Infotöötlussüsteem: Infotöötlusteooria selgitus

Infotöötluse teoreetikud vaidlustasid biheiviorismile omase idee, et õppimine hõlmab seoste loomist stiimulite ja reaktsioonide vahel. Infotöötluse teoreetikud ei lükka seoseid tagasi, sest nad postuleerivad, et teadmiste fragmentide vaheliste seoste loomine aitab kaasa nende omandamisele ja mällu salvestamisele. Pigem on need teoreetikud vähem mures väliste tingimuste pärast ja keskenduvad rohkem sisemistele (vaimsetele) protsessidele, mis vahendavad stiimuleid ja reaktsioone. Õppijad on aktiivsed teabe otsijad ja töötlejad. Erinevalt biheivioristidest, kes ütlesid, et inimesed reageerivad, kui stiimulid neid mõjutavad, väidavad infotöötluse teoreetikud, et inimesed valivad ja pööravad tähelepanu keskkonna tunnustele, teisendavad ja harjutavad teavet, seostavad uut teavet eelnevaga.

Infotöötluse teooriad erinevad oma vaadetes sellele, millised kognitiivsed protsessid on olulised ja kuidas need toimivad, kuid neil on mõned ühised eeldused. Üks neist on see, et infotöötlus toimub etappides, mis vahendavad stiimuli vastuvõtmist ja reaktsiooni tekitamist. Järeldus on see, et teabe vorm ehk see, kuidas seda vaimselt esitatakse, erineb sõltuvalt etapist. Etapid on üksteisest kvalitatiivselt erinevad.

Teine eeldus on, et infotöötlus on analoogne arvutitöötlusega, vähemalt metafooriliselt. Inimsüsteem toimib sarnaselt arvutile: see võtab vastu teavet, salvestab selle mällu ja toob selle vajadusel välja. Kognitiivne töötlemine on märkimisväärselt tõhus; on vähe raiskamist või kattumist. Teadlased erinevad selles, kui kaugele nad seda analoogiat laiendavad. Mõnede jaoks on arvutianaloogia vaid metafoor. Teised kasutavad arvuteid inimeste tegevuse simuleerimiseks. Tehisintellekti valdkond tegeleb arvutite programmeerimisega, et need tegeleksid inimtegevustega, nagu mõtlemine, keelekasutus ja probleemide lahendamine.

Teadlased eeldavad ka, et infotöötlus on seotud kõigi kognitiivsete tegevustega: tajumine, harjutamine, mõtlemine, probleemide lahendamine, meelespidamine, unustamine ja kujutlemine (Farnham-Diggory, 1992; Matlin, 2009; Mayer, 1996; Shuell, 1986; Terry, 2009). Infotöötlus ulatub kaugemale inimõppimisest, nagu see on traditsiooniliselt piiritletud. See õppetund on peamiselt seotud nende teabefunktsioonidega, mis on õppimise jaoks kõige olulisemad.

'Õppimise ja mälu infoprotsessimise mudel' skeem näitab infoprotsessimise mudelit, mis sisaldab töötlemisetappe. Kuigi see mudel on üldine, vastab see tihedalt Atkinsoni ja Shiffrini (1968, 1971) pakutud klassikalisele mudelile.

Infotöötlus algab, kui stiimuli sisend (nt visuaalne, auditiivne) mõjutab üht või mitut meelt (nt kuulmine, nägemine, puudutus). Vastav sensoorne register võtab sisendi vastu ja hoiab seda lühidalt sensoorsel kujul. Siin toimub taju (mustrituvastus), mis on stiimuli sisendile tähenduse omistamise protsess. Tavaliselt ei hõlma see nime andmist, sest nime andmine võtab aega ja teave püsib sensoorses registris vaid murdosa sekundist. Pigem hõlmab taju sisendi sobitamist teadaoleva teabega.

Sensoorne register edastab teabe lühiajalisse mällu (STM). STM on töömälu (WM) ja vastab ligikaudu teadvusele ehk sellele, millest ollakse antud hetkel teadlik. WM on mahu poolest piiratud. Miller (1956) pakkus, et see mahutab seitse pluss miinus kaks ühikut teavet. Ühik on tähenduslik üksus: täht, sõna, number või tavaline väljend (nt “leib ja või”). WM on piiratud ka kestuse poolest; selleks, et ühikud WM-is säiliksid, tuleb neid korrata (kordamine). Ilma kordamiseta kaob teave mõne sekundi pärast.

Kui teave on WM-is, aktiveeritakse seotud teadmised pikaajalisest mälust (LTM) ehk püsimälust ja paigutatakse WM-i, et integreerida uue teabega. Et nimetada kõiki tähega A algavaid osariikide pealinnu, meenutavad õpilased osariikide nimesid – võib-olla riigi piirkondade kaupa – ja uurivad nende pealinnade nimesid. Kui õpilased, kes ei tea Marylandi pealinna, õpivad “Annapolis”, saavad nad selle salvestada koos “Marylandiga” LTM-i.

On vaieldav, kas teave kaob LTM-ist (st ununeb). Mõned teadlased väidavad, et see võib juhtuda, samas kui teised ütlevad, et meenutamise ebaõnnestumine kajastab pigem heade meenutamisviiside puudumist kui unustamist. Kui Sarah ei suuda meenutada oma kolmanda klassi õpetaja nime (Mapleton), võib ta seda teha, kui talle antakse vihje: “Mõtle puudele.” Sõltumata teoreetilisest vaatenurgast on teadlased ühel meelel, et teave jääb LTM-i pikaks ajaks.

Kontrolli (täidesaatvad) protsessid reguleerivad teabe liikumist kogu infoprotsessimise süsteemis. Kordamine on oluline kontrollprotsess, mis toimub WM-is. Verbaalse materjali puhul toimub kordamine teabe valjusti või subvokaalselt kordamise vormis. Muud kontrollprotsessid hõlmavad kodeerimist (teabe paigutamist tähendusrikkasse konteksti – teema, mida arutatakse avastseenis), kujutlemist (teabe visuaalset esitamist), otsustusreeglite rakendamist, teabe korraldamist, mõistmise taseme jälgimist ning meenutamis-, eneseregulatsiooni- ja motivatsioonistrateegiate kasutamist.

Kaheosalise mudeliga saab selgitada paljusid uurimistulemusi. Üks järjekindlamaid uurimistulemusi on see, et kui inimestel on õppimiseks nimekiri üksustest, kipuvad nad kõige paremini meenutama algseid üksusi (primaarsuse efekt) ja viimaseid üksusi (retsentsuse efekt), nagu on kujutatud 'Seriaalpositsioonikõver, mis näitab meenutamisel esinevaid vigu üksuse positsiooni funktsioonina'. Kaheosalise mudeli kohaselt saavad algsed üksused kõige rohkem kordamisi ja kantakse üle LTM-i, samas kui viimased üksused on meenutamise hetkel veel WM-is. Keskmised üksused meenuvad kõige halvemini, sest need ei ole meenutamise hetkel enam WM-is (olles välja tõrjutud järgnevate üksuste poolt), nad saavad vähem kordamisi kui algsed üksused ja neid ei ole LTM-i korralikult salvestatud.

Uuringud näitavad siiski, et õppimine võib olla keerulisem kui põhiline kaheosalise mudel ette näeb (Baddeley, 1998). Üks probleem on see, et see mudel ei täpsusta täielikult, kuidas teave ühelt poelt teisele liigub. Kontrolliprotsesside mõiste on usutav, kuid ebamäärane. Võime küsida: Miks liiguvad mõned sisendid sensoorsetest registritest WM-i ja teised mitte? Millised mehhanismid otsustavad, et teavet on piisavalt korratud ja kannavad selle üle LTM-i? Kuidas valitakse LTM-ist teave, mida aktiveerida? Teine probleem on see, et see mudel näib sobivat kõige paremini verbaalse materjali käsitlemiseks. Kuidas toimub mitteverbaalne esitus materjaliga, mida ei saa kergesti verbaliseerida, nagu näiteks moodne kunst ja väljakujunenud oskused, ei ole selge.

Mudel on ebamäärane ka selles osas, mida tegelikult õpitakse. Mõelge inimestele, kes õpivad sõnaloendeid. Nonsenssiliste silpide puhul peavad nad õppima sõnu ennast ja positsioone, milles need ilmuvad. Kui nad juba teavad sõnu, peavad nad õppima ainult positsioone; näiteks “kass” ilmub neljandal positsioonil, millele järgneb “puu.” Inimesed peavad arvestama oma õppimise eesmärgiga ja vastavalt kohandama õppimisstrateegiaid. Milline mehhanism neid protsesse kontrollib?

Samuti on küsimus, kas kõiki süsteemi komponente kasutatakse kogu aeg. WM on kasulik, kui inimesed omandavad teadmisi ja peavad seostama saabuvat teavet teadmistega LTM-is. Kuid me teeme paljusid asju automaatselt: riietume, kõnnime, sõidame jalgrattaga, reageerime lihtsatele palvetele (nt “Kas teil on aega?”). Paljude täiskasvanute jaoks on lugemine (dekodeerimine) ja lihtsad aritmeetilised arvutused automaatsed protsessid, mis ei nõua kognitiivsetelt protsessidelt palju. Selline automaatne töötlemine ei pruugi nõuda WM-i toimimist. Kuidas automaatne töötlemine areneb ja millised mehhanismid seda juhivad?

Need ja muud probleemid, mida kaheosalise mudel ei käsitle hästi (nt motivatsiooni roll õppimisel ja eneseregulatsiooni areng), ei lükka mudelit ümber; pigem on need probleemid, mida tuleb käsitleda. Kuigi kaheosaline mudel on tuntuim näide infoprotsessimise teooriast, ei aktsepteeri paljud teadlased seda täielikult (Matlin, 2009; Nairne, 2002). Alternatiivsed teooriad, mida selles õppetükis käsitletakse, on töötlemise tasemed (või sügavus) ja aktiveerimistasand ning uuemad konneksionismi ja paralleelse jaotatud töötlemise (PDP) teooriad. Enne kui kaheosalise mudeli komponente üksikasjalikumalt kirjeldatakse, arutatakse töötlemise tasemeid ja aktiveerimistasandi teooriaid (konneksionismi ja PDP-d käsitletakse hiljem selles õppetükis).

Töötlemise tasemed (sügavus)

Töötlemise tasemete (sügavuse) teooria käsitleb mälu vastavalt teabe töötlemise tüübile, mitte selle asukohale (Craik, 1979; Craik & Lockhart, 1972; Craik & Tulving, 1975; Lockhart, Craik, & Jacoby, 1976). See vaade ei sisalda etappe ega struktuurseid komponente nagu WM või LTM (Terry, 2009). Pigem eksisteerivad erinevad viisid teabe töötlemiseks (nagu tasemed või sügavus, millel seda töödeldakse): füüsiline (pealiskaudne), akustiline (fonoloogiline, heli), semantiline (tähendus). Need kolm taset on mõõtmelised, kusjuures füüsiline töötlemine on kõige pealiskaudsem (nagu “x” sümbolina, millel puudub tähendus, nagu arutasid õpetajad sissejuhatavas stsenaariumis) ja semantiline töötlemine on kõige sügavam. Näiteks oletame, et loete ja järgmine sõna on käblik. Seda sõna saab töödelda pinna tasandil (nt see ei ole suurtäheline), fonoloogilisel tasandil (rimeerub sõnaga pesa) või semantilisel tasandil (väike lind). Iga tase kujutab endast keerukamat (sügavamat) töötlemise tüüpi kui eelnev tase; käbliku tähenduse töötlemine laiendab üksuse infosisu rohkem kui akustiline töötlemine, mis laiendab sisu rohkem kui pinna tasandi töötlemine.

Need kolm taset tunduvad kontseptuaalselt sarnased kaheosalise mudeli sensoorse registri, WM ja LTM-ga. Mõlemad vaated väidavad, et töötlemine muutub järjestikuste etappide või tasemetega keerukamaks. Töötlemise tasemete mudel aga ei eelda, et kolm töötlemise tüüpi moodustavad etappe. Töötlemise tasemete puhul ei pea järgmisele protsessile liikuma, et tegeleda keerukama töötlemisega; töötlemise sügavus võib taseme piires varieeruda. Käblik võib saada madala taseme semantilist töötlemist (väike lind) või ulatuslikumat semantilist töötlemist (selle sarnasus ja erinevus teiste lindudega).

Teine erinevus kahe teabe töötlemise mudeli vahel on töötlemise järjekord. Kaheosaline mudel eeldab, et teavet töötleb esmalt sensoorne register, seejärel WM ja lõpuks LTM. Töötlemise tasemete mudel ei tee järjestikust eeldust. Tähenduse tasandil töötlemiseks ei pea teavet kõigepealt töötlema pinna- ja helitasandil (peale selle, mis on vajalik teabe vastuvõtmiseks) (Lockhart et al., 1976).

Kahel mudelil on ka erinevad vaated selle kohta, kuidas töötlemise tüüp mälu mõjutab. Töötlemise tasemete puhul on mälu seda parem, mida sügavamal tasemel üksust töödeldakse, sest mälujälg on sügavamalt juurdunud. Avastsenaariumi õpetajad on mures selle pärast, kuidas nad saavad aidata õpilastel algebralist teavet sügavamal tasemel töödelda. Kui üksust on töödeldud konkreetses punktis taseme piires, ei tohiks täiendav töötlemine selles punktis mälu parandada. Seevastu kaheosaline mudel väidab, et mälu saab parandada sama tüüpi täiendava töötlemisega. See mudel ennustab, et mida rohkem üksuste loendit harjutatakse, seda paremini see meelde tuleb.

Mõned uurimistulemused toetavad töötlemise tasemeid. Craik ja Tulving (1975) esitasid inimestele sõnu. Iga sõna esitamisel anti neile küsimus, millele vastata. Küsimused olid mõeldud töötlemise hõlbustamiseks konkreetsel tasemel. Pinna töötlemiseks küsiti inimestelt: “Kas sõna on suurtähtedega?” Fonoloogilise töötlemise jaoks küsiti neilt: “Kas sõna rimeerub sõnaga rong?” Semantilise töötlemise jaoks: “Kas sõna sobiks lausesse: ‘Ta kohtas tänaval _____’?” Aega, mille inimesed veetsid erinevatel tasemetel töötlemisele, kontrolliti. Nende meeldetuletus oli parim, kui üksusi töödeldi semantilisel tasemel, järgmine parim fonoloogilisel tasemel ja halvim pinna tasemel. Need tulemused näitavad, et unustamine on tõenäolisem madala töötlemise korral ja see ei ole tingitud teabe kadumisest WM-ist või LTM-ist.

Töötlemise tasemed viitavad sellele, et õpilaste arusaamine on parem, kui materjali töödeldakse sügavamal tasemel. Glover, Plake, Roberts, Zimmer ja Palmere (1981) leidsid, et paludes õpilastel ideid ümber sõnastada, kui nad esseesid lugesid, paranes meeldetuletus oluliselt võrreldes tegevustega, mis ei tuginenud varasematele teadmistele (nt võtmesõnade tuvastamine esseedes). Juhised lugeda aeglaselt ja hoolikalt ei aidanud õpilasi meeldetuletuse ajal.

Vaatamata nendele positiivsetele leidudele on töötlemise tasemete teoorial probleeme. Üks mure on see, kas semantiline töötlemine on alati sügavam kui teised tasemed. Mõnede sõnade (kaputt) kõla on vähemalt sama eristav kui nende tähendus (“riknenud”). Tegelikult sõltub meeldetuletus mitte ainult töötlemise tasemest, vaid ka meeldetuletuse ülesande tüübist. Morris, Bransford ja Franks (1977) leidsid, et standardse meeldetuletuse ülesande korral andis semantiline kodeerimine paremaid tulemusi kui rimeeriv kodeerimine; rimeerimist rõhutava meeldetuletuse ülesande korral andis rimeerivate küsimuste küsimine kodeerimise ajal parema meeldetuletuse kui semantilised küsimused. Moscovitch ja Craik (1976) väitsid, et sügavam töötlemine õppimise ajal toob kaasa kõrgema potentsiaalse mälu jõudluse, kuid see potentsiaal realiseerub ainult siis, kui tingimused meeldetuletamisel vastavad õppimise ajal valitsenud tingimustele.

Teine mure töötlemise tasemete teooria puhul on see, kas täiendav töötlemine samal tasemel toodab paremat meeldetuletust. Nelson (1977) andis osalejatele ühe või kaks kordust iga stiimuli (sõna) kohta, mida töödeldi samal tasemel. Kaks kordust andsid parema meeldetuletuse, vastupidiselt töötlemise tasemete hüpoteesile. Muud uuringud näitavad, et materjali täiendav harjutamine soodustab säilitamist ja meeldetuletust, samuti töötlemise automatiseeritust (Anderson, 1990; Jacoby, Bartz & Evans, 1978).

Viimane küsimus puudutab taseme olemust. Uurijad on väitnud, et sügavuse mõiste on udune nii selle määratluses kui ka mõõtmises (Terry, 2009). Selle tulemusena ei tea me, kuidas töötlemine erinevatel tasemetel mõjutab õppimist ja mälu (Baddeley, 1978; Nelson, 1977). Aeg on taseme jaoks halb kriteerium, sest mõni pinna töötlemine (nt “Kas sõnal on järgmine tähemuster: konsonant-vokaal-konsonant-konsonant-vokaal-konsonant?”) võib võtta kauem aega kui semantiline töötlemine (“Kas see on linnuliik?”). Samuti ei ole töötlemise aeg antud tasemel sügavama töötlemise näitaja (Baddeley, 1978, 1998). Tasemete (sügavuse) selge mõistmise puudumine piirab selle perspektiivi kasulikkust.

Nende probleemide lahendamine võib nõuda töötlemise tasemete kombineerimist kaheosalise ideega, et saada täiustatud mälumudel. Näiteks võib WM-is olev teave olla seotud LTM-i teadmistega pealiskaudselt või keerukamalt. Samuti võivad kaks mälupoodi sisaldada töötlemise tasemeid igas poes. Semantiline kodeerimine LTM-is võib viia ulatuslikuma teabevõrgustiku ja sisukama viisini teabe meeldejätmiseks kui pinna- või fonoloogiline kodeerimine.

Aktiveerimistasand

Alternatiivne mälukontseptsioon, kuid sarnane kaheosalise ja töötlemise tasemete mudelitega, väidab, et mälustruktuurid varieeruvad oma aktiveerimistasemes (Anderson, 1990). Selle vaate kohaselt ei ole meil eraldi mälustruktuure, vaid pigem üks mälu erinevate aktiveerimisolekutega. Teave võib olla aktiivses või mitteaktiivses olekus. Aktiivsena saab teabele kiiresti juurde pääseda. Aktiivne olek säilib nii kaua, kui teabele tähelepanu pööratakse. Ilma tähelepanuta aktiveerimistasand langeb, sel juhul saab teavet aktiveerida, kui mälustruktuur taasaktiveeritakse (Collins & Loftus, 1975).

Aktiivne teave võib hõlmata teavet, mis siseneb teabe töötlemise süsteemi, ja teavet, mis on mällu salvestatud (Baddeley, 1998). Sõltumata allikast töödeldakse aktiivset teavet kas praegu või saab seda kiiresti töödelda. Aktiivne materjal on ligikaudu sünonüümne WM-iga, kuid esimene kategooria on laiem kui viimane. WM hõlmab teavet vahetus teadvuses, samas kui aktiivne mälu hõlmab seda teavet pluss materjali, millele saab hõlpsasti juurde pääseda. Näiteks kui ma külastan tädi Friedat ja me imetleme tema lilleaeda, on see teave WM-is, kuid muu teave, mis on seotud tädi Frieda õuega (puud, põõsad, koer), võib olla aktiivses olekus.

Harjutamine võimaldab teavet aktiivses olekus säilitada (Anderson, 1990). Nagu töömälu puhul, saab aktiivne olla ainult piiratud arv mälustruktuure korraga. Kui tähelepanu nihkub, muutub aktiveerimistasand.

Me kohtame aktiveerimistaseme ideed uuesti hiljem selles õppetükis (st Andersoni ACT teooria), sest see kontseptsioon on kriitilise tähtsusega teabe salvestamiseks ja selle mälust meeldetuletamiseks. Põhimõte hõlmab aktiveerimise levikut, mis tähendab, et üks mälustruktuur võib aktiveerida teise sellega külgneva (seotud) struktuuri (Anderson, 1990). Aktiveerimine levib aktiivsetest mitteaktiivsetesse mälupiirkondadesse. Aktiveerimise tase sõltub tee tugevusest, mida mööda aktiveerimine levib, ja konkureerivate (segavate) teede arvust. Aktiveerimise levik muutub tõenäolisemaks suurema harjutamise korral, mis tugevdab struktuure, ja vähem tõenäoliseks säilitusintervalli pikkusega, kui tugevus nõrgeneb.

Üks aktiveerimistaseme teooria eelis on see, et see võib selgitada teabe meeldetuletamist mälust. Loobudes eraldi mälupoodide mõistest, kõrvaldab mudel potentsiaalse probleemi teabe ühest poest teise ülekandmisega. STM (WM) on see osa mälust, mis on praegu aktiivne. Aktiveerimine väheneb aja jooksul, kui harjutamine ei hoia teavet aktiivsena (Nairne, 2002).

Samal ajal ei ole aktiveerimistaseme mudel pääsenud kahepoolse mudeli probleemidest, sest ka see dikotomiseerib teabesüsteemi (aktiivne-mitteaktiivne). Meil on ka probleem tugevustasemega, mis on vajalik teabe ühest olekust teise ülekandmiseks. Seega me intuitiivselt teame, et teave võib olla osaliselt aktiveeritud (nt ristsõnaüksus “keel on sõlmes”—sa tead seda, aga ei suuda meenutada), seega võime küsida, kui palju aktiveerimist on vaja, et materjali saaks pidada aktiivseks. Hoolimata nendest muredest pakub aktiveerimistaseme mudel olulisi teadmisi teabe töötlemise kohta.

Nüüd uurime põhjalikumalt kahepoolse mudeli komponente: tähelepanu, taju, kodeerimine, salvestamine ja meeldetuletamine (Shuell, 1986). Järgmine osa käsitleb tähelepanu; taju, kodeerimist, salvestamist ja meeldetuletamist käsitletakse järgmistes osades.