Pikaajaline mälu: talletamine (infotöötlusteooria)

Selles peatükis käsitletakse informatsiooni salvestamist pikaajalises mälus (LTM). Kuigi meie teadmised pikaajalise mälu kohta on piiratud, kuna meil puudub aken ajju, on uurimused maalinud mõistlikult järjepideva pildi salvestusprotsessist.

Pikaajalise mälu iseloomustus selles õppetükis hõlmab struktuuri, kus teadmised on esitatud asukohtade või sõlmedena võrgustikes, kus võrgustikud on omavahel ühendatud (seotud). Pange tähele sarnasust nende kognitiivsete võrgustike ja närvivõrgustike vahel, mida kursusel varem arutati. Võrgustike käsitlemisel tegeleme peamiselt deklaratiivsete teadmiste ja protseduuriliste teadmistega. Tingimuslikke teadmisi käsitletakse kursuse 7. osas koos metakognitiivsete tegevustega, mis jälgivad ja suunavad kognitiivset töötlemist. Eeldatakse, et enamik teadmisi salvestatakse pikaajalisse mällu verbaalsete koodidena, kuid õppetunni lõpus käsitletakse ka kujutluspildi rolli.

Väidete olemus

Väide on vähim teabeühik, mille kohta saab otsustada, kas see on tõene või väär. Väited on teadmiste ja tähenduse põhiüksused pikaajalises mälus (LTM) (Anderson, 1990; Kosslyn, 1984; Norman & Rumelhart, 1975). Iga järgnev on väide:

• Iseseisvusdeklaratsioonile kirjutati alla 1776. aastal.
• .
• Tädi Frieda vihkab kaalikaid.
• Ma olen matemaatikas hea.
• Peategelased tutvustatakse loos varakult.

Neid näidisväiteid saab hinnata tõeseks või vääraks. Siiski tuleb märkida, et inimesed võivad oma hinnangutes erineda. Carlos võib uskuda, et ta on matemaatikas kehv, kuid tema õpetaja võib arvata, et ta on väga hea.

Väidete täpne olemus ei ole hästi mõistetav. Kuigi neid võib pidada lauseteks, on tõenäolisem, et need on lausete tähendused (Anderson, 1990). Uuringud toetavad seisukohta, et me salvestame teabe mällu väidetena, mitte tervete lausetena. Kintsch (1974) andis osalejatele lugemiseks lauseid, mis olid sama pikad, kuid erinesid sisalduvate väidete arvu poolest. Mida rohkem väiteid lause sisaldas, seda kauem võttis osalejatel selle mõistmine aega. See tähendab, et kuigi õpilased saavad genereerida lause „Iseseisvusdeklaratsioonile kirjutati alla 1776. aastal”, on neil kõige tõenäolisemalt mällu salvestatud väide, mis sisaldab ainult olulist teavet (Iseseisvusdeklaratsioon: allkirjastatud – 1776). Teatud eranditega (nt luuletuse meeldejätmine) näib, et inimesed salvestavad tavaliselt tähendusi, mitte täpseid sõnastusi.

Väited moodustavad võrgustikke, mis koosnevad üksikutest sõlmedest või asukohtadest. Sõlmedeks võib pidada üksikuid sõnu, kuigi nende täpne olemus on teadmata, kuid tõenäoliselt abstraktne. Näiteks on ajalootunnis käivatel õpilastel tõenäoliselt „ajalootunni” võrgustik, mis koosneb sellistest sõlmedest nagu „raamat”, „õpetaja”, „asukoht”, „vasakul istuva õpilase nimi” jne.

Väidetevõrgustikud

Väited moodustatakse vastavalt reeglite kogumile. Teadlased ei ole ühel meelel, millised reeglid sellesse kogumisse kuuluvad, kuid nad usuvad üldiselt, et reeglid kombineerivad sõlmed väideteks ja omakorda väited kõrgema astme struktuurideks või võrgustikeks, mis on omavahel seotud väidete kogumid.

Andersoni ACT-teoria (Anderson, 1990, 1993, 1996, 2000; Anderson et al., 2004; Anderson, Reder ja Lebiere, 1996) pakub välja ACT-R (Adaptive Control of Thought-Rational) võrgumudeli pikaajalisest mälust, millel on väiteline struktuur. ACT-R on kognitiivse arhitektuuri mudel, mis püüab selgitada, kuidas kõik vaimu komponendid teevad koostööd, et tekitada sidusat kognitsiooni (Anderson et al., 2004). Väide moodustatakse kahe sõlme kombineerimisel subjekt-predikaat lingi ehk assotsiatsiooni abil; üks sõlm moodustab subjekti ja teine sõlm predikaadi. Näited on (kaudne teave sulgudes): „Fred (on) rikas“ ja „Poodlemine (võtab) aega“. Teine assotsiatsiooni tüüp on suhe-argument link, kus suhe on (tähenduses) verb ja argument on suhte saaja või see, mida suhe mõjutab. Näited on „söö kooki“ ja „lahenda mõistatusi“. Suhteargumendid võivad olla subjektideks või predikaatideks, et moodustada keerulisi väiteid. Näited on „Fred sööb kooki“ ja „mõistatuste lahendamine (võtab) aega“.

Väited on omavahel seotud, kui neil on ühine element. Ühised elemendid võimaldavad inimestel probleeme lahendada, keskkonnanõuetega toime tulla, analoogiaid teha jne. Ilma ühiste elementideta ei toimuks ülekannet; kõik teadmised salvestataks eraldi ja teabe töötlemine oleks aeglane. Ei mõistetaks, et ühele valdkonnale asjakohased teadmised on asjakohased ka teistele valdkondadele.

Joonis „Näidisväidetevõrgustik“ näitab näidet väidetevõrgustikust. Ühine element on „kass”, sest see on osa väidetest „Kass kõndis üle eesmuruga” ja „Kass püüdis hiire”. Võib ette kujutada, et esimene väide on seotud teiste väidetega, mis on seotud kellegi majaga, samas kui viimane on seotud väidetega hiirte kohta.

Tõendid näitavad, et väited on organiseeritud hierarhilistesse struktuuridesse. Collins ja Quillian (1969) näitasid, et inimesed salvestavad teabe kõige üldisemal tasemel. Näiteks oleks pikaajalise mälu võrgustikus „loom” salvestatud kõrgeimal tasemel sellised faktid nagu „liigub” ja „sööb”. Selle kategooria alla kuuluksid sellised liigid nagu „linnud” ja „kalad”. Kategooria „linnud” alla on salvestatud „on tiivad”, „saab lennata” ja „on suled” (kuigi on erandeid – kanad on linnud, kuid nad ei lenda). Asjaolu, et linnud söövad ja liiguvad, ei ole salvestatud „linnu” tasemel, sest see teave on salvestatud kõrgemal looma tasemel. Collins ja Quillian leidsid, et otsinguaeg suurenes, mida kaugemal mõisted mälus salvestati.

Hierarhilise organiseerimise ideed on muudetud uuringutega, mis näitavad, et teave ei ole alati hierarhiline. Seega on „collie” loomade hierarhias lähemal „imetajale” kui „loomale”, kuid inimesed nõustuvad kiiremini, et collie on loom, kui et see on imetaja (Rips, Shoben ja Smith, 1973).

Lisaks võib tuttav teave olla salvestatud nii oma mõistega kui ka kõige üldisemal tasemel (Anderson, 1990). Kui teil on linnusöötja ja te sageli vaatate, kuidas linnud söövad, võib teil olla „söömise” teave salvestatud nii „lindude” kui ka „loomadega”. See leid ei vähenda keskset ideed, et väited on organiseeritud ja omavahel seotud. Kuigi mõned teadmised võivad olla hierarhiliselt organiseeritud, on suur osa teabest tõenäoliselt organiseeritud vähem süstemaatiliselt väidetevõrgustikes.

Deklaratiivne teadmine

Deklaratiivne teadmine (teadmine, et midagi on nii) hõlmab fakte, uskumusi, arvamusi, üldistusi, teooriaid, hüpoteese ja hoiakuid enda, teiste ja maailma sündmuste kohta (Gupta & Cohen, 2002; Paris et al., 1983). See omandatakse siis, kui uus väide salvestatakse pikaajalisse mällu (LTM), tavaliselt seotud väidete võrgustikus (Anderson, 1990). ACT-teooria postuleerib, et deklaratiivsed teadmised on esitatud tükkidena, mis hõlmavad põhiteavet pluss seotud kategooriaid (Anderson, 1996; Anderson, Reder ja Lebiere, 1996).

Säilitusprotsess toimib järgmiselt. Esiteks saab õppija uut teavet, näiteks kui õpetaja teeb avalduse või õppija loeb lauset. Seejärel tõlgitakse uus teave üheks või mitmeks väiteks õppija töömälu (WM). Samal ajal aktiveeritakse seotud väited LTM-is. Uued väited seostatakse WM-i seotud väidetega aktiveerimise levimise protsessi kaudu (arutatakse järgmises jaotises). Sel hetkel võivad õppijad genereerida täiendavaid väiteid. Lõpuks salvestatakse kõik uued väited – nii saadud kui ka õppija genereeritud – koos LTM-i (Hayes-Roth & Thorndyke, 1979).

Joonis 'Deklaratiivse teadmise säilitamine' illustreerib seda protsessi. Oletame, et õpetaja tutvustab Ameerika Ühendriikide põhiseadust ja ütleb klassile: "Ameerika Ühendriikide asepresident on senati president, kuid ei hääleta, kui tekib viik." See avaldus võib aktiveerida teisi väitekirju, mis on salvestatud õpilaste mälus ja mis on seotud asepresidendiga (nt valitud koos presidendiga, saab presidendiks, kui president sureb või astub tagasi, teda saab tagandada riigireetmises süüdistatuna) ja senatiga (nt 100 liiget, kaks valitud igast osariigist, 6-aastased ametiajad). Nende väidete kokkupanekul peaksid õpilased järeldama, et asepresident hääletaks, kui 50 senaatorit hääletaks eelnõu poolt ja 50 vastu.

Säilitusprobleemid võivad tekkida siis, kui õpilastel pole olemasolevaid väiteid, millega uut teavet siduda. Õpilased, kes pole Ameerika Ühendriikide põhiseadusest kuulnud ja ei tea, mis on põhiseadus, ei suuda midagi meelde jätta, kui nad seda sõna esimest korda kuulevad. Kontseptuaalselt tähendusetut teavet saab salvestada LTM-i, kuid õpilased õpivad paremini, kui uus teave on seotud millegagi, mida nad teavad. Õpilastele USA põhiseaduse faksimiili näitamine või selle sidumine millegagi, mida nad on õppinud (nt iseseisvusdeklaratsioon), annab neile viitepunkti, millega uut teavet siduda.

Isegi kui õpilased on seotud materjali uurinud, ei pruugi nad seda automaatselt uue teabega siduda. Sageli tuleb seosed selgesõnaliselt teha. Kui arutatakse asepresidendi funktsiooni senatis, saavad õpetajad tuletada õpilastele meelde USA senati koosseisu ja asepresidendi muid rolle. Ühist elementi jagavad väited on LTM-is seotud ainult siis, kui need on WM-is samaaegselt aktiivsed. See punkt aitab selgitada, miks õpilased ei pruugi näha, kuidas uus materjal on seotud vana materjaliga, kuigi seos on õpetajale selge. Õpetus, mis loob kõige paremini väidete võrgustikke õppijate meeles, hõlmab kordamist, materjali organiseerimist ja meeldetuletusi asjadest, mida nad teavad, kuid praegu ei mõtle.

Nagu paljude mäluprotsesside puhul, soodustavad tähendusrikkus, organiseerimine ja arendamine teabe mällu salvestamist. Tähendusrikkus on oluline, sest tähendusrikast teavet saab hõlpsasti seostada olemasoleva teabega mälus. Järelikult on vähem harjutamist vaja, mis säästab teabe ruumi ja aega WM-is. Avastseenis arutletavatel õpilastel on probleem algebra tähendusrikkaks muutmisega ning õpetajad väljendavad oma pettumust sisu mittetähendusrikkal õpetamisel.

Bransfordi ja Johnsoni (1972) uuring pakub dramaatilise illustratsiooni tähendusrikkuse rollist säilitamisel ja mõistmisel. Kaaluge järgmist lõiku:

Protseduur on tegelikult üsna lihtne. Kõigepealt korraldate asjad erinevatesse rühmadesse. Muidugi võib üks hunnik olla piisav sõltuvalt sellest, kui palju on teha. Kui peate rajatiste puudumise tõttu mujale minema, on see järgmine samm, muidu olete üsna hästi valmis. Oluline on mitte asjadega üle pingutada. See tähendab, et parem on teha korraga liiga vähe asju kui liiga palju. Lühiajaliselt ei pruugi see tunduda oluline, kuid tüsistused võivad kergesti tekkida. Viga võib olla ka kallis. Alguses tundub kogu protseduur keeruline. Varsti aga saab sellest lihtsalt veel üks elufaas. On raske ette näha selle ülesande vajaduse lõppu lähitulevikus, aga kunagi ei või teada. Pärast protseduuri lõpetamist korraldate materjalid uuesti erinevatesse rühmadesse. Seejärel saab need panna sobivatesse kohtadesse. Lõpuks kasutatakse neid veel kord ja kogu tsüklit tuleb seejärel korrata. See on aga osa elust. (lk 722)

Ilma eelnevate teadmisteta on seda lõiku raske mõista ja mällu salvestada, sest seda on raske seostada olemasolevate teadmistega mälus. Kuid teadmine, et see on seotud "riiete pesemisega", muudab meeldejätmise ja mõistmise lihtsamaks. Bransford ja Johnson leidsid, et õpilased, kes teadsid teemat, mäletasid umbes kaks korda rohkem kui need, kes sellest teadlikud polnud. Tähendusrikkuse tähtsust õppimisel on demonstreeritud paljudes teistes uuringutes (Anderson, 1990; Chiesi, Spilich ja Voss, 1979; Spilich, Vesonder, Chiesi ja Voss, 1979).

Organiseerimine soodustab säilitamist, sest hästi organiseeritud materjali on kergem seostada olemasolevate mälestusvõrgustikega kui halvasti organiseeritud materjali (Anderson, 1990). Niivõrd, kuivõrd materjali saab organiseerida hierarhiliseks paigutuseks, pakub see valmis struktuuri LTM-i vastuvõtmiseks. Ilma olemasoleva LTM-võrgustikuta on uue LTM-võrgustiku loomine lihtsam hästi organiseeritud teabega kui halvasti organiseeritud teabega.

Elaboration ehk teabe lisamise protsess õpitavale materjalile parandab säilitamist, sest teavet arendades saavad õppijad seda seostada millegagi, mida nad teavad. Aktiveerimise levitamise kaudu saab arendatud materjali kiiresti seostada teabega mälus. Näiteks võib õpetaja arutada Etna vulkaani. Õpilased, kes saavad neid teadmisi arendada, seostades neid oma isiklike teadmistega vulkaanide kohta (nt Mt. St. Helens), saavad uut ja vana teavet mälus seostada ja uut materjali paremini säilitada.

Aktiveerimise levitamine

Aktiveerimise levitamine aitab selgitada, kuidas uus teave on seotud teadmistega LTM-is (Anderson, 1983, 1984, 1990, 2000; Collins & Loftus, 1975). Peamised aluspõhimõtted on järgmised (Anderson, 1984):

• Inimteadmisi saab esitada sõlmede võrgustikuna, kus sõlmed vastavad mõistetele ja lingid seostele nende mõistete vahel.
• Selle võrgustiku sõlmed võivad olla erinevates olekutes, mis vastavad nende aktivatsioonitasemetele. Aktiivsemaid sõlmi töödeldakse "paremini".
• Aktiveerimine võib levida mööda neid võrguteid mehhanismi abil, mille abil sõlmed võivad põhjustada oma naabersõlmede aktiveerumise. (lk 61)

Anderson (1990) toob näiteks isiku, kellele esitatakse sõna koer. See sõna on assotsiatiivselt seotud selliste teiste mõistetega inimese LTM-is nagu luu, kass ja liha. Omakorda on igaüks neist mõistetest seotud teiste mõistetega. Koera aktiveerimine LTM-is levib kaugemale koerast seotud mõisteteni, kusjuures levik väheneb mõistetega, mis on koerast kaugemal.

Meyer ja Schvaneveldt (1971) said eksperimentaalse toe aktiveerimise levitamise olemasolule. Need uurijad kasutasid reaktsiooniaja ülesannet, mis esitas osalejatele kaks tähekombinatsiooni ja palus neil otsustada, kas mõlemad on sõnad. Assotsiatiivselt seotud sõnad (leib, või) tuvastati kiiremini kui sõnad, mis ei olnud seotud (õde, või).

Aktiveerimise levitamine põhjustab suurema osa LTM-ist aktiveerimist kui teadmised, mis on vahetult seotud WM-i sisuga. Aktiveeritud teave jääb LTM-i, kui sellele ei pääseta tahtlikult juurde, kuid see teave on WM-ile kergemini kättesaadav. Aktiveerimise levitamine soodustab ka teadmiste ülekandmist erinevatesse domeenidesse. Ülekandmine sõltub sellest, et LTM-i väidete võrgustikud aktiveeritakse sama vihjega, nii et õpilased tunnistavad, et teadmised on domeenides kohaldatavad.

Skeemid

Väidete võrgustikud esindavad väikseid teadmiste tükke. Skeemid (või skeemid) on suured võrgustikud, mis esindavad objektide, inimeste ja sündmuste struktuuri (Anderson, 1990). Struktuur on esitatud rea "pesadega", millest igaüks vastab atribuudile. Majade skeemis või pesas võivad mõned atribuudid (ja nende väärtused) olla järgmised: materjal (puit, tellis), sisu (ruumid) ja funktsioon (inimelamu). Skeemid on hierarhilised; need on ühendatud ülemiste ideedega (hoone) ja alamatetega (katus).

Brewer ja Treyens (1981) leidsid uurimistööga tuge skeemide aluseks olevale olemusele. Inimestel paluti oodata lühikest aega kontoris, pärast mida viidi nad ruumi, kus nad kirjutasid üles kõik, mida nad kontori kohta mäletasid. Meenutamine kajastas kontori skeemi tugevat mõju. Nad mäletasid õigesti, et kontoris oli laud ja tool (tüüpilised atribuudid), kuid mitte seda, et kontoris oli kolju (mittetüüpiline atribuut). Raamatud on kontorite tüüpiline atribuut; kuigi kontoris polnud raamatuid, mäletasid paljud inimesed ekslikult raamatuid.

Skeemid on olulised õpetamisel ja ülekandmisel (Matlin, 2009). Kui õpilased on skeemi õppinud, saavad õpetajad neid teadmisi aktiveerida, kui nad õpetavad mis tahes sisu, millele skeem on kohaldatav. Oletame, et õpetaja õpetab üldist skeemi geograafiliste moodustiste (nt mägi, vulkaan, liustik, jõgi) kirjeldamiseks. Skeem võib sisaldada järgmisi atribuute: kõrgus, materjal ja aktiivsus. Kui õpilased on skeemi õppinud, saavad nad seda kasutada uute moodustiste kategoriseerimiseks, mida nad uurivad. Seda tehes loovad nad uusi skeeme erinevate moodustiste jaoks.

Protseduurilised teadmised

Protseduurilised teadmised ehk teadmised, kuidas kognitiivseid tegevusi sooritada (Anderson, 1990; Gupta & Cohen, 2002; Hunt, 1989; Paris et al., 1983), on kooliõppes keskse tähtsusega. Me kasutame protseduurilisi teadmisi matemaatiliste probleemide lahendamiseks, teabe kokkuvõtmiseks, lõikude skimmimiseks ja laboratoorsete tehnikate sooritamiseks.

Protseduurilisi teadmisi võib salvestada verbaalsete koodide ja kujutistena, umbes samamoodi nagu deklaratiivseid teadmisi salvestatakse. ACT-teooria postuleerib, et protseduurilisi teadmisi salvestatakse tootmissüsteemina (Anderson, 1996; Anderson, Reder ja Lebiere, 1996). Tootmissüsteem (või tootmine) on seisundi ja tegevuse järjestuste (reeglite) võrgustik, kus seisund on süsteemi aktiveeriv asjaolude kogum ja tegevus on toimuvate tegevuste kogum (Anderson, 1990; Andre, 1986; vt järgmine jaotis). Tootmissüsteemid tunduvad kontseptuaalselt sarnased närvivõrkudega.

Tootmissüsteemid ja konneksionistlikud mudelid pakuvad paradigmasid kognitiivsete õppeprotsesside toimimise uurimiseks (Anderson, 1996, 2000; Smith, 1996). Konneksionistlikud mudelid esindavad suhteliselt uut vaatenurka kognitiivsele õppimisele. Praeguse seisuga on vähe konneksionistlike mudelitega seotud uurimistööd, mis oleks hariduse jaoks oluline. Täiendavad allikad pakuvad lisateavet konneksionistlike mudelite kohta (Bourne, 1992; Farnham-Diggory, 1992; Matlin, 2009; Siegler, 1989).

Tootmissüsteemid

ACT—aktiveerimisteooria—määrab, et tootmissüsteem (või tootmine) on tingimus–tegevus järjestuste (reeglite) võrgustik, kus tingimus on hulk asjaolusid, mis süsteemi aktiveerivad, ja tegevus on hulk tegevusi, mis toimuvad (Anderson, 1990, 1996, 2000; Anderson, Reder, & Lebiere, 1996; Andre, 1986). Tootmine koosneb kui–siis väidetest: Kui väited (tingimus) sisaldavad eesmärki ja testväiteid ning siis väited on tegevused. Näiteks:

• KUI ma näen kahte numbrit ja need tuleb kokku liita,
• SIIS otsusta, kumb on suurem, ja alusta sellest numbrist ning loe kuni järgmiseni. (Farnham-Diggory, 1992, lk 113)

Kuigi tootmised on protseduuriliste teadmiste vormid, millele saab lisada tingimusi (tingimuslikke teadmisi), hõlmavad need ka deklaratiivseid teadmisi.

Oskuste täitmise protseduuride õppimine toimub sageli aeglaselt (J. Anderson, 1982). Esiteks esitavad õppijad tegevuste jada deklaratiivsete teadmiste terminites. Iga samm jadas esitatakse väitena. Õppijad järk-järgult loobuvad individuaalsetest vihjetest ja integreerivad eraldi sammud pidevaks tegevuste jadaks. Näiteks lapsed, kes õpivad numbriteveergu liitma, kipuvad alguses iga sammu aeglaselt sooritama, võib-olla isegi seda valjusti verbaliseerides. Kui nad muutuvad osavamaks, saab liitmine osaks automaatsest, sujuvast jadast, mis toimub kiiresti ja ilma tahtliku, teadvusliku tähelepanuta. Automaatsus on paljude kognitiivsete protsesside (nt tähelepanu, taastamine) keskne tunnus (Moors & De Houwer, 2006). Kui protsessid muutuvad automaatseks, võimaldab see töötlussüsteemil pühenduda ülesannete keerulistele osadele.

Oskuste õppimise peamine piirang on töömälu (WM) suuruse piirang (Baddeley, 2001). Protseduurid õpitaks kiiremini, kui WM suudaks samaaegselt hoida kõiki deklaratiivsete teadmiste väiteid. Kuna see ei suuda seda teha, peavad õpilased väiteid aeglaselt kombineerima ja perioodiliselt peatuma ja mõtlema (nt “Mida ma järgmisena teen?”). WM-l pole piisavalt ruumi suurte protseduuride loomiseks õppimise varases staadiumis. Kui väited on kombineeritud väikesteks protseduurideks, salvestatakse viimased WM-i samaaegselt teiste väidetega. Sel viisil konstrueeritakse järk-järgult suuremaid tootmisi.

Need ideed selgitavad, miks oskuste õppimine edeneb kiiremini, kui õpilased saavad täita eeltingimuseks olevaid oskusi (st kui need muutuvad automaatseks). Kui viimased eksisteerivad hästi väljakujunenud tootmistena, aktiveeritakse need WM-is samal ajal kui uued integreeritavad väited. Pika jagamise probleemide lahendamist õppides tuletavad õpilased, kes oskavad korrutada, vajadusel lihtsalt protseduuri meelde; seda ei pea õppima koos teiste pika jagamise sammudega. Kuigi see ei tundu olevat probleemi avastseenariumis, on algebra õppimine õpilastele raske, kellel on põhioskuste puudujääke (nt liitmine, korrutamine), sest isegi lihtsatele algebralistele probleemidele on raske õigesti vastata. Lugemisraskustega lastel näib puuduvat võime tõhusalt töödelda ja salvestada teavet samal ajal (de Jong, 1998).

Mõnel juhul on sammude üksikasjalik täpsustamine raske. Näiteks loominguline mõtlemine ei pruugi iga õpilase puhul järgida sama järjestust. Õpetajad saavad modelleerida loomingulist mõtlemist, et see hõlmaks selliseid eneseküsimusi nagu “Kas on muid võimalusi?” Kui samme saab täpsustada, on õpetaja demonstratsioonid protseduuri sammudest, millele järgneb õpilase praktika, tõhusad (Rosenthal & Zimmerman, 1978).

Üks probleem protseduuride õppimisel on see, et õpilased võivad pidada neid lukustatud järjestusteks, mida tuleb järgida olenemata sellest, kas need on asjakohased. Gestaltpsühholoogid näitasid, kuidas funktsionaalne fikseeritus ehk paindumatu lähenemine probleemile takistab probleemide lahendamist (Duncker, 1945). Järjestuse kindlameelne järgimine õppimise ajal võib aidata selle omandamist, kuid õppijad peavad mõistma ka asjaolusid, mille korral muud meetodid on tõhusamad.

Mõnikord õpivad õpilased oskuste protseduure üle nii, et nad väldivad alternatiivsete, lihtsamate protseduuride kasutamist. Samal ajal on vähe, kui üldse on, alternatiive paljudele protseduuridele, mida õpilased õpivad (nt sõnade dekodeerimine, numbrite liitmine, subjekti–verbi ühilduvuse määramine). Nende oskuste üliõppimine automaatse tootmiseni muutub õpilastele eeliseks ja muudab uute oskuste (nt järelduste tegemine, kursusetööde kirjutamine) õppimise lihtsamaks, mis nõuavad nende põhioskuste valdamist.

Võib väita, et probleemide lahendamise või järelduste tegemise oskuste õpetamine õpilastele, kellel on puudulikud matemaatilised faktid ja dekodeerimisoskused, ei ole mõtet. Uuringud näitavad, et halb arusaam põhilistest numbri faktidest on seotud madala jõudlusega keerukates aritmeetilistes ülesannetes (Romberg & Carpenter, 1986) ja aeglane dekodeerimine on seotud halva mõistmisega (Calfee & Drum, 1986; Perfetti & Lesgold, 1979). Mõjutatud pole mitte ainult oskuste õppimine, vaid ka enesetõhusus.

Praktika on hädavajalik põhiliste protseduuriliste teadmiste kehtestamiseks (Lesgold, 1984). Õppimise varases staadiumis vajavad õpilased parandavat tagasisidet, mis rõhutab protseduuri osi, mida nad õigesti rakendasid, ja neid, mis vajavad muutmist. Sageli õpivad õpilased mõned protseduuri osad, kuid mitte teised. Kui õpilased saavutavad oskusi, saavad õpetajad juhtida tähelepanu nende edusammudele probleemide kiiremal või täpsemal lahendamisel.

Protseduuriliste teadmiste ülekanne toimub siis, kui teadmised on LTM-is lingitud erineva sisuga. Ülekandmist soodustab see, kui õpilased rakendavad protseduure erinevale sisule ja muudavad protseduure vastavalt vajadusele. Üldised probleemide lahendamise strateegiad on rakendatavad erinevale akadeemilisele sisule. Õpilased õpivad nende üldisuse kohta, rakendades neid erinevatele ainetele (nt lugemine, matemaatika).

Tootmised on olulised kognitiivsele õppimisele, kuid mitmed küsimused vajavad käsitlemist. ACT teooria postuleerib üheainsa kognitiivsete protsesside komplekti, et arvestada erinevate nähtustega (Matlin, 2009). See vaade on vastuolus teiste kognitiivsete vaatenurkadega, mis piiritlevad erinevaid protsesse sõltuvalt õppimise tüübist (Shuell, 1986). Rumelhart ja Norman (1978) tuvastasid kolm õppimise tüüpi. Akretsioon hõlmab uue teabe kodeerimist olemasolevate skeemide terminites; restruktureerimine (skeemi loomine) on uute skeemide moodustamise protsess; ja häälestamine (skeemi evolutsioon) viitab skeemide aeglasele modifitseerimisele ja täpsustamisele, mis toimub nende kasutamisel erinevates kontekstides. Need hõlmavad erinevaid praktikakoguseid: palju häälestamiseks ja vähem akretsiooni ja restruktureerimise jaoks.

ACT on sisuliselt arvutiprogramm, mis on loodud õppimise simuleerimiseks sidusal viisil. Sellisena ei pruugi see käsitleda kõiki inimõppimises osalevaid tegureid. Üks küsimus on see, kuidas inimesed teavad, millist tootmist konkreetses olukorras kasutada, eriti kui olukorrad soodustavad erinevate tootmiste kasutamist. Tootmised võivad olla järjestatud tõenäosuse järgi, kuid peab olema olemas vahend otsustamiseks, milline tootmine on antud asjaoludel parim. Muret tekitab ka tootmiste muutmise küsimus. Näiteks kui tootmine ei tööta tõhusalt, kas õppijad viskavad selle ära, muudavad seda või säilitavad selle, kuid otsivad rohkem tõendeid? Mis on mehhanism, mis otsustab, millal ja kuidas tootmisi muudetakse?

Teine mure on seotud Andersoni (1983, 1990) väitega, et tootmised algavad deklaratiivsete teadmistena. See eeldus tundub liiga tugev, arvestades tõendeid, et seda järjestust ei järgita alati (Hunt, 1989). Kuna oskuste protseduuride esitamine deklaratiivsete teadmiste tükkidena on sisuliselt peatuspaik teel meisterlikkuseni, võib küsida, kas õpilased peaksid õppima individuaalseid samme. Individuaalseid samme lõpuks ei kasutata, seega võib aega paremini kulutada sellele, et õpilased neid harjutavad. Õpilastele nimekirja andmine sammudest, millele nad saavad viidata, kui nad järk-järgult protseduuri arendavad, hõlbustab õppimist ja suurendab enesetõhusust (Schunk, 1995).

Lõpuks võib küsida, kas tootmissüsteemid, nagu neid tavaliselt kirjeldatakse, pole midagi muud kui keerukad stiimul-reaktsioon (S-R) assotsiatsioonid (Mayer, 1992). Väited (protseduuriliste teadmiste tükid) on mälus lingitud nii, et kui üks tükk on vihjatud, aktiveeritakse ka teised. Anderson (1983) tunnistas tootmiste assotsiatsionalistlikku olemust, kuid usub, et need on arenenumad kui lihtsad S-R assotsiatsioonid, sest need sisaldavad eesmärke. Seda punkti toetades on ACT assotsiatsioonid analoogsed närvivõrgu ühendustega. Võib-olla, nagu on käitumisteooriate puhul, suudab ACT selgitada jõudlust paremini kui õppimist. Neid ja muid küsimusi (nt motivatsiooni roll) tuleb uurimistööga käsitleda ja seostada akadeemiliste oskuste õppimisega, et paremini kindlaks teha tootmiste kasulikkus hariduses.

Konneksionistlikud mudelid

Viimane teoretiseerimise suund keerukate kognitiivsete protsesside kohta hõlmab konneksionistlikke mudeleid (või konneksionismi, kuid mitte segi ajada Thorndike'i konneksionismiga, mida käsitleti varem kursusel; Baddeley, 1998; Farnham-Diggory, 1992; Smith, 1996). Nagu tootmised, esindavad konneksionistlikud mudelid õppeprotsesside arvutisimulatsioone. Need mudelid lingivad õppimise närvisüsteemi töötlemisega, kus impulsid tulistavad üle sünapside, et moodustada ühendusi. Eeldus on, et kõrgema taseme kognitiivsed protsessid moodustatakse suure hulga põhiliste elementide, nagu neuronid, ühendamise kaudu (Anderson, 1990, 2000; Anderson, Reder, & Lebiere, 1996; Bourne, 1992). Konneksionistlikud mudelid hõlmavad teadmiste hajutatud esitusi (st hajutatud laias võrgus), paralleeltöötlust (paljud toimingud toimuvad korraga) ja interaktsioone suure hulga lihtsate töötlemisüksuste vahel (Siegler, 1989). Ühendused võivad olla erinevates aktiveerimisetappides (Smith, 1996) ja lingitud süsteemi sisendiga, väljundiga või ühe või mitme vahekihiga.

Rumelhart ja McClelland (1986) kirjeldasid paralleelset hajutatud töötlussüsteemi (PDP). See mudel on kasulik kategooriliste otsuste tegemiseks mälus oleva teabe kohta. Need autorid esitasid näite, mis hõlmas kahte jõuku ja teavet jõuguliikmete kohta, sealhulgas vanus, haridus, perekonnaseis ja amet. Mälus on iga indiviidi sarnased omadused lingitud. Näiteks liikmed 2 ja 5 oleksid lingitud, kui nad mõlemad oleksid umbes sama vanad, abielus ja tegeleksid sarnaste jõugutegevustega. Liikme 2 kohta teabe otsimiseks saaksime aktiveerida mäluseadme inimese nimega, mis omakorda aktiveeriks teisi mäluseadmeid. Selle aktiveerimise leviku kaudu loodud muster vastab indiviidi mäluesitusele. Borowsky ja Besner (2006) kirjeldasid PDP mudelit leksikaalsete otsuste tegemiseks (nt otsustamine, kas stiimul on sõna).

Konneksionistlikud üksused sarnanevad mõnevõrra tootmistega selles mõttes, et mõlemad hõlmavad mälu aktiveerimist ja lingitud ideid. Samal ajal on erinevusi. Konneksionistlikes mudelites on kõik üksused ühesugused, samas kui tootmised sisaldavad tingimusi ja tegevusi. Üksused on diferentseeritud mustri ja aktiveerimisastme järgi. Teine erinevus on reeglid. Tootmisi reguleerivad reeglid. Konneksionismil pole kindlaid reegleid. Neuronid “teadvad”, kuidas mustreid aktiveerida; tagantjärele võime esitada reegli järjestuse märgistamiseks (nt aktiveeritud mustrite nimetamise reeglid; Farnham-Diggory, 1992).

Üks probleem konneksionistliku lähenemisega on selgitada, kuidas süsteem teab, milliseid paljudest mälus olevatest üksustest aktiveerida ja kuidas need mitmed aktiveerimised lingitakse integreeritud järjestustesse. See protsess tundub arusaadav hästi väljakujunenud mustrite puhul; näiteks teavad neuronid, kuidas reageerida helisevale telefonile, külmale tuulele ja õpetajale, kes teatab: “Kõik pöörake tähelepanu!” Vähem väljakujunenud mustrite puhul võivad aktiveerimised olla problemaatilised. Võime ka küsida, kuidas neuronid üldse iseaktiveeruvad. See küsimus on oluline, sest see aitab selgitada ühenduste rolli õppimisel ja mälus. Kuigi ühenduste mõiste tundub usutav ja põhineb sellel, mida me teame neuroloogilise funktsioneerimise kohta, on see mudel olnud tänaseni kasulikum tajumise kui õppimise ja probleemide lahendamise selgitamisel (Mayer, 1992). Viimased rakendused nõuavad märkimisväärset uurimistööd.