Teoría del Procesamiento de la Información: Aplicaciones Educativas

Los principios de procesamiento de la información se han aplicado cada vez más a los entornos de aprendizaje escolar. La relevancia de la teoría para la educación seguirá expandiéndose con futuras investigaciones. Tres aplicaciones instruccionales que reflejan los principios de procesamiento de la información son los organizadores anticipados, las condiciones del aprendizaje y la carga cognitiva.

Los organizadores anticipados son declaraciones amplias presentadas al comienzo de las lecciones que ayudan a conectar el material nuevo con el aprendizaje previo (Mayer, 1984). Los organizadores dirigen la atención de los estudiantes a los conceptos importantes que se deben aprender, resaltan las relaciones entre las ideas y vinculan el material nuevo con lo que los estudiantes saben (Faw & Waller, 1976). Los organizadores también pueden ser mapas que se muestran con texto adjunto (Verdi & Kulhavy, 2002). Se asume que las estructuras cognitivas de los estudiantes están organizadas jerárquicamente de modo que los conceptos inclusivos subsumen a los subordinados. Los organizadores proporcionan información en los niveles superiores de las jerarquías.

La base conceptual de los organizadores se deriva de la teoría del aprendizaje significativo por recepción de Ausubel (1963, 1968, 1977, 1978; Ausubel & Robinson, 1969). El aprendizaje es significativo cuando el material nuevo tiene una relación sistemática con conceptos relevantes en la MLP; es decir, el material nuevo expande, modifica o elabora información en la memoria. La significatividad también depende de variables personales como la edad, las experiencias previas, el estatus socioeconómico y la formación educativa. Las experiencias previas determinan si los estudiantes encuentran el aprendizaje significativo.

Ausubel defendió la enseñanza deductiva: Primero se enseñan las ideas generales, seguidas de los puntos específicos. Esto requiere que los profesores ayuden a los estudiantes a dividir las ideas en puntos más pequeños y relacionados y a vincular las nuevas ideas con contenido similar en la memoria. En términos de procesamiento de información, los objetivos del modelo son expandir las redes proposicionales en la MLP añadiendo conocimiento y establecer vínculos entre las redes. La enseñanza deductiva funciona mejor con estudiantes mayores (Luiten, Ames, & Ackerson, 1980).

Los organizadores anticipados preparan el escenario para el aprendizaje significativo por recepción. Los organizadores pueden ser expositivos o comparativos. Los organizadores expositivos proporcionan a los estudiantes nuevos conocimientos necesarios para comprender la lección. Los organizadores expositivos incluyen definiciones de conceptos y generalizaciones. Las definiciones de conceptos establecen el concepto, un concepto superordinado y las características del concepto. Al presentar el concepto de “animal de sangre caliente”, un profesor podría definirlo (es decir, animal cuya temperatura corporal interna permanece relativamente constante), relacionarlo con conceptos superordinados (reino animal) y dar sus características (aves, mamíferos). Las generalizaciones son declaraciones amplias de principios generales de los que se extraen hipótesis o ideas específicas. Una generalización apropiada para el estudio del terreno sería: “Menos vegetación crece a mayores altitudes”. Los profesores pueden presentar ejemplos de generalizaciones y pedir a los estudiantes que piensen en otros.

Los organizadores comparativos introducen material nuevo estableciendo analogías con material familiar. Los organizadores comparativos activan y vinculan redes en la MLP. Si un profesor estuviera impartiendo una unidad sobre el sistema circulatorio del cuerpo a estudiantes que han estudiado sistemas de comunicación, el profesor podría relacionar los sistemas circulatorio y de comunicación con conceptos relevantes como la fuente, el medio y el objetivo. Para que los organizadores comparativos sean eficaces, los estudiantes deben tener una buena comprensión del material utilizado como base para la analogía. Los estudiantes también deben percibir la analogía fácilmente. La dificultad para percibir las relaciones análogas dificulta el aprendizaje.

La evidencia sugiere que los organizadores promueven el aprendizaje y la transferencia (Ausubel, 1978; Faw & Waller, 1976; Mautone & Mayer, 2007). Los mapas son organizadores eficaces y se prestan bien a la integración en las lecciones a través de la tecnología (Verdi & Kulhavy, 2002). Mayer (1979) informó sobre una investigación con estudiantes universitarios que no tenían experiencia en programación informática. A los estudiantes se les dio material de programación para estudiar; a un grupo se le dio un modelo conceptual como organizador, mientras que el otro grupo recibió el mismo material sin el modelo. El grupo del organizador anticipado obtuvo mejores resultados en los elementos de la prueba posterior que requerían transferencia a elementos diferentes de los que se discutieron en el material de instrucción. Los organizadores pueden ayudar a los estudiantes a relacionar el material nuevo con un conjunto más amplio de experiencias, lo que facilita la transferencia.

Una de las teorías instruccionales más conocidas basadas en principios cognitivos fue formulada por Robert Gagné (1985). Esta teoría involucra las condiciones del aprendizaje, o las circunstancias que prevalecen cuando ocurre el aprendizaje (Ertmer, Driscoll, & Wager, 2003). Dos pasos son críticos. El primero es especificar el tipo de resultado del aprendizaje; Gagné identificó cinco tipos principales (discutidos más adelante). El segundo es determinar los eventos del aprendizaje, o factores que hacen una diferencia en la instrucción.

Resultados del Aprendizaje

Gagné (1984) identificó cinco tipos de resultados del aprendizaje: habilidades intelectuales, información verbal, estrategias cognitivas, habilidades motoras y actitudes (Tabla 'Resultados del aprendizaje en la teoría de Gagné').

Las habilidades intelectuales incluyen reglas, procedimientos y conceptos. Son formas de conocimiento procedimental o producciones. Este tipo de conocimiento se emplea al hablar, escribir, leer, resolver problemas matemáticos y aplicar principios científicos a problemas.

La información verbal, o conocimiento declarativo, es conocimiento de que algo es el caso. La información verbal involucra hechos o prosa significativamente conectada recordada verbatim (e.g., palabras de un poema o el “Star Spangled Banner”). Los esquemas son formas de información verbal.

Las estrategias cognitivas son procesos de control ejecutivo. Incluyen habilidades de procesamiento de información tales como prestar atención a nueva información, decidir ensayar información, elaborar, usar estrategias de recuperación de la MTL y aplicar estrategias de resolución de problemas.

Las habilidades motoras se desarrollan a través de mejoras graduales en la calidad (suavidad, sincronización) de los movimientos logrados a través de la práctica. Mientras que las habilidades intelectuales pueden adquirirse abruptamente, las habilidades motoras se desarrollan gradualmente con práctica continua y deliberada (Ericsson et al., 1993). Las condiciones de práctica difieren: las habilidades intelectuales se practican con diferentes ejemplos; la práctica de habilidades motoras involucra la repetición de los mismos movimientos musculares.

Las actitudes son creencias internas que influyen en las acciones y reflejan características tales como la generosidad, la honestidad y el compromiso con una vida saludable. Los profesores pueden organizar las condiciones para el aprendizaje de habilidades intelectuales, información verbal, estrategias cognitivas y habilidades motoras, pero las actitudes se aprenden indirectamente a través de experiencias y exposiciones a modelos vivos y simbólicos (televisados, grabados en video).

Eventos del Aprendizaje

Los cinco tipos de resultados del aprendizaje difieren en sus condiciones. Las condiciones internas son habilidades prerrequisito y requisitos de procesamiento cognitivo; las condiciones externas son estímulos ambientales que apoyan los procesos cognitivos del aprendiz. Uno debe especificar lo más completamente posible ambos tipos de condiciones al diseñar la instrucción.

Las condiciones internas son las capacidades actuales de los aprendices almacenadas en la MLP como conocimiento. Las señales instruccionales de los profesores y los materiales activan el conocimiento relevante de la MLP (Gagné & Glaser, 1987). Las condiciones externas difieren en función del resultado del aprendizaje y las condiciones internas. Para enseñar a los estudiantes una regla del aula, un profesor podría informarles de la regla y mostrarla visualmente. Para enseñar a los estudiantes una estrategia para verificar su comprensión, un profesor podría demostrar la estrategia y dar a los estudiantes práctica y retroalimentación sobre su eficacia. Los lectores competentes son instruidos de manera diferente de aquellos con problemas de decodificación. Cada fase de la instrucción está sujeta a alteración en función de los resultados del aprendizaje y las condiciones internas.

Jerarquías de Aprendizaje

Las jerarquías de aprendizaje son conjuntos organizados de habilidades intelectuales. El elemento más alto en una jerarquía es la habilidad objetivo. Para idear una jerarquía, uno comienza en la parte superior y pregunta qué habilidades debe realizar el aprendiz antes de aprender la habilidad objetivo o qué habilidades son prerrequisitos inmediatos para la habilidad objetivo. Luego uno hace la misma pregunta para cada habilidad prerrequisito, continuando hacia abajo en la jerarquía hasta que uno llega a las habilidades que el aprendiz puede realizar ahora (Dick & Carey, 1985; Merrill, 1987).

Las jerarquías no son ordenamientos lineales de habilidades. A menudo se deben aplicar dos o más habilidades prerrequisito para aprender una habilidad de orden superior sin que ninguno de los prerrequisitos dependa del otro. Tampoco las habilidades de orden superior son necesariamente más difíciles de aprender que las de orden inferior. Algunos prerrequisitos pueden ser difíciles de adquirir; una vez que los aprendices han dominado las habilidades de orden inferior, aprender una de orden superior puede parecer más fácil.

Fases del Aprendizaje

La instrucción es un conjunto de eventos externos diseñados para facilitar los procesos internos de aprendizaje. La Tabla 'Fases del aprendizaje de Gagné' muestra las nueve fases del aprendizaje agrupadas en las tres categorías (Gagné, 1985).

La preparación para el aprendizaje incluye actividades de aprendizaje introductorias. Durante la atención, los aprendices se enfocan en los estímulos relevantes para el material que se aprenderá (audiovisuales, materiales escritos, comportamientos modelados por el profesor). La expectativa del aprendiz orienta al aprendiz hacia el objetivo (aprender una habilidad motora, aprender a reducir fracciones). Durante la recuperación de información relevante de la MLP, los aprendices activan las porciones relevantes para el tema estudiado (Gagné & Dick, 1983).

Las fases principales del aprendizaje son la adquisición y el rendimiento. La percepción selectiva significa que los registros sensoriales reconocen las características relevantes del estímulo y las transfieren a la MT. La codificación semántica es el proceso por el cual el nuevo conocimiento se transfiere a la MLP. Durante la recuperación y la respuesta, los aprendices recuperan nueva información de la memoria y dan una respuesta que demuestra el aprendizaje. El refuerzo se refiere a la retroalimentación que confirma la precisión de la respuesta de un estudiante y proporciona información correctiva según sea necesario.

Las fases de transferencia del aprendizaje incluyen la recuperación de pistas y la generalizabilidad. En la recuperación de pistas, los aprendices reciben pistas que señalan que el conocimiento previo es aplicable en esa situación. Al resolver problemas de palabras, por ejemplo, un profesor de matemáticas podría informar a los aprendices que su conocimiento de los triángulos rectángulos es aplicable. La generalizabilidad se mejora al proporcionar a los aprendices la oportunidad de practicar habilidades con diferentes contenidos y bajo diferentes circunstancias (e.g., tarea, sesiones de revisión espaciadas).

Estas nueve fases son igualmente aplicables para los cinco tipos de resultados del aprendizaje. Gagné y Briggs (1979) especificaron los tipos de eventos instruccionales que podrían acompañar a cada fase (Tabla 'Eventos instruccionales que acompañan las fases de aprendizaje (Gagné)'). Los eventos instruccionales que mejoran cada fase dependen del tipo de resultado. La instrucción procede de manera diferente para las habilidades intelectuales que para la información verbal.

Un problema es que el desarrollo de jerarquías de aprendizaje puede ser difícil y llevar mucho tiempo. El proceso requiere experiencia en el dominio del contenido para determinar las habilidades prerrequisito sucesivas: el alcance y la secuencia de la instrucción. Incluso una habilidad aparentemente simple puede tener una jerarquía compleja si los aprendices deben dominar varios prerrequisitos. Para aquellas habilidades con estructuras menos bien definidas (e.g., escritura creativa), el desarrollo de una jerarquía puede ser difícil. Otro problema es que el sistema permite poco control del aprendiz porque prescribe cómo deben proceder los aprendices. A pesar de estos problemas, la teoría ofrece sugerencias sólidas sobre las formas de aplicar los principios del procesamiento de la información al diseño de la instrucción (Ertmer et al., 2003).

El sistema de procesamiento de información puede manejar solo una cantidad limitada de procesamiento a la vez. Si demasiados estímulos inciden simultáneamente, los observadores perderán muchos de ellos debido a su limitada capacidad de atención. La capacidad de la memoria de trabajo (MT) es limitada. Debido a que el procesamiento de información lleva tiempo e involucra múltiples procesos cognitivos, en un momento dado solo una cantidad limitada de información puede mantenerse en la MT, transferirse a la MLP, ensayarse, etc.

La teoría de la carga cognitiva tiene en cuenta estas limitaciones de procesamiento en el diseño de la instrucción (DeLeeuw & Mayer, 2008; Schnotz & Kürschner, 2007; Sweller, van Merriënboer, & Pass, 1998). La carga cognitiva, o las demandas sobre el sistema de procesamiento de información, puede ser de dos tipos. La carga cognitiva intrínseca depende de las propiedades inalterables de la información que se va a aprender y se alivia solo cuando los estudiantes adquieren un esquema cognitivo eficaz para manejar la información. La carga cognitiva extrínseca es causada por la manera en que se presenta el material o las actividades que se exigen al alumno (Bruning et al., 2004). Por ejemplo, al aprender las relaciones trigonométricas clave (p. ej., seno, tangente), una cierta carga cognitiva (intrínseca) es inherente al material que se va a aprender, a saber, desarrollar el conocimiento sobre las razones de los lados de un triángulo rectángulo. La forma en que se enseña el material influye en la carga cognitiva extrínseca. Los profesores que dan presentaciones claras ayudan a minimizar la carga cognitiva extrínseca, mientras que aquellos que explican estos conceptos de manera deficiente aumentan la carga extrínseca.

De manera similar, Mayer y Moreno (2003) distinguieron tres tipos de demandas cognitivas. El procesamiento esencial se refiere a los procesos cognitivos necesarios para comprender el material (similar a la carga intrínseca). El procesamiento incidental se refiere al procesamiento no necesario para el aprendizaje pero que puede ayudar a aumentar la comprensión. La retención representacional denota la retención temporal de información en la memoria mientras se procesa otra información. Mayer y Moreno sugirieron que el aprendizaje avanza mejor cuando los estudiantes pueden enfocar sus recursos en el procesamiento esencial y pocos o ningún recurso en los otros tipos.

Una idea clave es que los métodos de instrucción deben disminuir la carga cognitiva extraña para que los recursos existentes puedan dedicarse al aprendizaje (van Merriënboer & Sweller, 2005). El uso del andamiaje debería ser beneficioso (van Merriënboer, Kirschner, & Kester, 2003). Inicialmente, el andamio ayuda a los alumnos a adquirir habilidades que sería poco probable que adquirieran sin la asistencia. El andamiaje ayuda a minimizar la carga extrínseca para que los alumnos puedan enfocar sus recursos en las demandas intrínsecas del aprendizaje. A medida que los alumnos desarrollan un esquema para trabajar con la información, la asistencia del andamio se puede eliminar gradualmente.

Otra sugerencia es utilizar una secuenciación de material de simple a complejo (van Merriënboer et al., 2003), en línea con la teoría de Gagné. El aprendizaje complejo se divide en partes simples que se adquieren y se combinan en una secuencia más grande. Este procedimiento minimiza la carga cognitiva, por lo que los alumnos pueden enfocar sus recursos cognitivos en el aprendizaje en cuestión.

Una tercera sugerencia es utilizar tareas auténticas en la instrucción. La teoría de la elaboración de Reigeluth (1999), por ejemplo, requiere identificar las condiciones que simplifican el rendimiento de la tarea y luego comenzar la instrucción con un caso simple pero auténtico (p. ej., uno que podría encontrarse en el mundo real). Las tareas que tienen un significado en el mundo real ayudan a minimizar la carga extrínseca porque no requieren que los alumnos participen en un procesamiento extraño para comprender el contexto. Es más significativo, por ejemplo, para los estudiantes determinar el seno del ángulo formado al unir un punto a 40 pies del asta de la bandera de la escuela hasta la parte superior del asta que resolver problemas trigonométricos comparables en un libro de texto.

Estas consideraciones también sugieren el uso del aprendizaje colaborativo. A medida que aumenta la carga cognitiva, el aprendizaje por parte de los individuos se vuelve menos eficaz y eficiente (Kirschner, Paas, & Kirschner, 2009). Con una mayor complejidad de la tarea, dividir las demandas de procesamiento cognitivo entre los individuos reduce la carga cognitiva en los estudiantes individuales. Estas ideas encajan bien con el énfasis constructivista en la colaboración entre pares.

Las teorías del procesamiento de la información se centran en la atención, la percepción, la codificación, el almacenamiento y la recuperación del conocimiento. El procesamiento de la información ha sido influenciado por los avances en las comunicaciones, la tecnología informática y la neurociencia.

Influencias históricas importantes en las perspectivas contemporáneas del procesamiento de la información son la psicología de la Gestalt y el aprendizaje verbal. Los teóricos de la Gestalt enfatizaron el papel de la organización en la percepción y el aprendizaje. Los investigadores del aprendizaje verbal utilizaron tareas de aprendizaje serial, recuerdo libre y asociación de pares. Se obtuvieron una serie de hallazgos importantes de la investigación del aprendizaje verbal. Los estudios de recuerdo libre mostraron que la organización mejora el recuerdo y que las personas imponen su propia organización cuando no hay ninguna presente. Una de las principales contribuciones fue el trabajo en la interferencia y el olvido.

Se ha aplicado ampliamente un modelo de memoria de dos almacenes (dual). La información entra a través de los registros sensoriales. Aunque existe un registro para cada sentido, la mayor parte de la investigación se ha realizado en los registros visuales y auditivos. En un momento dado, solo se puede atender a una cantidad limitada de información. La atención puede actuar como un filtro o una limitación general en la capacidad del sistema humano. Las entradas atendidas se perciben al compararse con la información en la MLP.

La información entra en la MCP (MT), donde se retiene mediante el repaso y se vincula con información relacionada en la MLP. La información puede codificarse para su almacenamiento en la MLP. La codificación se facilita a través de la organización, la elaboración, la significatividad y los vínculos con los esquemas. La MLP se organiza por contenido, y la información se hace referencia cruzada con contenido relacionado. Los procesos de control supervisan y dirigen el flujo de información a través del sistema.

Las perspectivas alternativas de la memoria la conciben en términos de niveles de procesamiento, nivel de activación, conexionismo y procesamiento distribuido paralelo. Cada una de estas perspectivas tiene ventajas y desventajas, y alguna integración de las perspectivas puede caracterizar mejor la memoria.

Los procesos de atención y percepción involucran características críticas, plantillas y prototipos. Mientras que la MT tiene una capacidad y duración limitadas, la MLP parece ser muy grande. La unidad básica de conocimiento es la proposición, y las proposiciones se organizan en redes. Los tipos de conocimiento incluyen el declarativo, el procedimental y el condicional. Grandes fragmentos de conocimiento procedimental pueden organizarse en sistemas de producción. Además, las redes están vinculadas de manera conexionista a través de la activación por propagación para mejorar la referencia cruzada y la transferencia. La recuperación del conocimiento depende de su acceso en la MLP. El fracaso en la recuperación puede resultar del deterioro de la información o la interferencia. La información puede recuperarse mejor con las señales presentes durante la codificación (especificidad de la codificación).

Un área que ilustra el almacenamiento y la recuperación de información en la MLP es la comprensión del lenguaje, que involucra la percepción, el análisis sintáctico y la utilización. Las comunicaciones son incompletas; los hablantes omiten información que esperan que los oyentes conozcan. La comprensión efectiva del lenguaje requiere que los oyentes posean un conocimiento proposicional y esquemas adecuados y comprendan el contexto. Para integrar la información en la memoria, los oyentes identifican la información dada, acceden a ella en la MLP y relacionan la nueva información con ella. La comprensión del lenguaje es un aspecto central de la alfabetización y se relaciona fuertemente con el éxito académico: especialmente en materias que requieren una lectura extensa.

Aunque existe mucha evidencia de que la información se almacena en la memoria en forma verbal (significados), también existe evidencia del almacenamiento de imágenes. Las imágenes son representaciones analógicas: son similares pero no idénticas a sus referentes. La teoría del código dual postula que el sistema imaginal almacena principalmente objetos y eventos concretos y el sistema verbal almacena información más abstracta expresada en el lenguaje. A la inversa, las imágenes pueden reconstruirse en la MT a partir de códigos verbales almacenados en la MLP. La evidencia del desarrollo muestra que los niños son más propensos que los adultos a representar el conocimiento como imágenes, pero la representación imaginal puede desarrollarse en personas de cualquier edad.

Aunque gran parte de la investigación temprana sobre el procesamiento de la información fue de naturaleza básica y se llevó a cabo en laboratorios experimentales, los investigadores están realizando cada vez más investigaciones en entornos aplicados y especialmente sobre el aprendizaje de contenido académico. Tres aplicaciones instruccionales que reflejan los principios del procesamiento de la información involucran organizadores anticipados, las condiciones del aprendizaje y la carga cognitiva.