Teoria dell'Elaborazione dell'Informazione: Applicazioni Didattiche Ottimizzate

I principi dell'elaborazione delle informazioni sono stati applicati sempre più spesso ai contesti di apprendimento scolastico. La rilevanza della teoria per l'istruzione continuerà ad espandersi con la ricerca futura. Tre applicazioni didattiche che riflettono i principi dell'elaborazione delle informazioni sono gli organizzatori anticipati, le condizioni dell'apprendimento e il carico cognitivo.

Gli organizzatori anticipati sono dichiarazioni ampie presentate all'inizio delle lezioni che aiutano a collegare il nuovo materiale con l'apprendimento precedente (Mayer, 1984). Gli organizzatori indirizzano l'attenzione degli studenti verso concetti importanti da apprendere, evidenziano le relazioni tra le idee e collegano il nuovo materiale a ciò che gli studenti sanno (Faw & Waller, 1976). Gli organizzatori possono anche essere mappe che vengono mostrate con il testo di accompagnamento (Verdi & Kulhavy, 2002). Si presume che le strutture cognitive degli studenti siano organizzate gerarchicamente in modo che i concetti inclusivi sussumano quelli subordinati. Gli organizzatori forniscono informazioni a livelli elevati nelle gerarchie.

La base concettuale degli organizzatori deriva dalla teoria dell'apprendimento significativo per ricezione di Ausubel (1963, 1968, 1977, 1978; Ausubel & Robinson, 1969). L'apprendimento è significativo quando il nuovo materiale ha una relazione sistematica con concetti rilevanti nella MLT; cioè, il nuovo materiale espande, modifica o elabora le informazioni nella memoria. La significatività dipende anche da variabili personali come l'età, le esperienze pregresse, lo status socioeconomico e il background educativo. Le esperienze pregresse determinano se gli studenti trovano l'apprendimento significativo.

Ausubel ha sostenuto l'insegnamento deduttivo: le idee generali vengono insegnate per prime, seguite da punti specifici. Ciò richiede agli insegnanti di aiutare gli studenti a suddividere le idee in punti più piccoli e correlati e a collegare nuove idee a contenuti simili nella memoria. In termini di elaborazione delle informazioni, gli obiettivi del modello sono espandere le reti proposizionali nella MLT aggiungendo conoscenza e stabilire collegamenti tra le reti. L'insegnamento deduttivo funziona meglio con gli studenti più grandi (Luiten, Ames, & Ackerson, 1980).

Gli organizzatori anticipati preparano il terreno per un apprendimento significativo per ricezione. Gli organizzatori possono essere espositivi o comparativi. Gli organizzatori espositivi forniscono agli studenti nuove conoscenze necessarie per comprendere la lezione. Gli organizzatori espositivi includono definizioni di concetti e generalizzazioni. Le definizioni di concetti indicano il concetto, un concetto sovraordinato e le caratteristiche del concetto. Nel presentare il concetto di "animale a sangue caldo", un insegnante potrebbe definirlo (cioè, animale la cui temperatura corporea interna rimane relativamente costante), metterlo in relazione con concetti sovraordinati (regno animale) e darne le caratteristiche (uccelli, mammiferi). Le generalizzazioni sono ampie affermazioni di principi generali da cui si traggono ipotesi o idee specifiche. Una generalizzazione appropriata per lo studio del terreno sarebbe: "Meno vegetazione cresce a quote più elevate". Gli insegnanti possono presentare esempi di generalizzazioni e chiedere agli studenti di pensarne altri.

Gli organizzatori comparativi introducono nuovo materiale tracciando analogie con materiale familiare. Gli organizzatori comparativi attivano e collegano le reti nella MLT. Se un insegnante stesse tenendo un'unità sul sistema circolatorio del corpo a studenti che hanno studiato i sistemi di comunicazione, l'insegnante potrebbe mettere in relazione i sistemi circolatorio e di comunicazione con concetti rilevanti come la fonte, il mezzo e il bersaglio. Affinché gli organizzatori comparativi siano efficaci, gli studenti devono avere una buona comprensione del materiale utilizzato come base per l'analogia. Gli studenti devono anche percepire facilmente l'analogia. La difficoltà a percepire relazioni analogiche impedisce l'apprendimento.

L'evidenza suggerisce che gli organizzatori promuovono l'apprendimento e il trasferimento (Ausubel, 1978; Faw & Waller, 1976; Mautone & Mayer, 2007). Le mappe sono organizzatori efficaci e si prestano bene all'infusione nelle lezioni tramite la tecnologia (Verdi & Kulhavy, 2002). Mayer (1979) ha riportato una ricerca con studenti universitari che non avevano esperienza di programmazione informatica. Agli studenti sono stati forniti materiali di programmazione da studiare; a un gruppo è stato fornito un modello concettuale come organizzatore, mentre l'altro gruppo ha ricevuto gli stessi materiali senza il modello. Il gruppo con l'organizzatore anticipato ha ottenuto risultati migliori nelle voci del post-test che richiedevano il trasferimento a voci diverse da quelle discusse nel materiale didattico. Gli organizzatori possono aiutare gli studenti a mettere in relazione il nuovo materiale con una serie più ampia di esperienze, il che facilita il trasferimento.

Una delle teorie didattiche più note basate sui principi cognitivi è stata formulata da Robert Gagné (1985). Questa teoria riguarda le condizioni di apprendimento, ovvero le circostanze che prevalgono quando si verifica l'apprendimento (Ertmer, Driscoll, & Wager, 2003). Due passaggi sono fondamentali. Il primo è specificare il tipo di risultato di apprendimento; Gagné ha identificato cinque tipi principali (discussi più avanti). Il secondo è determinare gli eventi di apprendimento, ovvero i fattori che fanno la differenza nell'istruzione.

Risultati di apprendimento

Gagné (1984) ha identificato cinque tipi di risultati di apprendimento: abilità intellettuali, informazioni verbali, strategie cognitive, abilità motorie e atteggiamenti (Tabella 'Risultati di apprendimento nella teoria di Gagné.').

Le abilità intellettuali includono regole, procedure e concetti. Sono forme di conoscenza procedurale o produzioni. Questo tipo di conoscenza viene impiegato nel parlare, scrivere, leggere, risolvere problemi matematici e applicare principi scientifici ai problemi.

Le informazioni verbali, o conoscenza dichiarativa, sono la conoscenza che qualcosa è il caso. Le informazioni verbali implicano fatti o prosa connessa in modo significativo richiamata verbatim (ad esempio, parole di una poesia o la “Star Spangled Banner”). Gli schemi sono forme di informazioni verbali.

Le strategie cognitive sono processi di controllo esecutivo. Includono abilità di elaborazione delle informazioni come prestare attenzione a nuove informazioni, decidere di ripetere le informazioni, elaborare, utilizzare strategie di recupero dalla MLT e applicare strategie di risoluzione dei problemi.

Le abilità motorie si sviluppano attraverso graduali miglioramenti nella qualità (fluidità, tempismo) dei movimenti ottenuti attraverso la pratica. Mentre le abilità intellettuali possono essere acquisite bruscamente, le abilità motorie si sviluppano gradualmente con una pratica continua e deliberata (Ericsson et al., 1993). Le condizioni di pratica differiscono: le abilità intellettuali vengono praticate con esempi diversi; la pratica delle abilità motorie implica la ripetizione degli stessi movimenti muscolari.

Gli atteggiamenti sono convinzioni interne che influenzano le azioni e riflettono caratteristiche come la generosità, l'onestà e l'impegno per uno stile di vita sano. Gli insegnanti possono organizzare le condizioni per l'apprendimento di abilità intellettuali, informazioni verbali, strategie cognitive e abilità motorie, ma gli atteggiamenti vengono appresi indirettamente attraverso esperienze ed esposizioni a modelli dal vivo e simbolici (televisivi, videoregistrati).

Eventi di apprendimento

I cinque tipi di risultati di apprendimento differiscono nelle loro condizioni. Le condizioni interne sono le abilità prerequisiti e i requisiti di elaborazione cognitiva; le condizioni esterne sono stimoli ambientali che supportano i processi cognitivi dello studente. È necessario specificare il più completamente possibile entrambi i tipi di condizioni durante la progettazione dell'istruzione.

Le condizioni interne sono le capacità attuali degli studenti memorizzate nella MLT come conoscenza. Gli indizi didattici degli insegnanti e dei materiali attivano la conoscenza rilevante della MLT (Gagné & Glaser, 1987). Le condizioni esterne differiscono in funzione del risultato di apprendimento e delle condizioni interne. Per insegnare agli studenti una regola della classe, un insegnante potrebbe informarli della regola e visualizzarla. Per insegnare agli studenti una strategia per controllare la loro comprensione, un insegnante potrebbe dimostrare la strategia e dare agli studenti pratica e feedback sulla sua efficacia. I lettori competenti vengono istruiti in modo diverso da quelli con problemi di decodifica. Ogni fase dell'istruzione è soggetta a modifiche in funzione dei risultati di apprendimento e delle condizioni interne.

Gerarchie di apprendimento

Le gerarchie di apprendimento sono insiemi organizzati di abilità intellettuali. L'elemento più alto in una gerarchia è l'abilità target. Per ideare una gerarchia, si inizia dall'alto e si chiede quali abilità lo studente deve eseguire prima di apprendere l'abilità target o quali abilità sono prerequisiti immediati per l'abilità target. Quindi si pone la stessa domanda per ogni abilità prerequisita, continuando lungo la gerarchia fino a quando non si arriva alle abilità che lo studente può eseguire ora (Dick & Carey, 1985; Merrill, 1987).

Le gerarchie non sono ordinamenti lineari di abilità. Spesso è necessario applicare due o più abilità prerequisiti per apprendere un'abilità di ordine superiore senza che nessuno dei prerequisiti dipenda dall'altro. Né le abilità di ordine superiore sono necessariamente più difficili da apprendere di quelle di ordine inferiore. Alcuni prerequisiti possono essere difficili da acquisire; una volta che gli studenti hanno padroneggiato le abilità di ordine inferiore, apprendere un'abilità di ordine superiore può sembrare più facile.

Fasi dell'apprendimento

L'istruzione è un insieme di eventi esterni progettati per facilitare i processi di apprendimento interni. La tabella 'Fasi dell'apprendimento di Gagné' mostra le nove fasi dell'apprendimento raggruppate nelle tre categorie (Gagné, 1985).

La preparazione per l'apprendimento include attività di apprendimento introduttive. Durante l'attenzione, gli studenti si concentrano sugli stimoli rilevanti per il materiale da apprendere (audiovisivi, materiali scritti, comportamenti modellati dall'insegnante). L'aspettativa dello studente orienta lo studente verso l'obiettivo (imparare un'abilità motoria, imparare a ridurre le frazioni). Durante il recupero di informazioni rilevanti dalla MLT, gli studenti attivano le parti rilevanti per l'argomento studiato (Gagné & Dick, 1983).

Le fasi principali dell'apprendimento sono l'acquisizione e la performance. La percezione selettiva significa che i registri sensoriali riconoscono le caratteristiche rilevanti dello stimolo e le trasferiscono alla ML. La codifica semantica è il processo mediante il quale nuove conoscenze vengono trasferite alla MLT. Durante il recupero e la risposta, gli studenti recuperano nuove informazioni dalla memoria e danno una risposta che dimostra l'apprendimento. Il rinforzo si riferisce al feedback che conferma l'accuratezza della risposta di uno studente e fornisce informazioni correttive se necessario.

Le fasi di trasferimento dell'apprendimento includono il recupero di spunti e la generalizzabilità. Nel recupero di spunti, gli studenti ricevono spunti che segnalano che le conoscenze precedenti sono applicabili in quella situazione. Quando risolve problemi di parole, ad esempio, un insegnante di matematica potrebbe informare gli studenti che la loro conoscenza dei triangoli rettangoli è applicabile. La generalizzabilità è migliorata offrendo agli studenti l'opportunità di praticare le abilità con contenuti diversi e in circostanze diverse (ad esempio, compiti a casa, sessioni di revisione distanziate).

Queste nove fasi sono ugualmente applicabili ai cinque tipi di risultati di apprendimento. Gagné e Briggs (1979) hanno specificato i tipi di eventi didattici che potrebbero accompagnare ogni fase (Tabella 'Eventi didattici che accompagnano le fasi di apprendimento (Gagné)'). Gli eventi didattici che migliorano ogni fase dipendono dal tipo di risultato. L'istruzione procede in modo diverso per le abilità intellettuali rispetto alle informazioni verbali.

Un problema è che lo sviluppo di gerarchie di apprendimento può essere difficile e richiedere molto tempo. Il processo richiede competenza nel dominio dei contenuti per determinare le successive abilità prerequisiti: la portata e la sequenza dell'istruzione. Anche un'abilità apparentemente semplice può avere una gerarchia complessa se gli studenti devono padroneggiare diversi prerequisiti. Per quelle abilità con strutture meno ben definite (ad esempio, la scrittura creativa), lo sviluppo di una gerarchia può essere difficile. Un altro problema è che il sistema consente poco controllo da parte dello studente perché prescrive come gli studenti dovrebbero procedere. Nonostante questi problemi, la teoria offre solidi suggerimenti per i modi di applicare i principi di elaborazione delle informazioni alla progettazione dell'istruzione (Ertmer et al., 2003).

Il sistema di elaborazione delle informazioni può gestire solo una certa quantità di elaborazione alla volta. Se troppi stimoli si presentano simultaneamente, gli osservatori ne perderanno molti a causa della loro limitata capacità di attenzione. La capacità della memoria di lavoro (ML) è limitata. Poiché l'elaborazione delle informazioni richiede tempo e coinvolge molteplici processi cognitivi, in un dato momento solo una quantità limitata di informazioni può essere trattenuta nella ML, trasferita alla MLT, ripetuta e così via.

La teoria del carico cognitivo tiene conto di queste limitazioni di elaborazione nella progettazione dell'istruzione (DeLeeuw & Mayer, 2008; Schnotz & Kürschner, 2007; Sweller, van Merriënboer, & Pass, 1998). Il carico cognitivo, o le richieste al sistema di elaborazione delle informazioni, può essere di due tipi. Il carico cognitivo intrinseco dipende dalle proprietà inalterabili delle informazioni da apprendere ed è alleviato solo quando gli studenti acquisiscono uno schema cognitivo efficace per gestire le informazioni. Il carico cognitivo estrinseco è causato dal modo in cui il materiale viene presentato o dalle attività richieste allo studente (Bruning et al., 2004). Ad esempio, nell'apprendimento delle relazioni trigonometriche chiave (es. seno, tangente), un certo carico cognitivo (intrinseco) è inerente al materiale da apprendere, ovvero sviluppare la conoscenza dei rapporti tra i lati di un triangolo rettangolo. Il modo in cui il materiale viene insegnato influenza il carico cognitivo estrinseco. Gli insegnanti che forniscono presentazioni chiare aiutano a minimizzare il carico cognitivo estrinseco, mentre quelli che spiegano questi concetti in modo insufficiente aumentano il carico estrinseco.

In modo simile, Mayer e Moreno (2003) hanno distinto tre tipi di richieste cognitive. L'elaborazione essenziale si riferisce ai processi cognitivi necessari per comprendere il materiale (simile al carico intrinseco). L'elaborazione incidentale si riferisce all'elaborazione non necessaria per l'apprendimento, ma che può aiutare ad aumentare la comprensione. La detenzione rappresentazionale indica la detenzione temporanea di informazioni in memoria mentre vengono elaborate altre informazioni. Mayer e Moreno hanno suggerito che l'apprendimento procede meglio quando gli studenti possono concentrare le loro risorse sull'elaborazione essenziale e poche o nessuna risorsa sugli altri tipi.

Un'idea chiave è che i metodi didattici dovrebbero ridurre il carico cognitivo estraneo in modo che le risorse esistenti possano essere dedicate all'apprendimento (van Merriënboer & Sweller, 2005). L'uso dello scaffolding dovrebbe essere vantaggioso (van Merriënboer, Kirschner, & Kester, 2003). Inizialmente, lo scaffold aiuta gli studenti ad acquisire competenze che difficilmente acquisirebbero senza assistenza. Lo scaffolding aiuta a minimizzare il carico estrinseco in modo che gli studenti possano concentrare le proprie risorse sulle richieste intrinseche dell'apprendimento. Man mano che gli studenti sviluppano uno schema per lavorare con le informazioni, l'assistenza dello scaffold può essere gradualmente eliminata.

Un altro suggerimento è quello di utilizzare una sequenza di materiali da semplice a complesso (van Merriënboer et al., 2003), in linea con la teoria di Gagné. L'apprendimento complesso è suddiviso in parti semplici che vengono acquisite e combinate in una sequenza più ampia. Questa procedura minimizza il carico cognitivo, in modo che gli studenti possano concentrare le proprie risorse cognitive sull'apprendimento in questione.

Un terzo suggerimento è quello di utilizzare compiti autentici nell'istruzione. La teoria dell'elaborazione di Reigeluth (1999), ad esempio, richiede l'identificazione delle condizioni che semplificano l'esecuzione del compito e quindi l'avvio dell'istruzione con un caso semplice ma autentico (ad esempio, uno che potrebbe essere incontrato nel mondo reale). I compiti che hanno un significato nel mondo reale aiutano a minimizzare il carico estrinseco perché non richiedono agli studenti di impegnarsi in un'elaborazione estranea per comprendere il contesto. È più significativo, ad esempio, per gli studenti determinare il seno dell'angolo formato unendo un punto a 40 piedi dall'asta della bandiera della scuola alla sommità dell'asta piuttosto che risolvere problemi trigonometrici comparabili in un libro di testo.

Queste considerazioni suggeriscono anche l'uso dell'apprendimento collaborativo. All'aumentare del carico cognitivo, l'apprendimento da parte degli individui diventa meno efficace ed efficiente (Kirschner, Paas, & Kirschner, 2009). Con una maggiore complessità del compito, la divisione delle richieste di elaborazione cognitiva tra gli individui riduce il carico cognitivo sui singoli studenti. Queste idee si adattano bene all'enfasi costruttivista sulla collaborazione tra pari.

Le teorie dell'elaborazione dell'informazione si concentrano su attenzione, percezione, codifica, memorizzazione e recupero della conoscenza. L'elaborazione dell'informazione è stata influenzata dai progressi nelle comunicazioni, nella tecnologia informatica e nelle neuroscienze.

Importanti influenze storiche sulle opinioni contemporanee sull'elaborazione dell'informazione sono la psicologia della Gestalt e l'apprendimento verbale. I teorici della Gestalt hanno sottolineato il ruolo dell'organizzazione nella percezione e nell'apprendimento. I ricercatori sull'apprendimento verbale hanno utilizzato compiti di apprendimento seriale, richiamo libero e associazione a coppie. Sono stati ottenuti numerosi importanti risultati dalla ricerca sull'apprendimento verbale. Gli studi sul richiamo libero hanno dimostrato che l'organizzazione migliora il richiamo e che le persone impongono la propria organizzazione quando non ce n'è. Uno dei maggiori contributi è stato il lavoro sull'interferenza e l'oblio.

Un modello di memoria a due magazzini (duale) è stato ampiamente applicato. L'informazione entra attraverso i registri sensoriali. Sebbene esista un registro per ogni senso, la maggior parte della ricerca è stata condotta sui registri visivi e uditivi. In un dato momento, solo una quantità limitata di informazioni può essere presa in considerazione. L'attenzione può agire come un filtro o una limitazione generale sulla capacità del sistema umano. Gli input a cui si presta attenzione vengono percepiti confrontandoli con le informazioni nella MLT.

L'informazione entra nella MBT (ML), dove viene trattenuta attraverso la ripetizione e collegata con informazioni correlate nella MLT. L'informazione può essere codificata per essere memorizzata nella MLT. La codifica è facilitata attraverso l'organizzazione, l'elaborazione, la significatività e i collegamenti con gli schemi. La MLT è organizzata per contenuto e l'informazione è incrociata con contenuto correlato. I processi di controllo monitorano e dirigono il flusso di informazioni attraverso il sistema.

Visioni alternative della memoria la concepiscono in termini di livelli di elaborazione, livello di attivazione, connessionismo ed elaborazione distribuita parallela. Ciascuna di queste visioni ha vantaggi e svantaggi, e una certa integrazione delle visioni può caratterizzare al meglio la memoria.

I processi di attenzione e percezione coinvolgono caratteristiche critiche, modelli e prototipi. Mentre la ML è limitata in capacità e durata, la MLT sembra essere molto grande. L'unità di base della conoscenza è la proposizione e le proposizioni sono organizzate in reti. I tipi di conoscenza includono dichiarativa, procedurale e condizionale. Grandi porzioni di conoscenza procedurale possono essere organizzate in sistemi di produzione. Le reti inoltre sono collegate in modo connessionista attraverso l'attivazione di diffusione per migliorare il riferimento incrociato e il trasferimento. Il recupero della conoscenza dipende dal suo accesso nella MLT. Il fallimento nel recupero può derivare dal decadimento dell'informazione o dall'interferenza. L'informazione può essere recuperata al meglio con indizi presenti durante la codifica (specificità della codifica).

Un'area che illustra la memorizzazione e il recupero di informazioni nella MLT è la comprensione del linguaggio, che coinvolge percezione, analisi e utilizzo. Le comunicazioni sono incomplete; i parlanti omettono informazioni che si aspettano che gli ascoltatori conoscano. Una comprensione efficace del linguaggio richiede che gli ascoltatori possiedano adeguate conoscenze proposizionali e schemi e comprendano il contesto. Per integrare le informazioni nella memoria, gli ascoltatori identificano le informazioni date, vi accedono nella MLT e mettono in relazione le nuove informazioni con esse. La comprensione del linguaggio è un aspetto centrale dell'alfabetizzazione e si relaziona fortemente al successo accademico: specialmente nelle materie che richiedono una lettura estesa.

Sebbene esistano molte prove del fatto che le informazioni vengono memorizzate nella memoria in forma verbale (significati), esistono anche prove della memorizzazione di immagini. Le immagini sono rappresentazioni analogiche: sono simili ma non identiche ai loro referenti. La teoria del codice duale postula che il sistema immaginario memorizza principalmente oggetti ed eventi concreti e il sistema verbale memorizza informazioni più astratte espresse nel linguaggio. Viceversa, le immagini possono essere ricostruite nella MBT da codici verbali memorizzati nella MLT. Le prove dello sviluppo mostrano che i bambini hanno maggiori probabilità degli adulti di rappresentare la conoscenza come immagini, ma la rappresentazione immaginaria può essere sviluppata in persone di qualsiasi età.

Sebbene gran parte della prima ricerca sull'elaborazione dell'informazione fosse di natura basilare e condotta in laboratori sperimentali, i ricercatori stanno conducendo sempre più ricerche in contesti applicati e soprattutto sull'apprendimento di contenuti accademici. Tre applicazioni didattiche che riflettono i principi dell'elaborazione dell'informazione coinvolgono organizzatori avanzati, le condizioni di apprendimento e il carico cognitivo.