Informacijos apdorojimo sistema: teorija, modeliai ir alternatyvos

Informacijos apdorojimo teoretikai metė iššūkį idėjai, būdingai biheviorizmui, kad mokymasis apima asociacijų formavimą tarp stimulų ir reakcijų. Informacijos apdorojimo teoretikai neatmeta asociacijų, nes jie teigia, kad asociacijų tarp žinių bitų formavimas padeda palengvinti jų įgijimą ir saugojimą atmintyje. Greičiau, šie teoretikai mažiau susiję su išorinėmis sąlygomis ir daugiau dėmesio skiria vidiniams (protiniams) procesams, kurie įsiterpia tarp stimulų ir reakcijų. Besimokantieji yra aktyvūs informacijos ieškotojai ir apdorotojai. Skirtingai nuo bihevioristų, kurie teigė, kad žmonės reaguoja, kai stimuliai jiems daro įtaką, informacijos apdorojimo teoretikai teigia, kad žmonės atrenka ir atkreipia dėmesį į aplinkos ypatybes, transformuoja ir kartoja informaciją, susieja naują informaciją su ankstesne

Informacijos apdorojimo teorijos skiriasi požiūriais į tai, kurie pažinimo procesai yra svarbūs ir kaip jie veikia, tačiau jas sieja kelios bendros prielaidos. Viena iš jų yra ta, kad informacijos apdorojimas vyksta etapais, kurie įsiterpia tarp stimulo gavimo ir reakcijos sukėlimo. Išvada yra ta, kad informacijos forma arba tai, kaip ji yra atvaizduojama protiškai, skiriasi priklausomai nuo etapo. Etapai kokybiškai skiriasi vienas nuo kito.

Kita prielaida yra ta, kad informacijos apdorojimas yra analogiškas kompiuteriniam apdorojimui, bent jau metaforiškai. Žmogaus sistema veikia panašiai kaip kompiuteris: ji gauna informaciją, saugo ją atmintyje ir prireikus ją atgauna. Kognityvinis apdorojimas yra nepaprastai efektyvus; mažai švaistoma ar sutampa. Tyrėjai skiriasi tuo, kiek jie išplečia šią analogiją. Kai kuriems kompiuterio analogija yra tik metafora. Kiti naudoja kompiuterius imituoti žmonių veiklą. Dirbtinio intelekto sritis yra susijusi su kompiuterių programavimu užsiimti žmonių veikla, tokia kaip mąstymas, kalbos vartojimas ir problemų sprendimas.

Tyrėjai taip pat daro prielaidą, kad informacijos apdorojimas yra susijęs su visa kognityvine veikla: suvokimu, kartojimu, mąstymu, problemų sprendimu, atsiminimu, užmiršimu ir vaizdavimu (Farnham-Diggory, 1992; Matlin, 2009; Mayer, 1996; Shuell, 1986; Terry, 2009). Informacijos apdorojimas apima ne tik tradiciškai apibrėžtą žmogaus mokymąsi. Ši pamoka pirmiausia susijusi su tomis informacijos funkcijomis, kurios yra aktualiausios mokymuisi.

'Informacijos apdorojimo mokymosi ir atminties modelio' schema rodo informacijos apdorojimo modelį, kuris apima apdorojimo etapus. Nors šis modelis yra bendrinis, jis glaudžiai atitinka klasikinį modelį, kurį pasiūlė Atkinson ir Shiffrin (1968, 1971).

Informacijos apdorojimas prasideda tada, kai stimulo įvestis (pvz., vizualinė, klausos) veikia vieną ar daugiau jutimų (pvz., klausą, regėjimą, lytėjimą). Atitinkamas sensorinis registras gauna įvestį ir trumpai ją išlaiko sensorine forma. Būtent čia vyksta suvokimas (modelio atpažinimas), kuris yra reikšmės priskyrimo stimulo įvesčiai procesas. Paprastai tai neapima įvardijimo, nes įvardijimas užtrunka, o informacija sensoriniame registre išlieka tik dalį sekundės. Greičiau suvokimas apima įvesties atitikimą žinomai informacijai.

Sensorinis registras perduoda informaciją į trumpalaikę atmintį (STM). STM yra darbinė atmintis (WM) ir apytiksliai atitinka sąmoningumą arba tai, ką žmogus suvokia tam tikrą akimirką. WM talpa yra ribota. Miller (1956) teigė, kad joje telpa septyni plius minus du informacijos vienetai. Vienetas yra reikšmingas elementas: raidė, žodis, skaičius arba įprasta išraiška (pvz., „duona ir sviestas“). WM trukmė taip pat yra ribota; kad vienetai išliktų WM, jie turi būti kartojami (pakartojami). Be kartojimo, informacija prarandama po kelių sekundžių.

Kol informacija yra WM, susijusios žinios iš ilgalaikės atminties (LTM) arba nuolatinės atminties yra suaktyvinamos ir patalpinamos į WM, kad būtų integruotos su nauja informacija. Norėdami įvardyti visas valstijų sostines, prasidedančias raide A, studentai prisimena valstijų pavadinimus – galbūt pagal šalies regioną – ir peržiūri savo sostinių pavadinimus. Kai studentai, kurie nežino Merilendo sostinės, išmoksta „Anapolis“, jie gali ją saugoti su „Merilendu“ LTM.

Diskusijos objektas, ar informacija prarandama iš LTM (t. y. pamirštama). Kai kurie tyrėjai teigia, kad taip gali būti, o kiti sako, kad nesugebėjimas prisiminti atspindi gerų paieškos užuominų trūkumą, o ne pamiršimą. Jei Sara negali prisiminti savo trečios klasės mokytojo vardo (Mapleton), ji gali sugebėti, jei jai bus duotas patarimas: „Pagalvokite apie medžius.“ Nepriklausomai nuo teorinės perspektyvos, tyrėjai sutinka, kad informacija LTM išlieka ilgą laiką.

Kontrolės (vykdomieji) procesai reguliuoja informacijos srautą visoje informacijos apdorojimo sistemoje. Kartojimas yra svarbus kontrolės procesas, kuris vyksta WM. Žodinei medžiagai kartojimas vyksta kartojant informaciją garsiai arba tyliai. Kiti kontrolės procesai apima kodavimą (informacijos įdėjimą į prasmingą kontekstą – problema, kuri aptariama atidarymo scenarijuje), vaizdavimą (vizualiai atvaizduojant informaciją), sprendimų priėmimo taisyklių įgyvendinimą, informacijos organizavimą, supratimo lygio stebėjimą ir paieškos, savireguliavimo ir motyvacinių strategijų naudojimą.

Dviejų dalių modelis gali paaiškinti daugelį tyrimų rezultatų. Vienas iš nuosekliausių tyrimų rezultatų yra tas, kad kai žmonės turi išmokti elementų sąrašą, jie geriausiai prisimena pradinius elementus (pirmenybės efektas) ir paskutinius elementus (naujumo efektas), kaip parodyta 'Serijos pozicijos kreivėje, rodančioje prisiminimo klaidas kaip elemento pozicijos funkciją'. Pagal dviejų dalių modelį, pradiniai elementai gauna daugiausiai kartojimo ir perkeliami į LTM, o paskutiniai elementai vis dar yra WM prisiminimo metu. Viduriniai elementai prisimenami prasčiausiai, nes jie nebeegzistuoja WM prisiminimo metu (išstumti vėlesnių elementų), jie gauna mažiau kartojimų nei pradiniai elementai ir nėra tinkamai saugomi LTM.

Tačiau tyrimai rodo, kad mokymasis gali būti sudėtingesnis nei numato pagrindinis dviejų dalių modelis (Baddeley, 1998). Viena problema yra ta, kad šis modelis nepakankamai tiksliai nurodo, kaip informacija juda iš vienos dalies į kitą. Kontrolės procesų sąvoka yra įtikinama, bet neaiški. Galime paklausti: kodėl kai kurios įvestys pereina iš sensorinių registrų į WM, o kitos ne? Kurie mechanizmai nusprendžia, kad informacija buvo kartojama pakankamai ilgai, ir perkelia ją į LTM? Kaip informacija LTM atrenkama, kad būtų suaktyvinta? Kitas rūpestis yra tas, kad šis modelis geriausiai tinka žodinei medžiagai tvarkyti. Kaip vyksta nežodinė reprezentacija su medžiaga, kurios negalima lengvai įvardyti, pavyzdžiui, modernus menas ir gerai įsitvirtinę įgūdžiai, nėra aišku.

Modelis taip pat yra neaiškus dėl to, kas iš tikrųjų išmokstama. Apsvarstykite žmones, kurie mokosi žodžių sąrašų. Su beprasmiškais skiemenimis jie turi išmokti pačius žodžius ir pozicijas, kuriose jie pasirodo. Kai jie jau žino žodžius, jie turi išmokti tik pozicijas; pavyzdžiui, „katė“ pasirodo ketvirtoje pozicijoje, po kurios eina „medis“. Žmonės turi atsižvelgti į savo mokymosi tikslą ir atitinkamai modifikuoti mokymosi strategijas. Koks mechanizmas kontroliuoja šiuos procesus?

Taip pat kyla klausimas, ar visi sistemos komponentai naudojami visą laiką. WM yra naudinga, kai žmonės įgyja žinių ir turi susieti gaunamą informaciją su žiniomis LTM. Tačiau mes darome daug dalykų automatiškai: apsirengiame, vaikštome, važiuojame dviračiu, reaguojame į paprastus prašymus (pvz., „Ar turite laiko?“). Daugeliui suaugusiųjų skaitymas (dekodavimas) ir paprasti aritmetiniai skaičiavimai yra automatiniai procesai, kurie mažai reikalauja kognityvinių procesų. Toks automatinis apdorojimas gali nereikalauti WM veikimo. Kaip vystosi automatinis apdorojimas ir kokie mechanizmai jį valdo?

Šie ir kiti klausimai, kurių dviejų dalių modelis gerai neaptaria (pvz., motyvacijos vaidmuo mokantis ir savireguliavimo vystymasis), nepaneigia modelio; greičiau tai yra klausimai, kuriuos reikia aptarti. Nors dviejų dalių modelis yra geriausiai žinomas informacijos apdorojimo teorijos pavyzdys, daugelis tyrėjų jo visiškai nepriima (Matlin, 2009; Nairne, 2002). Alternatyvios teorijos, aptariamos šioje pamokoje, yra apdorojimo lygiai (arba gylis) ir aktyvacijos lygis, taip pat naujesnės konekcionizmo ir lygiagretaus paskirstyto apdorojimo (PDP) teorijos. Prieš išsamiau apibūdinant dviejų dalių modelio komponentus, aptariamos apdorojimo lygių ir aktyvacijos lygio teorijos (konekcionizmas ir PDP aptariami vėliau šioje pamokoje).

Apdorojimo lygiai (gylis)

Apdorojimo lygių (gylio) teorija konceptualizuoja atmintį pagal informacijos apdorojimo tipą, o ne pagal jos vietą (Craik, 1979; Craik & Lockhart, 1972; Craik & Tulving, 1975; Lockhart, Craik, & Jacoby, 1976). Šiame požiūryje nėra etapų ar struktūrinių komponentų, tokių kaip DP ar ilgalaikė atmintis (Terry, 2009). Greičiau egzistuoja skirtingi informacijos apdorojimo būdai (tokie kaip lygiai arba apdorojimo gylis): fizinis (paviršinis), akustinis (fonologinis, garsinis), semantinis (reikšmės). Šie trys lygiai yra dimensiniai, o fizinis apdorojimas yra pats paviršutiniškiausias (pvz., „x“ kaip simbolis be jokios prasmės, kaip aptarė mokytojai įvadiniame scenarijuje), o semantinis apdorojimas yra giliausias. Pavyzdžiui, tarkime, kad skaitote ir kitas žodis yra strazdas. Šis žodis gali būti apdorojamas paviršiaus lygiu (pvz., jis nėra rašomas didžiąja raide), fonologiniu lygiu (rimuojasi su den), arba semantiniu lygiu (mažas paukštis). Kiekvienas lygis reiškia labiau išplėtotą (gilesnį) apdorojimo tipą nei ankstesnis lygis; strazdo reikšmės apdorojimas išplečia elemento informacijos turinį labiau nei akustinis apdorojimas, kuris išplečia turinį labiau nei paviršiaus lygio apdorojimas.

Šie trys lygiai koncepciškai panašūs į jutiminį registrą, DP ir ilgalaikę atmintį dviejų saugyklų modelyje. Abu požiūriai teigia, kad apdorojimas tampa vis labiau išplėtotas su vėlesniais etapais ar lygiais. Tačiau apdorojimo lygių modelis nedaro prielaidos, kad trys apdorojimo tipai sudaro etapus. Apdorojimo lygiuose nebūtina pereiti prie kito proceso, norint užsiimti labiau išplėtotu apdorojimu; apdorojimo gylis gali skirtis kiekviename lygyje. Strazdas gali gauti žemo lygio semantinį apdorojimą (mažas paukštis) arba platesnį semantinį apdorojimą (jo panašumas ir skirtumas nuo kitų paukščių).

Kitas skirtumas tarp dviejų informacijos apdorojimo modelių yra apdorojimo tvarka. Dviejų saugyklų modelis daro prielaidą, kad informacija pirmiausia apdorojama jutiminiame registre, po to DP, ir galiausiai ilgalaikėje atmintyje. Apdorojimo lygių modelis nedaro nuoseklios prielaidos. Norint apdoroti informaciją reikšmės lygiu, ji nebūtinai turi būti pirmiausia apdorota paviršiaus ir garso lygiais (išskyrus apdorojimą, reikalingą informacijai gauti) (Lockhart et al., 1976).

Du modeliai taip pat turi skirtingus požiūrius į tai, kaip apdorojimo tipas veikia atmintį. Apdorojimo lygiuose kuo gilesnis lygis, kuriame apdorojamas elementas, tuo geresnė atmintis, nes atminties pėdsakas yra labiau įsišaknijęs. Įvadinio scenarijaus mokytojai nerimauja dėl to, kaip jie gali padėti studentams apdoroti algebrinę informaciją gilesniu lygiu. Kai elementas yra apdorojamas tam tikru tašku lygyje, papildomas apdorojimas tame pačiame taške neturėtų pagerinti atminties. Priešingai, dviejų saugyklų modelis teigia, kad atmintį galima pagerinti papildomai apdorojant to paties tipo informaciją. Šis modelis numato, kad kuo daugiau kartų bus repetuojamas elementų sąrašas, tuo geriau jis bus prisimintas.

Kai kurie tyrimų duomenys patvirtina apdorojimo lygius. Craik ir Tulving (1975) pateikė asmenims žodžius. Kai kiekvienas žodis buvo pateiktas, jiems buvo pateiktas klausimas, į kurį reikėjo atsakyti. Klausimai buvo skirti palengvinti apdorojimą tam tikru lygiu. Paviršiniam apdorojimui žmonių buvo klausiama: „Ar žodis parašytas didžiosiomis raidėmis?“ Fonologiniam apdorojimui jų buvo klausiama: „Ar žodis rimuojasi su traukiniu?“ Semantiniam apdorojimui: „Ar žodis tiktų į sakinį: „Jis sutiko _____ gatvėje“?“ Laikas, kurį žmonės praleido apdorodami įvairiais lygiais, buvo kontroliuojamas. Geriausiai jie prisiminė elementus, kurie buvo apdoroti semantiniu lygiu, kitas geriausias rezultatas buvo fonologinis lygis, o blogiausias – paviršiaus lygis. Šie rezultatai rodo, kad užmaršumas yra labiau tikėtinas atliekant seklų apdorojimą ir nėra susijęs su informacijos praradimu iš DP ar ilgalaikės atminties.

Apdorojimo lygiai reiškia, kad studentų supratimas yra geresnis, kai medžiaga apdorojama gilesniu lygiu. Glover, Plake, Roberts, Zimmer ir Palmere (1981) nustatė, kad paprašius studentų perfrazuoti idėjas skaitant esė, žymiai pagerėjo prisiminimas, palyginti su veikla, kuri nesiremia ankstesnėmis žiniomis (pvz., pagrindinių žodžių nustatymas esėse). Instrukcijos skaityti lėtai ir atidžiai nepadėjo studentams prisiminimo metu.

Nepaisant šių teigiamų rezultatų, apdorojimo lygių teorija turi problemų. Vienas iš rūpesčių yra tai, ar semantinis apdorojimas visada yra gilesnis už kitus lygius. Kai kurių žodžių garsai (kaput) yra bent jau tokie pat išskirtiniai kaip ir jų reikšmės („sugriautas“). Tiesą sakant, prisiminimas priklauso ne tik nuo apdorojimo lygio, bet ir nuo prisiminimo užduoties tipo. Morris, Bransford ir Franks (1977) nustatė, kad, atliekant standartinę prisiminimo užduotį, semantinis kodavimas davė geresnius rezultatus nei rimavimo kodavimas; tačiau, atliekant prisiminimo užduotį, pabrėžiant rimavimą, rimavimo klausimų uždavimas kodavimo metu davė geresnį prisiminimą nei semantiniai klausimai. Moscovitch ir Craik (1976) teigė, kad gilesnis apdorojimas mokymosi metu lemia didesnį potencialų atminties našumą, tačiau tas potencialas bus realizuotas tik tada, kai atkūrimo sąlygos atitiks sąlygas mokymosi metu.

Kitas rūpestis dėl apdorojimo lygių teorijos yra tai, ar papildomas apdorojimas tame pačiame lygyje pagerina prisiminimą. Nelson (1977) pateikė dalyviams vieną arba du kiekvieno stimulo (žodžio) pakartojimus, apdorotus tame pačiame lygyje. Du pakartojimai davė geresnį prisiminimą, prieštaraujantį apdorojimo lygių hipotezei. Kiti tyrimai rodo, kad papildomas medžiagos repetavimas palengvina įsiminimą ir prisiminimą, taip pat apdorojimo automatiškumą (Anderson, 1990; Jacoby, Bartz, & Evans, 1978).

Paskutinis klausimas susijęs su lygio prigimtimi. Tyrėjai teigė, kad gylio sąvoka yra miglota tiek savo apibrėžimu, tiek matavimu (Terry, 2009). Dėl to mes nežinome, kaip apdorojimas skirtingais lygiais veikia mokymąsi ir atmintį (Baddeley, 1978; Nelson, 1977). Laikas yra prastas lygio kriterijus, nes kai kuris paviršinis apdorojimas (pvz., „Ar žodyje yra toks raidžių modelis: priebalsis-balsis-priebalsis-priebalsis-balsis-priebalsis?“) gali užtrukti ilgiau nei semantinis apdorojimas („Ar tai paukščio tipas?“). Apdorojimo laikas tam tikrame lygyje taip pat nėra gilesnio apdorojimo požymis (Baddeley, 1978, 1998). Aiškaus lygių (gylio) supratimo trūkumas riboja šios perspektyvos naudingumą.

Išsprendus šias problemas, gali prireikti sujungti apdorojimo lygius su dviejų saugyklų idėja, kad būtų sukurtas patobulintas atminties modelis. Pavyzdžiui, informacija DP gali būti susijusi su žiniomis ilgalaikėje atmintyje paviršutiniškai arba labiau išplėtotai. Be to, dvi atminties saugyklos gali apimti apdorojimo lygius kiekvienoje saugykloje. Semantinis kodavimas ilgalaikėje atmintyje gali lemti platesnį informacijos tinklą ir prasmingesnį būdą prisiminti informaciją nei paviršinis arba fonologinis kodavimas.

Aktyvacijos lygis

Alternatyvi atminties koncepcija, bet panaši į dviejų saugyklų ir apdorojimo lygių modelius, teigia, kad atminties struktūros skiriasi savo aktyvacijos lygiu (Anderson, 1990). Šiuo požiūriu mes neturime atskirų atminties struktūrų, o greičiau vieną atmintį su skirtingomis aktyvacijos būsenomis. Informacija gali būti aktyvioje arba neaktyvioje būsenoje. Kai informacija yra aktyvi, ją galima greitai pasiekti. Aktyvi būsena palaikoma tol, kol informacija yra atkreipiamas dėmesys. Be dėmesio, aktyvacijos lygis sumažės, tokiu atveju informaciją galima suaktyvinti, kai atminties struktūra bus vėl suaktyvinta (Collins & Loftus, 1975).

Aktyvi informacija gali apimti informaciją, patenkančią į informacijos apdorojimo sistemą, ir informaciją, kuri buvo saugoma atmintyje (Baddeley, 1998). Nepriklausomai nuo šaltinio, aktyvi informacija arba šiuo metu yra apdorojama, arba gali būti greitai apdorojama. Aktyvi medžiaga yra apytiksliai sinonimiška DP, tačiau pastaroji kategorija yra platesnė nei pirmoji. DP apima informaciją, esančią tiesioginėje sąmonėje, o aktyvi atmintis apima tą informaciją plius medžiagą, kurią galima lengvai pasiekti. Pavyzdžiui, jei lankausi pas tetą Friedą ir grožimės jos gėlių sodu, ta informacija yra DP, bet kita informacija, susijusi su tetos Friedos kiemu (medžiai, krūmai, šuo), gali būti aktyvioje būsenoje.

Repetavimas leidžia informacijai išlikti aktyvioje būsenoje (Anderson, 1990). Kaip ir darbinėje atmintyje, tik ribotas skaičius atminties struktūrų gali būti aktyvios vienu metu. Pasikeitus dėmesiui, keičiasi aktyvacijos lygis.

Su aktyvacijos lygio idėja vėl susidursime vėliau šioje pamokoje (t. y., Andersono ACT teorija), nes koncepcija yra labai svarbi informacijos saugojimui ir jos atkūrimui iš atminties. Pagrindinė sąvoka apima sklaidžią aktyvaciją, o tai reiškia, kad viena atminties struktūra gali suaktyvinti kitą struktūrą, esančią greta (susijusią) su ja (Anderson, 1990). Aktyvacija sklinda iš aktyvių į neaktyvias atminties dalis. Aktyvacijos lygis priklauso nuo kelio, kuriuo sklinda aktyvacija, stiprumo ir nuo konkuruojančių (trukdančių) kelių skaičiaus. Aktyvacijos sklidimas tampa labiau tikėtinas su padidėjusia praktika, kuri stiprina struktūras, ir mažiau tikėtinas su ilgesniu išsaugojimo intervalu, nes stiprumas silpnėja.

Vienas iš aktyvacijos lygio teorijos pranašumų yra tas, kad ji gali paaiškinti informacijos atkūrimą iš atminties. Atsisakius atskirų atminties saugyklų sąvokos, modelis pašalina potencialią problemą perkelti informaciją iš vienos saugyklos į kitą. Trumpalaikė atmintis (DP) yra ta atminties dalis, kuri šiuo metu yra aktyvi. Aktyvacija sumažėja su laiko tėkme, nebent repetavimas palaiko informaciją aktyvią (Nairne, 2002).

Tuo pat metu aktyvacijos lygio modelis neišvengė dviejų saugyklų problemų, nes jis taip pat dichotomiškai skirsto informacijos sistemą (aktyvus-neaktyvus). Mes taip pat turime problemą dėl stiprumo lygio, reikalingo informacijai pereiti iš vienos būsenos į kitą. Taigi, mes intuityviai žinome, kad informacija gali būti iš dalies suaktyvinta (pvz., kryžiažodžio elementas „ant liežuvio galo“ – jūs tai žinote, bet negalite prisiminti), todėl galime paklausti, kiek aktyvacijos reikia, kad medžiaga būtų laikoma aktyvia. Nepaisant šių rūpesčių, aktyvacijos lygio modelis siūlo svarbių įžvalgų apie informacijos apdorojimą.

Dabar išsamiau išnagrinėsime dviejų saugyklų modelio komponentus: dėmesį, suvokimą, kodavimą, saugojimą ir atkūrimą (Shuell, 1986). Kitas skyrius aptaria dėmesį; suvokimas, kodavimas, saugojimas ir atkūrimas aptariami vėlesniuose skyriuose.