Informācijas apstrādes sistēma: Teorija un darbības principi

Informācijas apstrādes teorētiķi apstrīdēja uzvedības psiholoģijā ietverto ideju, ka mācīšanās ietver asociāciju veidošanu starp stimuliem un reakcijām. Informācijas apstrādes teorētiķi nenoraida asociācijas, jo viņi postulē, ka asociāciju veidošana starp zināšanu fragmentiem palīdz atvieglot to apguvi un uzglabāšanu atmiņā. Drīzāk šie teorētiķi mazāk uztraucas par ārējiem apstākļiem un vairāk koncentrējas uz iekšējiem (mentālajiem) procesiem, kas iejaucas starp stimuliem un reakcijām. Izglītojamie ir aktīvi informācijas meklētāji un apstrādātāji. Atšķirībā no uzvedības psihologiem, kuri apgalvoja, ka cilvēki reaģē, kad stimuli ietekmē viņus, informācijas apstrādes teorētiķi apgalvo, ka cilvēki atlasa un pievērš uzmanību vides iezīmēm, pārveido un atkārto informāciju, saista jaunu informāciju ar iepriekšējo

Informācijas apstrādes teorijas atšķiras savos uzskatos par to, kuri kognitīvie procesi ir svarīgi un kā tie darbojas, bet tām ir daži kopīgi pieņēmumi. Viens no tiem ir tāds, ka informācijas apstrāde notiek posmos, kas iejaucas starp stimula saņemšanu un reakcijas ražošanu. Sekas ir tādas, ka informācijas forma jeb tas, kā tā tiek attēlota mentāli, atšķiras atkarībā no posma. Posmi kvalitatīvi atšķiras viens no otra.

Vēl viens pieņēmums ir tāds, ka informācijas apstrāde ir analoga datoru apstrādei, vismaz metaforiski. Cilvēka sistēma darbojas līdzīgi datoram: tā saņem informāciju, uzglabā to atmiņā un izgūst to pēc nepieciešamības. Kognitīvā apstrāde ir ārkārtīgi efektīva; ir maz atkritumu vai pārklāšanās. Pētnieki atšķiras pēc tā, cik tālu viņi paplašina šo analoģiju. Dažiem datoru analoģija ir tikai metafora. Citi izmanto datorus, lai simulētu cilvēku darbības. Mākslīgā intelekta joma ir saistīta ar datoru programmēšanu, lai tie iesaistītos cilvēka darbībās, piemēram, domāšanā, valodas lietošanā un problēmu risināšanā.

Pētnieki arī pieņem, ka informācijas apstrāde ir iesaistīta visās kognitīvajās darbībās: uztveršanā, atkārtošanā, domāšanā, problēmu risināšanā, atcerēšanās, aizmirstot un attēlojot (Farnham-Diggory, 1992; Matlin, 2009; Mayer, 1996; Shuell, 1986; Terry, 2009). Informācijas apstrāde sniedzas ārpus cilvēku mācīšanās, kā tradicionāli noteikts. Šī nodarbība galvenokārt ir saistīta ar tām informācijas funkcijām, kas visvairāk attiecas uz mācīšanos.

'Informācijas apstrādes modelis par mācīšanos un atmiņu' shēma parāda informācijas apstrādes modeli, kas ietver apstrādes posmus. Lai gan šis modelis ir vispārīgs, tas cieši atbilst klasiskajam modelim, ko ierosināja Atkinsons un Šifrins (1968, 1971).

Informācijas apstrāde sākas, kad stimula ievade (piemēram, vizuāla, dzirdes) ietekmē vienu vai vairākas maņas (piemēram, dzirdi, redzi, tausti). Atbilstošais sensorais reģistrs saņem ievadi un īsi to saglabā sensorā formā. Tieši šeit notiek uztvere (rakstu atpazīšana), kas ir procesa gaitā tiek piešķirta nozīme stimula ievadei. Tas parasti neietver nosaukumu, jo nosaukšanai nepieciešams laiks, un informācija sensorajā reģistrā paliek tikai sekundes daļu. Drīzāk uztvere ietver ievades saskaņošanu ar zināmo informāciju.

Sensorais reģistrs pārsūta informāciju uz īstermiņa atmiņu (ĪAM). ĪAM ir darba atmiņa (DAM), un tā aptuveni atbilst apziņai jeb tam, ko cilvēks apzinās dotajā brīdī. DAM ir ierobežota ietilpība. Millers (1956) ierosināja, ka tā satur septiņas plus mīnus divas informācijas vienības. Vienība ir nozīmīgs elements: burts, vārds, skaitlis vai izplatīta izteiksme (piemēram, “maize un sviests”). DAM ir ierobežots arī ilgums; lai vienības tiktu saglabātas DAM, tās ir jāatkārto (jāatkārto). Bez atkārtošanas informācija tiek zaudēta pēc dažām sekundēm.

Kamēr informācija atrodas DAM, tiek aktivizētas saistītās zināšanas ilgtermiņa atmiņā (ITAM) jeb pastāvīgajā atmiņā un ievietotas DAM, lai integrētu ar jauno informāciju. Lai nosauktu visus štatu galvaspilsētas, kas sākas ar burtu A, studenti atceras štatu nosaukumus—iespējams, pēc valsts reģiona—un pārlūko savu galvaspilsētu nosaukumus. Kad studenti, kuri nezina Mērilendas galvaspilsētu, uzzina “Anapoli”, viņi to var saglabāt ar “Mērilendu” ITAM.

Ir diskutējams, vai informācija tiek zaudēta no ITAM (t.i., aizmirsta). Daži pētnieki apgalvo, ka tā var būt, savukārt citi saka, ka nespēja atcerēties atspoguļo labu izgūšanas norāžu trūkumu, nevis aizmirstību. Ja Sāra nevar atcerēties savas trešās klases skolotājas vārdu (Māpltona), viņa to varētu atcerēties, ja tiktu dots mājienu: “Padomājiet par kokiem.” Neatkarīgi no teorētiskās perspektīvas, pētnieki piekrīt, ka informācija ITAM paliek ilgu laiku.

Kontroles (izpildes) procesi regulē informācijas plūsmu visā informācijas apstrādes sistēmā. Atkārtošana ir svarīgs kontroles process, kas notiek DAM. Verbālajam materiālam atkārtošana notiek, skaļi vai zemapziņā atkārtojot informāciju. Citi kontroles procesi ietver kodēšanu (informācijas ievietošanu jēgpilnā kontekstā—jautājums, kas tiek apspriests ievada scenārijā), attēlošanu (vizuāli attēlojot informāciju), lēmumu pieņemšanas noteikumu ieviešanu, informācijas organizēšanu, izpratnes līmeņa uzraudzību un izgūšanas, pašregulācijas un motivācijas stratēģiju izmantošanu.

Divu krātuvju modelis var pamatot daudzus pētījumu rezultātus. Viens no konsekventākajiem pētījumu atklājumiem ir tas, ka, ja cilvēkiem ir jāapgūst vienumu saraksts, viņi vislabāk atceras sākuma vienumus (primaritātes efekts) un pēdējos vienumus (nesenuma efekts), kā attēlots 'Sērijas pozīcijas līkne, kas parāda kļūdas atsaukšanā atkarībā no vienuma pozīcijas' Saskaņā ar divu krātuvju modeli sākuma vienumi saņem visvairāk atkārtojumu un tiek pārsūtīti uz ITAM, savukārt pēdējie vienumi atsaukšanas laikā joprojām atrodas DAM. Vidējie vienumi tiek atsaukti visvājāk, jo tie atsaukšanas laikā vairs neatrodas DAM (tos ir izstūmuši turpmākie vienumi), tie saņem mazāk atkārtojumu nekā sākuma vienumi, un tie nav pareizi saglabāti ITAM.

Tomēr pētījumi liecina, ka mācīšanās var būt sarežģītāka, nekā nosaka divu krātuvju pamatmodelis (Baddeley, 1998). Viena problēma ir tā, ka šis modelis pilnībā nenorāda, kā informācija pārvietojas no vienas krātuves uz otru. Kontroles procesu jēdziens ir ticams, bet neskaidrs. Mēs varētu jautāt: Kāpēc daži ievades dati virzās no sensorajiem reģistriem uz DAM, bet citi ne? Kuri mehānismi nosaka, ka informācija ir pietiekami ilgi atkārtota, un pārsūta to uz ITAM? Kā tiek atlasīta informācija ITAM, lai to aktivizētu? Vēl viena problēma ir tā, ka šis modelis, šķiet, vislabāk ir piemērots verbāla materiāla apstrādei. Nav skaidrs, kā notiek neverbāla attēlošana ar materiālu, ko nevar viegli verbalizēt, piemēram, modernā māksla un labi apgūtas prasmes.

Modelis ir arī neskaidrs par to, kas patiesībā tiek apgūts. Apsveriet cilvēkus, kuri apgūst vārdu sarakstus. Ar bezjēdzīgiem zilbēm viņiem ir jāapgūst paši vārdi un pozīcijas, kurās tie parādās. Kad viņi jau zina vārdus, viņiem jāapgūst tikai pozīcijas; piemēram, “ķepata” parādās ceturtajā pozīcijā, kam seko “koks.” Cilvēkiem ir jāņem vērā savs mērķis mācībās un atbilstoši jāmaina mācīšanās stratēģijas. Kas kontrolē šos procesus?

Jautājums ir arī par to, vai visi sistēmas komponenti tiek izmantoti visu laiku. DAM ir noderīga, kad cilvēki apgūst zināšanas un viņiem ir jāsaista ienākošā informācija ar zināšanām ITAM. Bet mēs daudzas lietas darām automātiski: ģērbjamies, staigājam, braucam ar velosipēdu, atbildam uz vienkāršiem pieprasījumiem (piemēram, “Vai jums ir laiks?”). Daudziem pieaugušajiem lasīšana (dekodēšana) un vienkārši aritmētiskie aprēķini ir automātiski procesi, kas maz pieprasa kognitīvajiem procesiem. Šāda automātiska apstrāde var neprasīt DAM darbību. Kā attīstās automātiska apstrāde un kādi mehānismi to regulē?

Šie un citi jautājumi, kurus divu krātuvju modelis labi nerisina (piemēram, motivācijas loma mācībās un pašregulācijas attīstība), nenoliedz modeli; drīzāk tie ir jautājumi, kas jārisina. Lai gan divu krātuvju modelis ir vislabāk zināmais informācijas apstrādes teorijas piemērs, daudzi pētnieki to pilnībā nepieņem (Matlin, 2009; Nairne, 2002). Alternatīvās teorijas, kas aplūkotas šajā nodarbībā, ir apstrādes līmeņi (vai dziļums) un aktivācijas līmenis, kā arī jaunākās savienojamības un paralēlās sadalītās apstrādes (PSP) teorijas. Pirms divu krātuvju modeļa komponenti tiek aprakstīti sīkāk, tiek apspriesti apstrādes un aktivācijas līmeņa teorijas (savienojamība un PSP tiek aplūkotas vēlāk šajā nodarbībā).

Apstrādes Līmeņi (Dziļums)

Apstrādes līmeņu (dziļuma) teorija konceptualizē atmiņu atbilstoši informācijas apstrādes veidam, nevis tās atrašanās vietai (Craik, 1979; Craik & Lockhart, 1972; Craik & Tulving, 1975; Lockhart, Craik, & Jacoby, 1976). Šis skatījums neiekļauj posmus vai strukturālas sastāvdaļas, piemēram, DM vai IAT (Terry, 2009). Drīzāk pastāv dažādi informācijas apstrādes veidi (piemēram, līmeņi vai apstrādes dziļums): fiziska (virsmas), akustiska (fonoloģiska, skaņas), semantiska (nozīmes). Šie trīs līmeņi ir dimensionāli, fiziskā apstrāde ir visvirsējākā (piemēram, “x” kā simbols bez nozīmes, kā to apsprieda skolotāji ievada scenārijā), un semantiskā apstrāde ir visdziļākā. Piemēram, pieņemsim, ka jūs lasāt un nākamais vārds ir erickiņš. Šo vārdu var apstrādāt virsmas līmenī (piemēram, tas nav rakstīts ar lielo burtu), fonoloģiskā līmenī (atbalsojas ar deņa), vai semantiskā līmenī (mazs putniņš). Katrs līmenis pārstāv sarežģītāku (dziļāku) apstrādes veidu nekā iepriekšējais līmenis; erickiņa nozīmes apstrāde paplašina vienības informācijas saturu vairāk nekā akustiskā apstrāde, kas paplašina saturu vairāk nekā virsmas līmeņa apstrāde.

Šie trīs līmeņi konceptuāli šķiet līdzīgi sensoro reģistram, DM un IAT divu krātuvju modelī. Abi skatījumi apgalvo, ka apstrāde kļūst sarežģītāka ar secīgiem posmiem vai līmeņiem. Tomēr apstrādes līmeņu modelis nepieņem, ka trīs apstrādes veidi veido posmus. Apstrādes līmeņos nav jāpāriet uz nākamo procesu, lai iesaistītos sarežģītākā apstrādē; apstrādes dziļums var atšķirties līmeņa ietvaros. Erickiņš var saņemt zema līmeņa semantisko apstrādi (mazs putniņš) vai plašāku semantisko apstrādi (tā līdzību un atšķirību no citiem putniem).

Vēl viena atšķirība starp diviem informācijas apstrādes modeļiem attiecas uz apstrādes secību. Divu krātuvju modelis pieņem, ka informāciju vispirms apstrādā sensorais reģistrs, pēc tam DM un visbeidzot IAT. Apstrādes līmeņu modelis neizvirza secīgu pieņēmumu. Lai informāciju apstrādātu nozīmes līmenī, tā vispirms nav jāapstrādā virsmas un skaņas līmenī (ārpus tā, kas nepieciešams, lai informācija tiktu saņemta) (Lockhart et al., 1976).

Diviem modeļiem ir arī atšķirīgi uzskati par to, kā apstrādes veids ietekmē atmiņu. Apstrādes līmeņos, jo dziļāks ir līmenis, kurā vienība tiek apstrādāta, jo labāka ir atmiņa, jo atmiņas pēdas ir vairāk iesakņojušās. Ievada scenārijā skolotāji ir nobažījušies par to, kā viņi var palīdzēt skolēniem apstrādāt algebrisko informāciju dziļākā līmenī. Kad vienība ir apstrādāta noteiktā punktā līmenī, papildu apstrāde šajā punktā nedrīkstētu uzlabot atmiņu. Turpretim divu krātuvju modelis apgalvo, ka atmiņu var uzlabot ar papildu tāda paša veida apstrādi. Šis modelis paredz, ka, jo vairāk tiek atkārtots vienumu saraksts, jo labāk tas tiks atcerēts.

Daži pētījumu pierādījumi atbalsta apstrādes līmeņus. Craik un Tulving (1975) prezentēja indivīdiem vārdus. Kad katrs vārds tika prezentēts, viņiem tika uzdots jautājums, uz kuru atbildēt. Jautājumi tika izstrādāti, lai atvieglotu apstrādi noteiktā līmenī. Virsmas apstrādei cilvēkiem tika jautāts: “Vai vārds ir rakstīts ar lielajiem burtiem?” Fonoloģiskajai apstrādei viņiem tika jautāts: “Vai vārds atbalsojas ar vilcienu?” Semantiskajai apstrādei: “Vai vārds iederētos teikumā: ‘Viņš satika _____ uz ielas’?” Tika kontrolēts laiks, ko cilvēki pavadīja apstrādei dažādos līmeņos. Viņu atsaukšana bija vislabākā, kad vienumi tika apstrādāti semantiskā līmenī, nākamā labākā fonoloģiskā līmenī un sliktākā virsmas līmenī. Šie rezultāti liecina, ka aizmirstība ir vairāk iespējama ar seklu apstrādi un nav saistīta ar informācijas zudumu no DM vai IAT.

Apstrādes līmeņi nozīmē, ka skolēnu izpratne ir labāka, ja materiāls tiek apstrādāts dziļākos līmeņos. Glover, Plake, Roberts, Zimmer un Palmere (1981) atklāja, ka, lūdzot skolēniem pārfrāzēt idejas, lasot esejas, ievērojami uzlabojās atsaukšana, salīdzinot ar darbībām, kas neizmantoja iepriekšējās zināšanas (piemēram, atslēgvārdu identificēšana esejās). Norādījumi lasīt lēnām un uzmanīgi nepalīdzēja skolēniem atsaukšanas laikā.

Neskatoties uz šiem pozitīvajiem atklājumiem, apstrādes līmeņu teorijai ir problēmas. Viena no bažām ir par to, vai semantiskā apstrāde vienmēr ir dziļāka par citiem līmeņiem. Dažu vārdu skaņas (kaput) ir vismaz tikpat atšķirīgas kā to nozīmes (“sabojāts”). Patiesībā atsaukšana ir atkarīga ne tikai no apstrādes līmeņa, bet arī no atsaukšanas uzdevuma veida. Morris, Bransford un Franks (1977) atklāja, ka, ņemot vērā standarta atsaukšanas uzdevumu, semantiskā kodēšana deva labākus rezultātus nekā atskaņu kodēšana; tomēr, ņemot vērā atsaukšanas uzdevumu, kas uzsver atskaņas, atskaņu jautājumu uzdošana kodēšanas laikā deva labāku atsaukšanu nekā semantiskie jautājumi. Moscovitch un Craik (1976) ierosināja, ka dziļāka apstrāde mācīšanās laikā rada augstāku potenciālo atmiņas sniegumu, bet šis potenciāls tiks realizēts tikai tad, kad apstākļi izgūšanas laikā atbildīs apstākļiem mācīšanās laikā.

Vēl viena problēma ar apstrādes līmeņu teoriju ir jautājums par to, vai papildu apstrāde tajā pašā līmenī rada labāku atsaukšanu. Nelson (1977) dalībniekiem deva vienu vai divus katra stimula (vārda) atkārtojumus, kas apstrādāti vienā līmenī. Divi atkārtojumi radīja labāku atsaukšanu, pretēji apstrādes līmeņu hipotēzei. Citi pētījumi liecina, ka papildu materiāla atkārtošana atvieglo saglabāšanu un atsaukšanu, kā arī apstrādes automatizāciju (Anderson, 1990; Jacoby, Bartz, & Evans, 1978).

Pēdējais jautājums attiecas uz līmeņa būtību. Pētnieki ir apgalvojuši, ka jēdziens par dziļumu ir neskaidrs gan tā definīcijā, gan mērījumā (Terry, 2009). Tā rezultātā mēs nezinām, kā apstrāde dažādos līmeņos ietekmē mācīšanos un atmiņu (Baddeley, 1978; Nelson, 1977). Laiks ir slikts līmeņa kritērijs, jo dažas virsmas apstrādes (piemēram, “Vai vārdam ir šāds burtu raksts: līdzskanis-patskanis-līdzskanis-līdzskanis-patskanis-līdzskanis?”) var aizņemt ilgāku laiku nekā semantiskā apstrāde (“Vai tas ir putnu veids?”). Arī apstrādes laiks dotā līmenī neliecina par dziļāku apstrādi (Baddeley, 1978, 1998). Skaidras izpratnes trūkums par līmeņiem (dziļumu) ierobežo šīs perspektīvas lietderību.

Šo problēmu risināšanai var būt nepieciešams apvienot apstrādes līmeņus ar divu krātuvju ideju, lai izveidotu uzlabotu atmiņas modeli. Piemēram, informācija DM var būt saistīta ar zināšanām IAT virspusēji vai sarežģītāk. Arī divas atmiņas krātuves var ietvert apstrādes līmeņus katrā krātuvē. Semantiskā kodēšana IAT var novest pie plašāka informācijas tīkla un jēgpilnāka veida, kā atcerēties informāciju, nekā virsmas vai fonoloģiskā kodēšana.

Aktivācijas Līmenis

Alternatīvs atmiņas jēdziens, bet līdzīgs divu krātuvju un apstrādes līmeņu modeļiem, apgalvo, ka atmiņas struktūras atšķiras pēc to aktivācijas līmeņa (Anderson, 1990). Šajā skatījumā mums nav atsevišķu atmiņas struktūru, bet gan viena atmiņa ar dažādiem aktivācijas stāvokļiem. Informācija var būt aktīvā vai neaktīvā stāvoklī. Kad tā ir aktīva, informācija var ātri piekļūt. Aktīvais stāvoklis tiek uzturēts tik ilgi, kamēr informācijai tiek pievērsta uzmanība. Bez uzmanības aktivācijas līmenis samazināsies, un šajā gadījumā informāciju var aktivizēt, kad atmiņas struktūra tiek atkārtoti aktivizēta (Collins & Loftus, 1975).

Aktīvā informācija var ietvert informāciju, kas nonāk informācijas apstrādes sistēmā, un informāciju, kas ir saglabāta atmiņā (Baddeley, 1998). Neatkarīgi no avota, aktīvā informācija vai nu pašlaik tiek apstrādāta, vai arī to var ātri apstrādāt. Aktīvs materiāls ir aptuveni sinonīms DM, bet pirmā kategorija ir plašāka nekā pēdējā. DM ietver informāciju tūlītējā apziņā, savukārt aktīvā atmiņa ietver šo informāciju plus materiālu, kuram var viegli piekļūt. Piemēram, ja es apmeklēju tanti Frīdu un mēs apbrīnojam viņas fliedu dārzu, šī informācija ir DM, bet cita informācija, kas saistīta ar tantes Frīdas pagalmu (koki, krūmi, suns), var būt aktīvā stāvoklī.

Atkārtošana ļauj informāciju uzturēt aktīvā stāvoklī (Anderson, 1990). Tāpat kā ar darba atmiņu, tikai ierobežots skaits atmiņas struktūru var būt aktīvas dotajā laikā. Pārvietojoties uzmanībai, aktivācijas līmenis mainās.

Mēs atkal sastopamies ar aktivācijas līmeņa ideju vēlāk šajā nodarbībā (t.i., Andersona ACT teorija), jo šis jēdziens ir kritisks informācijas glabāšanai un tās izgūšanai no atmiņas. Pamatjēdziens ietver aktivācijas izplatīšanos, kas nozīmē, ka viena atmiņas struktūra var aktivizēt citu struktūru, kas atrodas blakus (saistīta) tai (Anderson, 1990). Aktivācija izplatās no aktīvām uz neaktīvām atmiņas daļām. Aktivācijas līmenis ir atkarīgs no ceļa stipruma, pa kuru izplatās aktivācija, un no konkurējošo (traucējošo) ceļu skaita. Aktivācijas izplatīšanās kļūst vairāk iespējama ar palielinātu praksi, kas stiprina struktūras, un mazāk iespējama ar saglabāšanas intervāla garumu, jo stiprums vājinās.

Viena no aktivācijas līmeņa teorijas priekšrocībām ir tā, ka tā var izskaidrot informācijas izgūšanu no atmiņas. Atsakoties no atsevišķu atmiņas krātuvju jēdziena, modelis novērš potenciālo problēmu ar informācijas pārsūtīšanu no vienas krātuves uz otru. ĪT (DM) ir tā atmiņas daļa, kas pašlaik ir aktīva. Aktivācija samazinās ar laika gaitā, ja vien atkārtošana neuztur informāciju aktivizētu (Nairne, 2002).

Tajā pašā laikā aktivācijas līmeņa modelis nav izvairījies no divu krātuvju problēmām, jo arī tas dihotomizē informācijas sistēmu (aktīvs-neaktīvs). Mums ir arī problēma ar stipruma līmeni, kas nepieciešams, lai informācija pārietu no viena stāvokļa uz citu. Tādējādi mēs intuitīvi zinām, ka informācija var būt daļēji aktivizēta (piemēram, krustvārdu mīklas vienība “uz mēles gala”—jūs to zināt, bet nevarat atcerēties), tāpēc mēs varētu jautāt, cik daudz aktivācijas ir nepieciešams, lai materiāls tiktu uzskatīts par aktīvu. Neskatoties uz šīm bažām, aktivācijas līmeņa modelis piedāvā svarīgu ieskatu informācijas apstrādē.

Tagad mēs sīkāk izpētīsim divu krātuvju modeļa komponentus: uzmanību, uztveri, kodēšanu, glabāšanu un izgūšanu (Shuell, 1986). Nākamajā sadaļā ir apskatīta uzmanība; uztvere, kodēšana, glabāšana un izgūšana ir apskatītas nākamajās sadaļās.