Kontseptsiooni õppimine: kognitiivsed õppeprotsessid

Õpilased õpivad kontseptsioone mitmesugustes kontekstides. Kontseptsioonid on märgistatud objektide, sümbolite või sündmuste kogumid, millel on ühised omadused ehk kriitilised atribuudid. Kontseptsioon on vaimne konstruktsioon või kategooria esitus, mis võimaldab tuvastada kategooria näiteid ja mitte-näiteid (Howard, 1987). Kontseptsioonid võivad hõlmata konkreetseid objekte (nt „laud”, „tool”, „kass”) või abstraktseid ideid (nt „armastus”, „demokraatia”, „terviklikkus”). Tegelikult on olemas palju erinevaid kontseptsioone (üksikasjaliku ülevaate saamiseks vt Medin, Lynch & Solomon, 2000). Kontseptsioonide õppimine viitab esituste loomisele atribuutide tuvastamiseks, nende üldistamiseks uutele näidetele ja näidete eristamiseks mitte-näidetest.

Bruneri, Goodnow' ja Austini (1956) varasemad uuringud uurisid kontseptsioonide olemust. Õppijatele esitati geomeetrilisi mustreid kujutavad kastid. Iga mustrit sai klassifitseerida nelja erineva atribuudi abil: stiimulite arv (üks, kaks, kolm); kuju (ring, ruut, rist); värv (punane, roheline, must); ja ääriste arv kastil (üks, kaks, kolm). Ülesandeks oli tuvastada erinevates kastide alamhulkades esindatud kontseptsioon.

Funktsioonide konfiguratsiooni kontseptsioonide õppimise ülesandes saab muuta, et saada erinevaid kontseptsioone. Konjunktiivne kontseptsioon on esindatud kahe või enama funktsiooniga (nt kaks punast ringi). Muud funktsioonid (ääriste arv) ei ole olulised. Disjunktiivne kontseptsioon on esindatud ühega kahest või enamast funktsioonist; näiteks kaks mis tahes värvi ringi või üks punane ring. Relatsiooniline kontseptsioon määratleb suhte funktsioonide vahel, mis peab olema olemas, näiteks objektide arv figuuril peab olema suurem kui ääriste arv (objekti tüüp ja värv ei ole olulised).

Bruner jt (1956) leidsid, et õppijad formuleerisid hüpoteesi kontseptsiooni aluseks oleva reegli kohta. Reegleid saab väljendada kui-siis vormis. Kassi klassifitseerimise reegel võib olla: „Kui see on kodustatud, tal on neli jalga, karv, vurrud, saba, on suhteliselt väike, nurrub ja häälitseb „mjäu”, siis on see kass.” Kuigi on erandeid, klassifitseerib see reegel kasse enamasti täpselt. Üldistamine toimub siis, kui reeglit rakendatakse erinevatele kassidele.

Inimesed kipuvad reegleid kiiresti moodustama (Bruner jt, 1956). Iga antud kontseptsiooni puhul säilitavad nad reegli nii kaua, kuni see õigesti tuvastab kontseptsiooni näiteid ja mitte-näiteid, ning muudavad seda, kui see seda ei tee. Õppijad omandavad kontseptsioone paremini, kui neile esitatakse positiivseid näiteid ehk kontseptsiooni näiteid. Õppimine on palju aeglasem negatiivsete (mitte-) näidetega. Kontseptsiooni aluseks oleva reegli kinnitamisel eelistavad inimesed saada positiivseid kui negatiivseid näiteid.

Pärast seda varast tööd on tekkinud muid seisukohti kontseptsioonide olemuse kohta. Funktsioonide analüüsi teooria tuleneb Bruneri ja teiste tööst ning postuleerib, et kontseptsioonid hõlmavad reegleid, mis määratlevad kontseptsiooni kriitilised funktsioonid ehk sisemised (vajalikud) atribuudid (Gagné, 1985; Smith & Medin, 1981). Kontseptsiooniga seotud kogemuste kaudu formuleeritakse reegel, mis vastab tingimustele, ja säilitatakse reegel nii kaua, kuni see tõhusalt toimib.

See vaade ennustab, et kontseptsiooni erinevaid näiteid tuleks ära tunda võrdselt kiiresti, sest iga näidet hinnatakse kriitiliste funktsioonide alusel; kuid see ei ole alati nii. Enamiku inimeste jaoks on mõnda kategooria näidet (nt delfiin on imetaja) raskem kontrollida kui teisi (nt koer on imetaja). See toob esile probleemi, et paljusid kontseptsioone ei saa täpselt määratleda kriitiliste atribuutide komplekti abil.

Teine perspektiiv on prototüübi teooria (Rosch, 1973, 1975, 1978). Prototüüp on kontseptsiooni üldistatud kujutis, mis võib sisaldada ainult mõnda kontseptsiooni määratlevat atribuuti. Kui meil on näide, tuletatakse LTM-ist kõige tõenäolisem prototüüp ja võrreldakse seda näitega, et näha, kas need sobivad. Prototüübid võivad sisaldada mõningaid mitte-määratlevaid (valikulisi) atribuute. Kognitiivses psühholoogias peetakse prototüüpe sageli skeemideks (Andre, 1986) ehk organiseeritud vormideks teadmiste kohta, mis meil on konkreetse kontseptsiooni kohta.

Uuringud toetavad prototüübi teooria ennustust, et prototüübile lähedasemad näited (nt prototüüp = „lind”; näited = „punarind”, „varblane”) tuvastatakse kiiremini kui need, mis on vähem tüüpilised (nt „öökull”, „jaanalind”; Rosch, 1973). Üks mure on see, et prototüübi teooria eeldab, et inimesed salvestavad LTM-i tuhandeid prototüüpe, mis kulutaks palju rohkem ruumi kui reeglid. Teine mure on see, et õppijad võivad kergesti moodustada valesid prototüüpe, kui neil on lubatud lisada mõningaid mitte-määratlevaid omadusi ja mitte kõiki vajalikke.

Funktsioonide analüüsi ja prototüübi positsioonide kombineerimine on võimalik. Arvestades, et prototüübid sisaldavad kriitilisi funktsioone, võime kasutada prototüüpe, et klassifitseerida üsna tüüpiliste kontseptsioonide näiteid (Andre, 1986). Ebamääraste näidete puhul võime kasutada kriitiliste funktsioonide analüüsi, mis võib muuta kriitiliste funktsioonide loendit, et lisada uusi funktsioone.

Laste arusaamad kontseptsioonidest muutuvad arengu ja kogemusega. Kontseptsiooni tähenduse osas üleminekuperioodil olevad lapsed võivad samaaegselt meeles pidada varasemat hüpoteesi, kui nad töötavad välja muudetud hüpoteesi (Goldin-Meadow, Alibali & Church, 1993). See tõlgendus on kooskõlas Klausmeieri seisukohaga, mida käsitletakse järgmisena.

Uuringud näitavad, et on mitmeid viise kontseptsioonide õppimiseks ja muutmiseks (Chinn & Samarapungavan, 2009). Üks viis prototüüpide arendamiseks on olla avatud kontseptsiooni tüüpilisele näitele, mis peegeldab klassikalisi atribuute (Klausmeier, 1992). Teine viis on abstraktsioonide tegemine kahest või enamast näitest; lindude puhul võivad tunnused olla näiteks “sulged,” “kaks jalga,” “nokk” ja “lennuvõime,” kuigi mitte iga tunnus ei kehti iga klassi liikme kohta. Prototüüpe täiustatakse ja laiendatakse, kui ollakse avatud kontseptsiooni uutele näidetele; seega “elab džunglis” (papagoi) ja “elab ookeani ääres” (kajakas).

Gagné (1985) teooria hõlmab kontseptsioone õppimise keskse vormina. Õppijatel peavad algselt olema põhilised eeltingimused, et eristada stiimuli tunnuseid (st eristada asjakohaseid tunnuseid ebaolulistest).

Gagné (1985) vaatenurgast hõlmab kontseptsiooni õppimine mitmeastmelist järjestust. Esiteks esitatakse stiimuli tunnus kontseptsiooni näitena koos mitte-näitega. Õppija kinnitab võimet diskrimineerida. Järgmises (üldistamise) etapis tuvastab õppija näited ja mitte-näited. Kolmandaks, stiimuli tunnus—mis peaks saama kontseptsiooniks—on varieeritud ja esitatud koos mitte-näidetega. Kontseptsiooni omandamist kontrollitakse, küsides klassi mitme näite tuvastamist, kasutades stiimuleid, mida varem õppimisel ei kasutatud. Kogu protsessi vältel tugevdatakse õigeid vastuseid ja lähedusõpe toimub, esitades mitu kontseptsiooni näidet tihedas seoses.

Klausmeier (1990, 1992) töötas välja ja testib kontseptsiooni omandamise mudelit. See mudel postuleerib neljaastmelise järjestuse: konkreetne, identiteet, klassifitseeriv ja formaalne. Kompetents igal tasemel on vajalik omandamiseks järgmisel tasemel. Kontseptsiooni omandamise protsess kujutab endast arengu, mitteametliku kogemuse ja formaalse hariduse vastastikust mõju.

Konkreetsel tasemel saavad õppijad ära tunda eseme sama, millega varem kohtuti, kui kontekst või ruumiline orientatsioon, milles sellega algselt kohtuti, jääb samaks. See tase nõuab, et õppijad pööraksid esemele tähelepanu, eristaksid seda oma ümbrusest ühe või mitme määratleva atribuudi alusel, esindaksid seda LTM-is visuaalse kujutisena ja otsiksid selle LTM-ist välja, et võrrelda seda uue kujutisega ja teha kindlaks, et see on sama ese. Seega võib õppija õppida ära tundma võrdkülgset kolmnurka ja eristama seda täisnurksest või võrdhaarsest kolmnurgast.

Identiteedi taset iseloomustab eseme äratundmine samana, millega varem kohtuti, kui eset vaadeldakse teisest vaatenurgast või teises modaalsuses. See etapp hõlmab samu protsesse nagu konkreetsel tasemel, samuti üldistamise protsessi. Seega suudab õppija ära tunda võrdkülgseid kolmnurki erinevates orientatsioonides või asendites lehel.

Klassifitseeriv tase nõuab, et õppijad tunneksid ära vähemalt kaks eset samaväärsetena. Kaasatud on täiendav üldistamine; võrdkülgsete kolmnurkade puhul hõlmab see väiksema ja suurema võrdkülgse kolmnurga samaväärsena äratundmist. Protsess jätkub, kuni õppija suudab ära tunda näiteid ja mitte-näiteid; selles etapis ei pruugi õppija aga mõista klassifikatsiooni alust (nt külje pikkuse ja nurkade võrdsus). Kontseptsiooni nimetamine ei ole sellel tasemel vajalik, kuid nagu eelmistel etappidel, võib see hõlbustada kontseptsiooni omandamist.

Lõpuks nõuab formaalne tase, et õppija tuvastaks kontseptsiooni näited ja mitte-näited, nimetaks kontseptsiooni ja selle määratlevad atribuudid, annaks kontseptsiooni määratluse ja täpsustaks atribuudid, mis eristavad kontseptsiooni teistest lähedalt seotud kontseptsioonidest (st kolm võrdset külge ja nurka). Selle etapi valdamine nõuab, et õppija rakendaks klassifitseeriva taseme kognitiivseid protsesse ja kõrgema järgu mõtlemisprotsesse, mis hõlmavad hüpoteeside püstitamist, hindamist ja järelduste tegemist.

Sellel etapimudelil on õpetuslikud tagajärjed õppijatele erinevatel arenguetappidel. Õpetust saab jagada mitmele klassile, kus kontseptsioone perioodiliselt uuesti vaadatakse kõrgematel omandamise tasemetel. Väikestele lastele antakse algselt konkreetsed viited ja arenguga saavad nad tegutseda abstraktsematel kognitiivsetel tasemetel. Näiteks võivad väikesed lapsed õppida “aususe” kontseptsiooni, nähes konkreetseid näiteid (nt mitte varastamine, millegi tagastamine, mis pole sinu); vanemaks saades saavad nad mõista kontseptsiooni abstraktsemalt ja keerukamalt (nt tuvastada ausat tagasisidet töötaja juhi poolt töötulemuste kohta; arutada aususe eeliseid).

Tennyson (1980, 1981; Tennyson, Steve & Boutwell, 1975) töötas välja ka empiirilistel uuringutel põhineva mõistete õpetamise mudeli. See mudel sisaldab järgmisi etappe (Tennyson & Park, 1980):

• Määratlege mõiste struktuur, hõlmates ülem-, koordineeritud ja alamastme mõisted, ning tuvastage kriitilised ja varieeruvad atribuudid (nt tunnused, mis võivad seaduslikult varieeruda ja ei mõjuta mõistet).
• Defineerige mõiste kriitiliste atribuutide kaudu ja valmistage ette mitu näidet kriitiliste ja varieeruvate atribuutidega.
• Korraldage näited atribuutide alusel komplektidesse ja veenduge, et näidetel oleksid sarnased varieeruvad atribuudid igas komplektis, mis sisaldab näiteid igast koordineeritud mõistest.
• Järjestage ja esitage komplektid näidete erinevuse ja raskusastme järgi ning järjestage näited igas komplektis vastavalt õppija olemasolevatele teadmistele.

Enamikku mõisteid saab esitada hierarhias ülem- (kõrgema) ja alamastme (madalama) mõistetega. Iga antud mõiste puhul võivad sarnased mõisted olla hierarhias ligikaudu samal tasemel; neid nimetatakse koordineeritud mõisteteks. Näiteks mõistel “kass” on ülemised mõisted “kasslased” ja “imetaja”, alamastme mõisted on erinevad tõud (lühikarvaline, siiami) ja koordineeritud mõisted on teised kasslased (lõvi, jaguar). Mõistel on kriitilised atribuudid (nt käpad, hambad) ja varieeruvad atribuudid (nt karva pikkus, silmade värv). Komplekt koosneb mõiste näidetest ja mittenäidetest (nt koer, orav).

Kuigi mõiste tuleks defineerida selle kriitiliste atribuutide kaudu enne näidete ja mittenäidete esitamist, ei taga definitsiooni esitamine, et õpilased mõiste omandavad. Näited peaksid varieeruvates atribuutides suuresti erinema ja mittenäited peaksid näidetest erinema korraga väheste kriitiliste atribuutide poolest. See esitusviis hoiab ära õpilaste üldistamise (mittenäidete klassifitseerimise näideteks) ja alageneraliseerimise (näidete klassifitseerimise mittenäideteks).

Näidete vaheliste suhete väljatoomine on tõhus viis üldistamise soodustamiseks. Üks vahend on mõistekaardid ehk diagrammid, mis kujutavad ideid sõlm-linkide kogumitena (Nesbit & Adescope, 2006). O’Donnell jt (2002) näitasid, et õppimist hõlbustavad teadmiste kaardid, kus ideed on omavahel seotud. Nesbit ja Adescope leidsid, et mõistekaardid parandasid õpilaste teadmiste säilitamist.

Esitatavate näidete optimaalne arv sõltub sellistest mõiste omadustest nagu atribuutide arv ja mõiste abstraktsuse aste. Abstraktsetel mõistetel on tavaliselt vähem konkreetseid näiteid kui konkreetsetel mõistetel ja õppijatel võib olla raske endiste näidetest aru saada. Mõistete õppimine sõltub ka õppija atribuutidest, nagu vanus ja eelnevad teadmised (Tennyson & Park, 1980). Vanemad õpilased õpivad paremini kui nooremad ja rohkem asjakohaste teadmistega õpilased on edukamad kui need, kellel sellised teadmised puuduvad.

Mõistete õpetamisel on kasulik esitada näiteid, mis erinevad valikuliste atribuutide poolest, kuid millel on ühised asjakohased atribuudid, et viimaseid saaks koos ebaoluliste mõõtmetega selgelt välja tuua. Näiteks mõiste “püstkolmnurk” õpetamisel on suurus ebaoluline, nagu ka suund, kuhu see on suunatud. Võib esitada erineva suurusega püstkolmnurki, mis on suunatud erinevates suundades. Töötatud näidete kasutamine on tõhus kognitiivne õpetamisstrateegia (Atkinson jt, 2000).

Õpilased ei pea mitte ainult õppima püstkolmnurki üldistama, vaid nad peavad õppima neid ka teistest kolmnurkadest eristama. Mõiste diskrimineerimise soodustamiseks peaksid õpetajad esitama negatiivseid näiteid, mis erinevad selgelt positiivsetest näidetest. Õpilaste oskuste arenedes saab neid õpetada tegema peenemaid eristusi. Tabelis “Mõistete üldistamise ja eristamise etapid” toodud soovitused on abiks õpilastele mõistete vahel üldistamise ja eristamise õpetamisel.

See mudel nõuab mõiste taksonoomilise struktuuri hoolikat analüüsi. Struktuur on paljude mõistete jaoks hästi määratletud (nt loomariik), kuid paljude teiste, eriti abstraktsete mõistete puhul on seosed kõrgema ja madalama järgu mõistetega, samuti koordineeritud mõistetega, problemaatilised.

Põhjalikus artiklis väitsid Pintrich, Marx ja Boyle (1993), et kontseptuaalne muutus hõlmab ka motivatsiooniprotsesse (nt eesmärgid, ootused, vajadused), mida infoprotsessingumudelid on kipuvad eirama. Need autorid väitsid, et kontseptuaalse muutuse toimumiseks on vajalikud neli tingimust. Esiteks on vajalik rahulolematus oma praeguste kontseptsioonidega; muutus on ebatõenäoline, kui inimesed tunnevad, et nende kontseptsioonid on täpsed või kasulikud. Teiseks peab uus kontseptsioon olema arusaadav - inimesed peavad kontseptsioonist aru saama, et seda omaks võtta. Kolmandaks peab uus kontseptsioon olema usutav - õppijad peavad mõistma, kuidas see sobib teiste arusaamadega selle kohta, kuidas seda võiks rakendada. Lõpuks peavad nad tajuma uut kontseptsiooni viljakana - suutma selgitada nähtusi ja soovitama uusi uurimis- või rakendusvaldkondi.

Motivatsiooniprotsessid sisenevad sellesse mudelisse mitmes kohas. Näiteks näitavad uuringud, et õpilaste eesmärgid suunavad nende tähelepanu ja pingutusi ning nende enesetõhusus on positiivses seoses motivatsiooni, tõhusate ülesandestrateegiate kasutamise ja oskuste omandamisega (Schunk, 1995). Lisaks näitavad õpilased, kes usuvad, et õppimine on kasulik ja et ülesannete strateegiad on tõhusad, kõrgemat motivatsiooni ja õppimist (Borkowski, 1985; Pressley jt, 1990; Schunk & Rice, 1993). On näidatud, et eesmärgid, enesetõhusus ja enesehindamised kompetentsuse kohta soodustavad õppimist ja eneseregulatsiooni sellistes valdkondades nagu lugemise mõistmine, kirjutamine, matemaatika ja otsuste tegemine (Pajares, 1996; Schunk & Pajares, 2009; Schunk & Swartz, 1993a; Wood & Bandura, 1989; Zimmerman & Bandura, 1994). Avastseenariumis näeme, et nihe probleemide lahendamise poole on tegelikult parandanud mõnede õpilaste motivatsiooni õppida.

Lühidalt, kirjandus viitab sellele, et kontseptuaalne muutus hõlmab õpilaste tunnetuse ja motivatsiooniuskumuste koostoimet (Pintrich jt, 1993), millel on mõju õpetamisele. Selle asemel, et lihtsalt teadmisi anda, peavad õpetajad õppetöö planeerimisel arvestama õpilaste olemasolevate ideedega ja tagama, et õpetamine sisaldab motivatsiooni õppimiseks.

Need ideed on väga rakendatavad teadusele. Paljud teadusõpetajad usuvad, et teadmised ehitatakse õppijate poolt, mitte lihtsalt ei edastata (Driver jt, 1994; Linn & Eylon, 2006). Huvitav küsimus on see, kuidas õpilased arendavad välja teaduslikke väärarusaamu ja lihtsustatud teaduslikke mudeleid (Windschitl & Thompson, 2006). Oluline ülesanne on aidata õpilastel väljakutseid esitada ja väärarusaamu parandada (Sandoval, 1995). Kogemused, mis tekitavad kognitiivset konflikti, võivad olla kasulikud (Mayer, 1999; Sandoval, 1995; Williams & Tolmie, 2000). See võib hõlmata õpilaste osalemist praktilistes tegevustes ja teiste inimestega (nt aruteludes) töötamist, et tõlgendada oma kogemusi selektiivse küsimuste esitamise kaudu (nt „Miks sa nii arvad?“ „Kuidas sa selle välja mõtlesid?“). See lähenemine sobib hästi Vygotski rõhuasetusega sotsiaalsetele mõjudele teadmiste konstrueerimisel.

Nussbaum ja Novick (1982) pakkusid välja kolmeastmelise mudeli õpilaste uskumuste muutmiseks:

• Selgitada ja mõista õpilaste eelarvamusi.
• Luua kontseptuaalne konflikt nende kontseptsioonidega.
• Lihtsustada uute või muudetud skeemide väljatöötamist vaadeldavate nähtuste kohta.

Motivatsiooni roll on kriitiline. Kuigi teadusel on palju teemasid, mis peaksid olema huvitavad, pakub teaduse õppimine paljudele õpilastele vähe huvi. Õppimine saab kasu praktilisest õpetamisest ja seostest õpilaste elu aspektidega. Näiteks saab liikumist seostada jalgpallide trajektooriga, elektrit DVD-mängijatega ja ökoloogiat kogukonna taaskasutusprogrammidega. Huvi suurendamine teemade vastu võib parandada ka õpilaste õppimise kvaliteeti (Sandoval, 1995). Seega aitab illustratsioonide ja diagrammide kasutamine õpilastel teaduslikke kontseptsioone mõista (Carlson, Chandler & Sweller, 2003; Hannus & Hyönä, 1999), kuigi mõned õpilased võivad vajada õpetust, kuidas illustratsioone teksti õppimise osana uurida.