Teknologia ja opetus: Kognitiiviset oppimisprosessit

Viime vuosina olemme nähneet teknologian nopean räjähdysmäisen kasvun opetuksessa sähköisen ja etäopetuksen avulla (Bernard ym., 2009; Brown, 2006; Campbell, 2006; Clark, 2008; Jonassen, 1996; Jonassen ym., 1999; Larreamendy-Joerns & Leinhardt, 2006; Roblyer, 2006; Winn, 2002). Teknologia rinnastetaan usein laitteisiin (esim. tietokoneisiin), mutta sen merkitys on paljon laajempi. Teknologia viittaa oppijoiden osallistaviin suunnitelmiin ja ympäristöihin (Jonassen ym., 1999). Teknologian oppimisvaikutuksia koskeva tutkimus on lisääntymässä, samoin kuin pyrkimykset poistaa esteitä teknologian sisällyttämiselle opetukseen (Ertmer, 1999).

Teknologialla on potentiaalia helpottaa opetusta tavoilla, jotka olivat aiemmin käsittämättömiä. Vielä vähän aikaa sitten teknologiset luokkahuonesovellukset rajoittuivat elokuviin, televisioihin, diaprojektoreihin, radioihin ja vastaaviin. Nykyään opiskelijat voivat kokea ympäristöjen ja tapahtumien simulaatioita, joita he eivät koskaan voisi kokea tavallisilla tunneilla, saada opetusta ja kommunikoida muiden kanssa pitkien etäisyyksien päästä sekä olla vuorovaikutuksessa suurten tietokantojen ja asiantuntijajärjestelmien kanssa.

Tutkijoiden haasteena on selvittää, miten teknologia vaikuttaa oppijoiden kognitiivisiin prosesseihin koodauksen, säilyttämisen, siirtämisen, ongelmanratkaisun ja niin edelleen aikana. Tämän tietokonepohjaisia oppimisympäristöjä ja etäopetusta käsittelevän osion materiaali ei ole käytännön opas teknologian käyttöön koulutuksessa. Sen sijaan tämä osio keskittyy teknologian rooliin oppimisessa. Lukijoiden, jotka ovat kiinnostuneita teknologian syvällisistä sovelluksista, tulisi tutustua muihin lähteisiin (Brown, 2006; Kovalchick & Dawson, 2004a, 2004b; Roblyer, 2006; Winn, 2002).

Opiskelijat oppivat yhä enemmän tietokonepohjaisissa ympäristöissä. Tutkijat ovat erittäin kiinnostuneita tietokoneiden roolista opetuksessa ja oppimisessa. Vaikka oppiminen tietokonepohjaisissa ympäristöissä ei ole oppimisen teoria, on tärkeää tietää, parantavatko tietokoneet koulumenestystä ja auttavatko ne kehittämään kriittistä ajattelua ja ongelmanratkaisutaitoja.

On houkuttelevaa arvioida tietokonepohjaista oppimista vertaamalla sitä oppimiseen, johon ei liity tietokoneita, mutta tällaiset vertailut voivat olla harhaanjohtavia, koska muutkin tekijät (esim. sisällön aitous, opettajan ja oppilaan/oppilaiden väliset vuorovaikutukset) voivat vaihdella. Sen sijaan, että keskittyisimme tähän kysymykseen, näyttää tuotteliaammalta tarkastella niitä kognitiivisia prosesseja, joita voi esiintyä tietokonepohjaisissa ympäristöissä ja muissa teknologisissa sovelluksissa.

Jonassen et al. (1999) esittivät dynaamisen näkökulman teknologian rooliin oppimisessa. Teknologian maksimaalinen hyöty saadaan, kun se energisoi ja helpottaa ajattelua ja tiedon konstruointia. Tässä käsitteellistämisessä teknologia voi palvella alla lueteltuja toimintoja 'Teknologian toiminnot'. Tässä osiossa kuvatut oppimiseen liittyvät teknologiset sovellukset ovat eri tavoin tehokkaita näiden toimintojen suorittamisessa.

• Työkalu tiedon konstruoinnin tukemiseen
• Tiedonvälittäjä tiedon tutkimiseen oppimisen tukemiseksi konstruoimalla
• Konteksti oppimisen tukemiseksi tekemällä
• Sosiaalinen media oppimisen tukemiseksi keskustelemalla
• Älyllinen kumppani oppimisen tukemiseksi reflektoimalla

Tietokonepohjainen opetus (CBI)

Muutama vuosi sitten, kun Internet syrjäytti sen, tietokonepohjainen opetus (CBI) (tai CAI – tietokoneavusteinen opetus) oli yleisin tietokoneoppimisen sovellus kouluissa (Jonassen, 1996). CBI:tä käytetään usein harjoituksiin ja opetusohjelmiin, jotka esittävät tietoa ja palautetta opiskelijoille ja vastaavat opiskelijoiden vastauksiin perustuen.

Vaikka CBI:n mahdollisuudet ovat rajalliset, useat CBI-ominaisuudet ovat vankasti juurtuneet oppimisteoriaan ja tutkimukseen (Lepper, 1985). Materiaali voi kiinnittää opiskelijoiden huomion ja tarjota välitöntä palautetta. Palaute voi olla sellaista, jota ei usein anneta luokkahuoneessa, kuten miten opiskelijoiden nykyiset suoritukset verrattuna heidän aiempiin suorituksiinsa (osoittamaan oppimisen edistymistä). Tietokoneet yksilöllistävät sisällön ja esitystahdin.

Toinen CBI:n etu on, että monet ohjelmat mahdollistavat personoinnin; opiskelijat syöttävät tietoja itsestään, vanhemmistaan ja ystävistään, jotka sitten sisällytetään opetusesitykseen. Personointi voi tuottaa parempia tuloksia kuin muut formaatit (Anand & Ross, 1987). Opetuksen personointi voi parantaa merkityksellisyyttä ja helpottaa sisällön integrointia LTM-verkkoihin. Tiedon konstruointia tulisi edistää tutuilla viittauksilla.

Simulaatiot ja pelit

Simulaatiot edustavat todellisia tai kuvitteellisia tilanteita, joita ei voida tuoda oppimisympäristöön. Esimerkkejä ovat ohjelmat, jotka simuloivat lentokoneiden lentoja, vedenalaisia retkiä ja elämää kuvitteellisessa kaupungissa. Oppijat voivat rakentaa muistiverkostoja paremmin, kun heillä on konkreettisia viittauksia oppimisen aikana. Pelit on suunniteltu luomaan nautinnollinen oppimiskonteksti yhdistämällä materiaalia urheiluun, seikkailuun tai fantasiaan. Pelit voivat korostaa ajattelutaitoja ja ongelmanratkaisua, mutta niitä voidaan käyttää myös sisällön opettamiseen (esim. koripallopeli opettamaan murtolukuja).

Lepper (1985; Lepper & Hodell, 1989) ehdotti, että pelit vaikuttavat oppimiseen myös lisäämällä motivaatiota. Motivaatio on suurempi, kun sisällön ja keinojen (”erikoistehosteet”), joilla peli tai simulaatio esittää sisällön, välillä on endogeeninen (luonnollinen) suhde. Murtoluvut liittyvät endogeenisesti esimerkiksi koripallopeliin, kun opiskelijoita pyydetään määrittämään, kuinka suuren osan kentästä pelaajat peittävät kuljettaessaan palloa lattialla. Tällainen endogeeninen suhde parantaa mielekkyyttä sekä pitkäkestoisen muistin koodausta ja tallennusta. Monissa peleissä ja simulaatioissa sisällön ja keinojen välinen suhde on kuitenkin mielivaltainen, kuten silloin, kun opiskelijan oikea vastaus kysymykseen tuottaa fantasiaelementtejä (esim. sarjakuvahahmoja). Kun suhde on mielivaltainen, peli ei tuota parempaa oppimista kuin perinteinen opetus, vaikka edellinen saattaa olla kiinnostavampi.

Simulaatiot näyttävät tietokonepohjaisena ympäristönä sopivan hyvin löytö- ja tutkivaan oppimiseen. De Jong ja van Joolingen (1998) päättelivät katsauksessaan tietokonesimulaatioita löytävässä oppimisessa käyttävistä tutkimuksista, että simulaatiot olivat tehokkaampia kuin perinteinen opetus opiskelijoiden ”syvällisen” (intuitiivisen) kognitiivisen prosessoinnin juurruttamisessa. Simulaatiot voivat olla hyödyllisiä myös ongelmanratkaisutaitojen kehittämisessä. Samoin kuin tietokoneavusteisen opetuksen (CBI) tuloksissa, Moreno ja Mayer (2004) havaitsivat, että näytöllä olevan agentin henkilökohtaiset viestit simulaatioiden aikana paransivat muistamista ja ongelmanratkaisua paremmin kuin ei-henkilökohtaiset viestit. Woodward, Carnine ja Gersten (1988) havaitsivat, että tietokonesimulaatioiden lisääminen jäsenneltyyn opetukseen tuotti ongelmanratkaisuhyötyjä erityisopetuksen lukio-opiskelijoille verrattuna pelkkään perinteiseen opetukseen. Kirjoittajat huomauttivat kuitenkin, että näitä tuloksia tuottava mekanismi oli epäselvä, eivätkä tulokset välttämättä yleisty erillisiin tietokonesimulaatioihin.

Multimedia/Hypermedia

Multimedia viittaa teknologiaan, joka yhdistää eri medioiden, kuten tietokoneiden, elokuvien, videoiden, äänen, musiikin ja tekstin, ominaisuudet (Galbreath, 1992); hypermedia viittaa linkitettyyn tai interaktiiviseen mediaan (Roblyer, 2006). Multimedia- ja hypermediaoppimista tapahtuu, kun opiskelijat ovat vuorovaikutuksessa useammassa kuin yhdessä muodossa esitetyn tiedon kanssa (esim. sanat ja kuvat; Mayer, 1997). Tietokoneiden kyky liittää muita medioita on kehittynyt nopeasti. Videoiden suoratoisto, CD-levyt ja DVD-levyt ovat yleisesti käytössä tietokoneiden kanssa opetustarkoituksiin (Hannafin & Peck, 1988; Roblyer, 2006).

Multimedialla ja hypermedialla on tärkeitä vaikutuksia opetukseen, koska ne tarjoavat monia mahdollisuuksia teknologian sisällyttämiseen opetukseen (Roblyer, 2006). Tutkimusnäyttö tukee jossain määrin multimedian etuja oppimisessa. Mayer (1997) havaitsi tutkimuskatsauksessaan, että multimedia paransi opiskelijoiden ongelmanratkaisua ja tiedonsiirtoa; vaikutukset olivat kuitenkin voimakkaimpia opiskelijoilla, joilla oli vähän ennakkotietoa ja korkea avaruudellinen kyky. Dillon ja Gabbard (1998) päättelivät myös katsauksessaan, että vaikutukset riippuivat osittain kyvystä: Opiskelijoilla, joilla oli alhaisempi yleinen kyky, oli eniten vaikeuksia multimedian kanssa. Oppimistyylillä oli merkitystä: Opiskelijat, jotka olivat halukkaita tutkimaan, saivat suurimmat hyödyt. Multimedia vaikuttaa erityisen edulliselta tietyissä tehtävissä, jotka edellyttävät nopeaa tiedonhakua.

Tutkijat ovat tutkineet olosuhteita, jotka suosivat oppimista multimediasta. Kun sanallista ja visuaalista (esim. kerronta ja animaatio) tietoa yhdistetään opetuksen aikana, opiskelijat hyötyvät kaksoiskoodauksesta (Paivio, 1986). Samanaikainen esitys auttaa oppijoita muodostamaan yhteyksiä sanojen ja kuvien välille, koska ne ovat samanaikaisesti työmuistissa (WM) (Mayer, Moreno, Boire, & Vagge, 1999). Multimedia voi helpottaa oppimista paremmin kuin median räätälöinti yksittäisten opiskelijoiden eroihin (Reed, 2006). Käyttämällä eri medioita opettajat lisäävät todennäköisyyttä, että ainakin yksi tyyppi on tehokas jokaiselle opiskelijalle. Joitakin multimediaoppimista avustavia opetusvälineitä ovat: tekstisignaalit, jotka korostavat sisällön rakennetta ja sen suhdetta muuhun materiaaliin (Mautone & Mayer, 2001); personoidut viestit, jotka puhuttelevat opiskelijoita ja saavat heidät tuntemaan itsensä osallistujiksi oppitunnilla (Mayer, Fennell, Farmer, & Campbell, 2004; Moreno & Mayer, 2000); oppijoille annetaan mahdollisuus hallita opetuksen tahtia (Mayer & Chandler, 2001); animaatiot, jotka sisältävät liikettä ja simulaatioita (Mayer & Moreno, 2002); kyky olla vuorovaikutuksessa ruudulla olevan puhujan kanssa (Mayer, Dow, & Mayer, 2003); harjoitustestin tekeminen materiaalista (Johnson & Mayer, 2009); ja altistuminen ihmisen eikä koneen luomalle puhujalle (Mayer, Sobko, & Mantone, 2003).

Multimedian maksimaaliset hyödyt edellyttävät, että joitakin logistisia ja hallinnollisia kysymyksiä käsitellään. Interaktiivisia ominaisuuksia on kallista kehittää ja tuottaa, vaikka ne ovatkin erittäin tehokkaita (Moreno & Mayer, 2007). Kustannukset voivat estää monia koulujärjestelmiä ostamasta komponentteja. Interaktiivinen video voi vaatia lisäopetusaikaa, koska se esittää enemmän materiaalia ja vaatii enemmän opiskelijoiden aikaa. Mutta interaktiiviset multimodaaliset oppimisympäristöt tarjoavat suuren potentiaalin opiskelijoiden motivaation lisäämiseen (Scheiter & Gerjets, 2007). Opiskelijan hallinnan lisääntyminen tuottaa parempia hyötyjä oppimiselle ja voi edistää itsesäätelyä (Azevedo, 2005b).

Huolimatta mahdollisista kustannuksiin ja tarvittaviin teknologisiin taitoihin liittyvistä ongelmista, multimedia ja hypermedia näyttävät hyödyttävän opiskelijoiden oppimista, ja tutkimukset osoittavat yhä enemmän, että tämä tekniikka voi auttaa kehittämään opiskelijoiden itsesäätelevää oppimista (Azevedo, 2005a, 2005b; Azevedo & Cromley, 2004; Azevedo, Guthrie, & Siebert, 2004). Sovelluksia kehitetään edelleen teknologian kehittyessä (Roblyer, 2006). Lisätutkimusta tarvitaan multimedian vaikutuksista motivaatioon ja siitä, miten se yhdistetään itsesäätelytaitojen hankintajärjestykseen (esim. sosiaalinen vaikutus itsensä vaikuttamiseen; Zimmerman & Tsikalas, 2005).

Verkko-oppiminen

Verkko-oppiminen viittaa oppimiseen sähköisesti välitettyjen keinojen avulla. Termiä käytetään usein viittaamaan mihin tahansa sähköiseen viestintään (esim. videoneuvottelut, sähköposti); tässä sitä kuitenkin käytetään suppeammassa merkityksessä Internet (verkkopohjainen) -opetuksesta.

Internet (kansainvälinen tietokoneverkkojen kokoelma) on jaettujen resurssien järjestelmä, jota kukaan ei omista. Internet tarjoaa pääsyn muihin ihmisiin (käyttäjiin) sähköpostin ja konferenssien (chat-huoneet), tiedostojen ja World Wide Webin (WWW) kautta – monen tietokoneen interaktiivinen multimediaresurssi. Se myös tallentaa tietoja, joita voidaan kopioida henkilökohtaiseen käyttöön.

Internet on erinomainen tietolähde, mutta tässä yhteydessä oleellinen kysymys on sen rooli oppimisessa. Pinnallisesti tarkasteltuna Internetillä on etuja. Verkkopohjainen opetus tarjoaa opiskelijoille pääsyn useampiin resursseihin lyhyemmässä ajassa kuin perinteisillä tavoilla on mahdollista; useammat resurssit eivät kuitenkaan automaattisesti tarkoita parempaa oppimista. Jälkimmäinen toteutuu vain, jos opiskelijat hankkivat uusia taitoja, kuten menetelmiä aiheen tutkimiseen tai kriittistä ajattelua verkkosivujen materiaalin tarkkuudesta. Verkkoresurssit voivat myös edistää oppimista, kun opiskelijat ottavat tietoja verkosta ja sisällyttävät ne luokkahuoneen toimintaan (esim. löytöoppiminen).

Opettajat voivat auttaa opiskelijoiden Internet-taitojen kehittämisessä tukemalla heitä. Opiskelijoille on opetettava hakustrategioita (esim. tapoja käyttää selaimia), mutta opettajat voivat myös suorittaa alkuperäisen verkkohaku ja tarjota opiskelijoille hyödyllisten verkkosivustojen nimiä. Grabe ja Grabe (1998) tarjoavat muita ehdotuksia.

Vaarana opiskelijoiden käyttäessä Internetiä on, että saatavilla oleva suuri tietomäärä voi juurruttaa uskomuksen, että kaikki on tärkeää ja luotettavaa. Opiskelijat voivat sitten harjoittaa ”assosiatiivista kirjoittamista” yrittämällä sisällyttää liikaa tietoa raportteihin ja papereihin. Siltä osin kuin verkko-oppiminen auttaa opettamaan opiskelijoille analyysin ja synteesin korkeamman tason taitoja, he hankkivat strategioita sen määrittämiseksi, mikä on tärkeää, ja yhdistävät tietoa yhtenäiseksi tuotteeksi.

Etäopiskelu (etäopetus) tapahtuu, kun opetus, joka on peräisin yhdestä paikasta, välitetään opiskelijoille yhteen tai useampaan etäkohteeseen. Interaktiiviset ominaisuudet mahdollistavat kaksisuuntaisen palautteen ja keskustelut, jotka tulevat osaksi oppimiskokemusta. Etäopiskelu säästää aikaa, vaivaa ja rahaa, koska ohjaajien ja opiskelijoiden ei tarvitse tehdä pitkiä matkoja tunneille. Esimerkiksi yliopistot voivat rekrytoida opiskelijoita laajalta maantieteelliseltä alueelta. Opiskelijoiden pitkistä matkoista tunneille ei tarvitse olla niin huolissaan. Koulupiirit voivat järjestää täydennyskoulutusohjelmia välittämällä tietoa keskuspaikasta kaikkiin kouluihin. Etäopiskelu uhraa kasvokkain tapahtuvan kontaktin ohjaajien kanssa, vaikka käytössä olisi kaksisuuntainen interaktiivinen video, vuorovaikutukset tapahtuvat reaaliajassa (synkronisesti). Bernard ym. (2004) totesivat etäopetusohjelmien katsauksessaan, että niiden vaikutukset opiskelijoiden oppimiseen ja tiedon säilyttämiseen olivat verrattavissa perinteiseen opetukseen. Synkronisen opetuksen vaikutukset suosivat luokkaopetusta, kun taas etäopetus oli tehokkaampaa asynkronisissa sovelluksissa (joihin liittyy viive).

Toinen verkkosovellus on sähköinen ilmoitustaulu (konferenssi). Tietokoneiden avulla verkottuneet ihmiset voivat lähettää viestejä, mutta oppimisen kannalta tärkeämpää on mahdollisuus osallistua keskusteluryhmään (chattiin). Osallistujat esittävät kysymyksiä ja ottavat esille asioita sekä vastaavat muiden kommentteihin. Melko paljon tutkimusta on tarkastellut, helpottaako tällainen tiedonvaihto kirjoitustaidon hankkimista (Fabos & Young, 1999). On kyseenalaista, edistääkö tämä asynkroninen telekommunikaatiovaihto oppimista paremmin kuin kasvokkain tapahtuva vuorovaikutus, koska suuri osa tutkimuksesta on ristiriitaista tai epäselvää (Fabos & Young, 1999); Bernard ym. (2004) tekemä katsaus viittaa kuitenkin siihen, että etäopetus voi olla tehokkaampaa asynkronisen oppimisen kanssa. Telekommunikaation etuna on sen kätevyys, sillä ihmiset voivat vastata milloin tahansa, eivät vain silloin, kun he ovat kokoontuneet yhteen. Vastaanottavainen oppimisympäristö voi epäsuorasti edistää oppimista.

Ollessaan tietokonevälitteisen viestinnän (CMC) muotoja, etäopiskelu ja tietokonekonferenssit laajentavat huomattavasti sosiaalisen vuorovaikutuksen kautta tapahtuvan oppimisen mahdollisuuksia. Lisätutkimusta tarvitaan sen selvittämiseksi, voivatko oppijoiden henkilökohtaiset ominaisuudet ja opetussisällön tyypit vaikuttaa opiskelijoiden oppimiseen ja motivaatioon.

Verkkopohjainen (online) oppiminen sisällytetään yleisesti perinteiseen opetukseen opetuksen yhdistettynä mallina (eli osa opetuksesta tapahtuu kasvokkain ja loput verkossa). Verkkopohjainen oppiminen on hyödyllistä myös yhdessä multimediaprojektien kanssa. Monissa opettajankoulutusohjelmissa tulevat opettajat käyttävät verkkoa resurssien hankkimiseen ja sisällyttävät niitä sitten valikoiden multimediaprojekteihin osana oppituntien suunnittelua.

Tallent-Runnels ym. (2006) havaitsivat verkkokurssien katsauksessaan, että opiskelijat pitivät omassa tahdissa etenemisestä, enemmän tietokonekokemusta omaavat opiskelijat ilmaisivat suurempaa tyytyväisyyttä ja asynkroninen viestintä helpotti syvällisiä keskusteluja. Etäopetus, joka sisältää vuorovaikutusta (opiskelija–opiskelija, opiskelija–opettaja, opiskelija–sisältö), auttaa lisäämään opiskelijoiden saavutuksia (Bernard ym., 2009). Muut vuorovaikutuksen tyypit (esim. wikit, blogit) voivat myös olla hyödyllisiä. Multimediaesitysten sisällyttäminen etäopetukseen lisää sen personointia ja tekee siitä siten samankaltaisempaa kuin kasvokkain tapahtuva opetus (Larreamendy-Joerns & Leinhardt, 2006), mikä voi lisätä opiskelijoiden motivaatiota.

Verkkokurssien ja perinteisten kurssien vertailu on vaikeaa, koska eroja on niin monia, joista yksi on se, että tähän mennessä useimmille verkkokursseille on osallistunut pääosin epätyypillisiä ja valkoisia amerikkalaisia opiskelijoita. Tämä demografinen koostumus muuttuu, kun verkkokursseista tulee yleisempiä, mikä mahdollistaa verkkopohjaisten oppimistulosten ja oppimista helpottavien ympäristötekijöiden paremman arvioinnin.

Edellä esitetyn näytön perusteella voimme päätellä, että teknologia voi parantaa oppimista. Teknologian avulla tehostetun opetuksen vertaaminen perinteiseen opetukseen on vaikeaa, ja vertailut voivat antaa harhaanjohtavia tuloksia (Oppenheimer, 1997). Mikään yksittäinen opetusväline ei ole johdonmukaisesti muita parempi sisällöstä, oppijoista tai ympäristöstä riippumatta (Clark & Salomon, 1986). Teknologia ei ole oppimisen syy; pikemminkin se on keino soveltaa tehokkaan opetuksen ja oppimisen periaatteita.

Clark ja Salomon (1986) suosittelivat, että tutkijat selvittävät, missä olosuhteissa tietokoneet helpottavat opetusta ja oppimista. Tämä pitää edelleen paikkansa nykyään, ja se voidaan sanoa teknologiasta yleensä. Teknologian käytön tulisi riippua oppimistavoitteista. Vaikka teknologialla on potentiaalia edistää erilaisia oppimistavoitteita, se ei välttämättä ole paras tapa edistää opiskelijoiden vuorovaikutusta vertaisopetuksen, ryhmäkeskustelujen tai yhteistoiminnallisen oppimisen avulla.

Lisää tutkimusta tietokonepohjaisten oppimisympäristöjen ja etäopetuksen tehokkuuden arvioimiseksi tarvitaan selvästi. Jotkut tutkimukset osoittavat, että tietokonepohjainen ongelmanratkaisu on tehokasta eri tavalla mies- ja naisopiskelijoille (Littleton, Light, Joiner, Messer & Barnes, 1998). Sukupuolen ja etnisten erojen tutkimisen tulisi olla tutkimuksen painopiste.

Toinen alue, johon on puututtava, on teknologian motivaatiovaikutukset opettajiin ja opiskelijoihin (Ertmer, 1999; Lepper & Gurtner, 1989). Lepper ja Malone (1987) totesivat, että tietokoneet voivat kohdistaa huomion tehtävään motivaatioparannusten avulla, ylläpitää vireystilaa optimaalisella tasolla ja ohjata opiskelijoita osallistumaan tehtäväsuuntautuneeseen tiedon käsittelyyn sen sijaan, että he keskittyisivät epäolennaisiin tehtävän osa-alueisiin. Ajatuksena on, että tehokkaat motivaatioperiaatteet voivat parantaa syvällistä (eikä pinnallista) prosessointia (Hooper & Hannafin, 1991).

Teknologian tulevaisuuden ennustaminen koulutuksessa on vaikeaa. Muutama vuosi sitten harvat olisivat ennustaneet, että kannettavat tietokoneet syrjäyttäisivät pöytätietokoneet tai että kämmenlaitteet saattavat lopulta syrjäyttää kannettavat tietokoneet. Teknologian kehittyessä se tarjoaa paljon laajemman valikoiman opetuksellisia mahdollisuuksia (Brown, 2006). Pystymme käyttämään ja luomaan tietoa uusilla, kehittyneillä tavoilla. Tutkimus selvittää näiden kehityskulkujen vaikutuksia opiskelijoiden oppimiseen sekä tehokkaita tapoja sisällyttää teknologia opetukseen.

Jännittäviä kehityskulkuja on todennäköisesti useilla rintamilla (Roblyer, 2006). Langaton yhteys on nykyään yleinen, mikä laajentaa huomattavasti kannettavien tietokoneiden käytön mukavuutta opetuksessa. Langattomuus ja laitteiden (esim. kannettavien tietokoneiden, kämmenlaitteiden) siirrettävyys auttavat ohjaajia sisällyttämään teknologiaa opetukseen. Teknologioiden yhdistyminen jatkuu (esim. matkapuhelimet, jotka voivat suorittaa useita toimintoja), mikä voi lopulta johtaa siihen, että opiskelijat tarvitsevat mahdollisimman vähän laitteistoa eri sovellusten suorittamiseen. Teknologinen kehitys parantaa edelleen vammaisten henkilöiden saavutettavuutta, ja avustavan teknologian pitäisi yleistyä kouluissa. Etäopetus- ja verkko-oppimismahdollisuudet lisääntyvät. Nykyään meillä on virtuaaliyliopistoja ja lukioita, joita voidaan laajentaa varhaisemmille tasoille (esim. yläaste, alakoulu). Lopuksi, kun teknologian mukavuus paranee jatkuvasti, voimme nähdä asteittaista siirtymistä pois perinteisestä opetuksesta kohti mallia, jossa on vähemmän luentokertoja ja enemmän sähköistä viestintää.

Perustutkimustasolla tekoälytutkimukset voivat tarjota tärkeitä oivalluksia ihmisen oppimiseen, ajatteluun ja ongelmanratkaisuun. Tekoäly viittaa tietokoneohjelmiin, jotka simuloivat ihmisen kykyjä päätellä, arvioida, päätellä, ratkaista ongelmia, ymmärtää puhetta ja oppia (Trappl, 1985). John McCarthy keksi termin vuonna 1956 konferenssin teemana.

Asiantuntijajärjestelmät ovat tekoälyn sovellus. Asiantuntijajärjestelmät ovat suuria tietokoneohjelmia, jotka tarjoavat yhden tai useamman asiantuntijan tiedot ja ongelmanratkaisuprosessit (Anderson, 1990; Fischler & Firschein, 1987). Ihmiskonsulttien tapaan asiantuntijajärjestelmiä on sovellettu monille aloille, kuten lääketieteeseen, kemiaan, elektroniikkaan ja lakiin. Asiantuntijajärjestelmillä on laaja tietokanta, joka koostuu deklaratiivisesta tiedosta (faktat) ja menettelyllisestä tiedosta (päätelmien tekemiseen käytetty sääntöjärjestelmä). Käyttöliittymä esittää kysymyksiä käyttäjille ja antaa suosituksia tai ratkaisuja. Asiantuntijajärjestelmien yleinen sovellus on opettaminen tarjoamalla asiantuntemusta opiskelijoille. Opetus käyttää usein ohjattua löytämistä; opiskelijat muotoilevat ja testaavat hypoteeseja ja kokevat seurauksia.

Tulevia asiantuntijajärjestelmiä sovelletaan laajempaan joukkoon aloja. Yksi haaste on parantaa järjestelmien kykyä ymmärtää luonnollisia kieliä, erityisesti puhetta. Vaikka asiantuntijajärjestelmät voivat suorittaa hahmontunnistustehtäviä, useimmat näistä tehtävistä sisältävät vain visuaalisia ärsykkeitä. Mutta puheentunnistusjärjestelmät paranevat jatkuvasti. Avustavan teknologian käyttö koulutuksessa lisääntyy, kun vammaiset opiskelijat integroidaan mahdollisimman paljon tavalliseen luokkaopetukseen. Asiantuntijajärjestelmien pitäisi parantaa tietokoneiden ominaisuuksia siten, että ne ovat kaikkien oppijoiden käytettävissä (esim. kuulo-, näkö-, monivammaiset).

Tekoäly tarjoaa jännittäviä mahdollisuuksia auttaa meitä ymmärtämään ihmisen ajatteluprosesseja. Tämä sovellus sisältää tietokoneiden ohjelmoinnin joillakin tiedoilla ja säännöillä, jotka mahdollistavat niiden muuttaa ja hankkia uutta tietoa ja sääntöjä kokemusten perusteella. Esimerkiksi käsitteen oppimisessa tietokone voidaan ohjelmoida alkeellisella säännöllä ja altistaa sitten käsitteen esimerkeille ja ei-esimerkeille. Ohjelma muokkaa itseään tallentamalla uutta tietoa muistiin ja muuttamalla sääntöään. Oppimista voi tapahtua myös altistumisesta tapaushistorioille. Tietokone voidaan ohjelmoida faktoilla ja sairauden tapaushistorioilla. Kun tietokone analysoi näitä historioita, se muuttaa muistiaan sisällyttääkseen etiologian, oireet ja taudin kulun. Kun tietokone hankkii laajan tietokannan tietystä sairaudesta, se voi diagnosoida tulevia tapauksia tarkasti.