцюг. Після серії випадкових реакцій кішка зрештою тікає, зробивши реакцію, яка відкриває люк. Потім кішку повертають у клітку. З кожною спробою кішка швидше досягає мети (втекла) і робить менше помилок перед правильною реакцією.

Навчання методом спроб і помилок відбувається поступово (інкрементально), оскільки успішні реакції встановлюються, а невдалі відкидаються. Зв'язки утворюються механічно через повторення; свідоме усвідомлення не є необхідним. Тварини не «здогадуються» і не «мають інсайту». Торндайк розумів, що навчання людини є більш складним, оскільки люди займаються іншими типами навчання, що включають поєднання ідей, аналіз і міркування (Thorndike, 1913b). Тим не менш, подібність у результатах досліджень на тваринах і людях змусила Торндайка пояснювати складне навчання за допомогою елементарних принципів навчання. Освічена доросла людина володіє мільйонами зв'язків між стимулом і реакцією.

Основні ідеї Торндайка про навчання втілені в Законах вправи та ефекту. Закон вправи має дві частини: Закон використання — реакція на стимул посилює їхній зв'язок; Закон невикористання — коли реакція не відбувається на стимул, сила зв'язку слабшає (забувається). Чим довший часовий інтервал до того, як відбувається реакція, тим більшим є зменшення сили зв'язку.

Закон ефекту є центральним у теорії Торндайка (Thorndike, 1913b):

Коли відбувається змінний зв'язок між ситуацією та реакцією і супроводжується або за ним слідує задовільний стан речей, сила цього зв'язку збільшується: коли відбувається і супроводжується або за ним слідує неприємний стан речей, його сила зменшується.

Реакції, що призводять до задовільних (винагороджувальних) наслідків, засвоюються; реакції, що викликають неприємні (каральні) наслідки, не засвоюються. Це функціональний погляд на навчання, оскільки задоволення (реакції, що дають бажані результати) дозволяють індивідам адаптуватися до свого середовища.

Наступне дослідження ілюструє застосування Закону ефекту (Thorndike, 1927). Учасникам показували 50 смужок паперу, довжиною від 3 до 27 сантиметрів (см), по одній за раз. Поруч із кожною смужкою була друга смужка, про яку учасники знали, що вона 10 см завдовжки. Спочатку вони оцінювали довжину кожної смужки без зворотного зв'язку. Після цього попереднього тесту 50 смужок знову представляли, по одній за раз. Після кожної оцінки експериментатор казав їм “правильно” або “неправильно”. Після того, як 50 смужок повторювали протягом декількох днів, їх знову показували без зворотного зв'язку про точність суджень про довжину. Після тренування оцінки довжини учасників більше наближалися до фактичної довжини смужок, ніж їхні попередні оцінки. Торндайк дійшов висновку, що ці результати, які були подібні до результатів експериментів, в яких тварини були винагороджені їжею або свободою, підтверджують ідею про те, що задовільні (правильні) зв'язки стимул-реакція посилюються, а неприємні (неправильні) - послаблюються.

Теорія Торндайка (1913b) включала інші принципи, важливі для освіти. Один із принципів – Закон готовності, який стверджує, що коли людина підготовлена (готова) діяти, то робити це – винагорода, а не робити – покарання. Якщо людина голодна, то реакції, які ведуть до їжі, перебувають у стані готовності, тоді як інші реакції, які не ведуть до їжі, не перебувають у стані готовності. Якщо людина втомлена, то примушування до фізичних вправ є покаранням. Застосовуючи цю ідею до навчання, ми можемо сказати, що коли учні готові вивчити певну дію (з точки зору рівня розвитку або попереднього набуття навичок), то поведінка, яка сприяє цьому навчанню, буде винагородою. Коли учні не готові до навчання або не володіють необхідними навичками, то спроба вчитися є покаранням і марною тратою часу.

Принцип асоціативного перенесення відноситься до ситуації, в якій реакції на певний стимул з часом виникають на зовсім інший стимул, якщо під час повторних спроб відбуваються невеликі зміни в природі стимулу. Наприклад, щоб навчити учнів ділити двозначне число на чотиризначне, ми спочатку вчимо їх ділити однозначне число на однозначне, а потім поступово додаємо більше цифр до дільника і діленого.

Принцип ідентичних елементів впливає на перенесення (узагальнення), або ступінь, в якій посилення або послаблення одного зв'язку викликає подібну зміну в іншому зв'язку (Hilgard, 1996; Thorndike, 1913b; див. Розділ 7). Перенесення відбувається, коли ситуації мають ідентичні елементи і вимагають подібних реакцій. Торндайк і Вудворт (1901) виявили, що практика або тренування навички в певному контексті не покращує здатності людини виконувати цю навичку в цілому. Таким чином, тренування з оцінювання площі прямокутників не покращує здатності учнів оцінювати площі трикутників, кіл і фігур неправильної форми. Навички слід викладати з різними типами навчального контенту, щоб учні розуміли, як їх застосовувати.

Торндайк переглянув закони вправи та ефекту після того, як інші дослідницькі дані їх не підтвердили (Thorndike, 1932). Торндайк відкинув Закон вправи, коли виявив, що просте повторення ситуації не обов’язково “закріплює” реакції. В одному експерименті, наприклад, учасники заплющували очі та креслили лінії, які, на їхню думку, були 2, 4, 6 і 8 дюймів завдовжки, сотні разів протягом кількох днів, без зворотного зв’язку щодо точності довжини (Thorndike, 1932). Якщо Закон вправи був правильним, то реакція, яка найчастіше виконувалася протягом перших 100 або близько того креслень, мала б ставати більш частою згодом; але Торндайк не знайшов підтримки цієї ідеї. Натомість, середня довжина змінювалася з часом; люди, очевидно, експериментували з різною довжиною, тому що не були впевнені у правильній довжині. Таким чином, повторення ситуації може не збільшити майбутню ймовірність виникнення тієї ж реакції.

Щодо Закону ефекту, Торндайк спочатку вважав, що ефекти задоволень (нагород) і подразників (покарань) є протилежними, але порівнянними, але дослідження показали, що це не так. Швидше, нагороди зміцнювали зв’язки, але покарання не обов’язково їх послаблювало (Thorndike, 1932). Натомість, зв’язки послаблюються, коли альтернативні зв’язки зміцнюються. В одному дослідженні (Thorndike, 1932) учасникам були представлені рідковживані англійські слова (наприклад, edacious, eidolon). За кожним словом слідували п’ять поширених англійських слів, одне з яких було правильним синонімом. У кожному випробуванні учасники вибирали синонім і підкреслювали його, після чого експериментатор говорив “правильно” (нагорода) або “неправильно” (покарання). Нагорода покращувала навчання, але покарання не зменшувало ймовірність виникнення цієї реакції на це слово-стимул.

Покарання пригнічує реакції, але вони не забуваються. Покарання не є ефективним засобом зміни поведінки, оскільки воно не вчить учнів правильній поведінці, а лише інформує їх про те, чого не слід робити. Це також стосується когнітивних навичок. Браун і Бертон (1978) виявили, що учні вивчають хибні алгоритми (неправильні правила) для розв’язання задач (наприклад, віднімання меншого числа від більшого, стовпчик за стовпчиком, 4371 - 2748 = 2437). Коли учням повідомляють, що цей метод неправильний, і дають виправний зворотний зв’язок і практику у правильному розв’язанні задач, вони вивчають правильний метод, але не забувають старий спосіб.

Будучи професором педагогіки в Педагогічному коледжі Колумбійського університету, Торндайк писав книги, в яких розглядалися такі теми, як освітні цілі, процеси навчання, методи викладання, послідовності навчальних програм і методи оцінювання освітніх результатів (Hilgard, 1996; Mayer, 2003; Thorndike, 1906, 1912; Thorndike & Gates, 1929). Ось деякі з багатьох внесків Торндайка в освіту.

Принципи навчання

Вчителі повинні допомагати учням формувати корисні звички. Як зазначав Торндайк (1912):

• Формуйте звички. Не чекайте, що вони створяться самі по собі.
• Стережіться формування звички, яку пізніше доведеться зламати.
• Не формуйте дві або більше звичок, коли однієї буде достатньо.
• За інших рівних умов, нехай звичка формується так, як її потрібно буде використовувати.

Останній принцип застерігає від навчання змісту, який відірваний від його застосування: «Оскільки форми прикметників у німецькій чи латинській мовах завжди використовуються з іменниками, їх слід вивчати з іменниками» (стор. 174). Учні повинні розуміти, як застосовувати знання та навички, які вони здобувають. Використання слід вивчати разом зі змістом.

Послідовність навчальних програм

Навичку слід вводити (Thorndike & Gates, 1929):

• У той час або безпосередньо перед тим, коли її можна буде використати в якийсь корисний спосіб
• У той час, коли учень усвідомлює потребу в ній як у засобі задоволення якоїсь корисної мети
• Коли вона найбільше відповідає складності здібностям учня
• Коли вона найбільше гармоніюватиме з рівнем і типом емоцій, смаків, інстинктивних і вольових схильностей, найбільш активних у цей час
• Коли вона найбільше полегшується безпосередньо попередніми навчаннями і коли вона найбільше полегшить навчання, які мають відбутися незабаром.

Ці принципи суперечать типовому розміщенню контенту в школах, де контент розділений за предметами (наприклад, суспільствознавство, математика, природознавство). Але Торндайк і Гейтс (1929) наполягали на тому, щоб знання та навички викладалися з різних предметів. Наприклад, форми правління є доречними темами не лише в громадянській освіті та історії, але й в англійській мові (як уряди відображаються в літературі) та іноземній мові (структура уряду в інших країнах).

Ментальна дисципліна

Ментальна дисципліна - це погляд, що вивчення певних предметів (наприклад, класики, математики) покращує загальне розумове функціонування краще, ніж вивчення інших предметів. Ментальна дисципліна була популярним поглядом серед педагогів за часів Торндайка. Він перевірив цю ідею на 8500 учнях 9-11 класів (Thorndike, 1924). Учні проходили тести на інтелект з інтервалом в один рік, і їхні програми навчання в цьому році порівнювалися, щоб визначити, чи пов'язані певні курси з більшими інтелектуальними досягненнями. Результати не підтвердили ментальну дисципліну. Учні, які мали більші здібності на початку, досягали найкращих успіхів незалежно від того, що вони вивчали.

Торндайк (1924, стор. 95):

Якби наше дослідження проводив психолог з Марса, який нічого не знав про теорії ментальної дисципліни і просто намагався відповісти на запитання: «Який вплив статі, раси, віку, рівня здібностей і предметів, що вивчаються, на приріст здатності мислити, або інтелекту, або чогось, що вимірюють наші стандартні тести інтелекту, досягнутий протягом року», він міг би навіть відкинути «предмети, що вивчаються» з коментарем: «Відмінності настільки малі, а ненадійність відносно настільки велика, що цей фактор здається неважливим». Єдиним причинним фактором, який, безсумнівно, працював би, був би вже існуючий інтелект. Ті, хто має найбільше на початку, досягають найбільшого протягом року.

Тому замість того, щоб припускати, що деякі предмети покращують розумові здібності учнів краще, ніж інші, ми повинні оцінювати, як різні предмети впливають на здатність учнів мислити, а також на інші результати (наприклад, інтереси, цілі). Впливове дослідження Торндайка змусило педагогів переробити навчальні програми, відійшовши від ідеї ментальної дисципліни.