Технології та Навчання (Когнітивні Навчальні Процеси)

В останні кілька років спостерігається стрімкий розвиток технологій в навчанні за допомогою електронного та дистанційного навчання (Bernard et al., 2009; Brown, 2006; Campbell, 2006; Clark, 2008; Jonassen, 1996; Jonassen et al., 1999; Larreamendy-Joerns & Leinhardt, 2006; Roblyer, 2006; Winn, 2002). Технологія часто ототожнюється з обладнанням (наприклад, комп'ютерами), але її значення набагато ширше. Технологія відноситься до розробок і середовищ, які залучають учнів (Jonassen et al., 1999). Дослідження впливу технологій на навчання зростають, як і зусилля з усунення перешкод для впровадження технологій у навчання (Ertmer, 1999).

Технологія має потенціал для полегшення навчання способами, які раніше були немислимими. Не так давно технологічні застосування в класах обмежувалися фільмами, телевізорами, слайдовими проєкторами, радіоприймачами тощо. Сьогодні студенти можуть переживати симуляції середовищ і подій, які вони ніколи не могли б пережити на звичайних заняттях, отримувати інструкції та спілкуватися з іншими на великих відстанях, а також взаємодіяти з великими базами знань і експертними навчальними системами.

Завданням для дослідників є визначення того, як технологія впливає на когнітивні процеси учнів під час кодування, запам'ятовування, перенесення, розв'язання проблем тощо. Матеріал у цьому розділі про комп'ютерні навчальні середовища та дистанційну освіту не є практичним посібником з використання технологій в освіті. Скоріше, цей розділ зосереджується на ролі, яку відіграє технологія в навчанні. Читачам, зацікавленим у поглибленому застосуванні технологій, слід звернутися до інших джерел (Brown, 2006; Kovalchick & Dawson, 2004a, 2004b; Roblyer, 2006; Winn, 2002).

Студенти все частіше навчаються в комп'ютерних середовищах. Дослідники проявляють великий інтерес до ролі комп'ютерів у навчанні та викладанні. Хоча навчання в комп'ютерних середовищах не є теорією навчання, важливо знати, чи покращують комп'ютери успішність у школі та чи допомагають розвивати критичне мислення та навички вирішення проблем.

Виникає спокуса оцінити комп'ютерне навчання, порівнюючи його з навчанням без використання комп'ютерів, але такі порівняння можуть бути оманливими, оскільки інші фактори (наприклад, автентичність контенту, взаємодія вчитель-учень/учень-учень) також можуть відрізнятися. Замість того, щоб зосереджуватися на цьому питанні, здається більш продуктивним вивчити типи когнітивних процесів, які можуть відбуватися в комп'ютерних середовищах та за допомогою інших технологічних застосувань.

Джонассен та ін. (1999) представили динамічну перспективу ролі технологій у навчанні. Максимальні переваги технологій виникають, коли вони активізують та полегшують мислення та конструювання знань. У цій концептуалізації технологія може виконувати функції, перелічені в цілях 'Функції технології'. Технологічні застосування, що стосуються навчання, описані в цьому розділі, є диференційовано ефективними у виконанні цих функцій.

• Інструмент для підтримки конструювання знань
• Інформаційний засіб для дослідження знань для підтримки навчання шляхом конструювання
• Контекст для підтримки навчання шляхом практики
• Соціальний засіб для підтримки навчання шляхом спілкування
• Інтелектуальний партнер для підтримки навчання шляхом роздумів

Комп'ютерне навчання (CBI)

До недавнього часу, коли його витіснив Інтернет, комп'ютерне навчання (CBI) (або CAI—комп'ютерне навчання з підтримкою) було найпоширенішим застосуванням комп'ютерного навчання в школах (Джонассен, 1996). CBI часто використовується для тренувань і навчальних посібників, які представляють інформацію та зворотний зв'язок студентам і реагують на основі відповідей студентів.

Хоча CBI обмежений у тому, що він може робити, кілька особливостей CBI ґрунтуються на теорії навчання та дослідженнях (Леппер, 1985). Матеріал може привернути увагу студентів і забезпечити негайний зворотний зв'язок. Зворотний зв'язок може бути такого типу, який не часто надається в класі, наприклад, як поточні результати студентів порівнюються з їхніми попередніми результатами (щоб показати прогрес у навчанні). Комп'ютери індивідуалізують контент і темп подання.

Іншою перевагою CBI є те, що багато програм дозволяють персоналізацію; студенти вводять інформацію про себе, батьків і друзів, яка потім включається в навчальну презентацію. Персоналізація може призвести до вищих досягнень, ніж інші формати (Ананд і Росс, 1987). Персоналізація навчання може покращити значущість і полегшити інтеграцію контенту в мережі довготривалої пам'яті (LTM). Конструюванню знань слід сприяти за допомогою знайомих референтів.

Симуляції та ігри

Симуляції представляють реальні або уявні ситуації, які неможливо відтворити в навчальному середовищі. Прикладами є програми, що імітують польоти літаків, підводні експедиції та життя у вигаданому місті. Учні краще будують мережі пам'яті, коли мають відчутні референти під час навчання. Ігри створені для формування приємного навчального контексту шляхом поєднання матеріалу зі спортом, пригодами чи фантазіями. Ігри можуть підкреслювати навички мислення та розв'язання проблем, але також можуть бути використані для вивчення змісту (наприклад, баскетбольна гра для навчання дробам).

Леппер (1985; Леппер і Ходелл, 1989) припустив, що ігри також впливають на навчання шляхом підвищення мотивації. Мотивація є більшою, коли існує ендогенний (природний) зв'язок між змістом і засобами («спеціальні ефекти»), за допомогою яких гра або симуляція представляє зміст. Наприклад, дроби ендогенно пов'язані з баскетбольною грою, коли учнів просять визначити, яку частину майданчика займають гравці, які ведуть м'яч по підлозі. Такий ендогенний зв'язок покращує осмисленість, кодування та зберігання в довготривалій пам'яті. Однак у багатьох іграх і симуляціях зв'язок між змістом і засобами є довільним, наприклад, коли правильна відповідь учня на запитання створює фантастичні елементи (наприклад, мультиплікаційних персонажів). Коли зв'язок є довільним, гра не покращує навчання порівняно з традиційним навчанням, хоча перше може бути цікавішим.

Як тип комп'ютерно-орієнтованого середовища, симуляції добре підходять для навчання через відкриття та дослідження. У своєму огляді досліджень з використанням комп'ютерних симуляцій у навчанні через відкриття, де Йонг і ван Йолінген (1998) дійшли висновку, що симуляції були ефективнішими за традиційне навчання у прищепленні учням «глибокої» (інтуїтивної) когнітивної обробки. Симуляції також можуть бути корисними для розвитку навичок вирішення проблем. Подібно до результатів для комп'ютерного навчання, Морено і Майєр (2004) виявили, що персоналізовані повідомлення від агента на екрані під час симуляцій покращували запам'ятовування та вирішення проблем краще, ніж неперсоналізовані повідомлення. Вудворд, Карнін і Герстен (1988) виявили, що додавання комп'ютерних симуляцій до структурованого навчання призвело до покращення навичок вирішення проблем у старшокласників із особливими освітніми потребами порівняно з традиційним навчанням. Однак автори зазначили, що механізм, який спричинив ці результати, був незрозумілим, і результати можуть не узагальнюватися на автономні комп'ютерні симуляції.

Мультимедіа/Гіпермедіа

Мультимедіа відноситься до технологій, які поєднують можливості різних медіа, таких як комп'ютери, фільми, відео, звук, музика і текст (Galbreath, 1992); гіпермедіа відноситься до пов'язаних або інтерактивних медіа (Roblyer, 2006). Мультимедійне та гіпермедійне навчання відбувається, коли студенти взаємодіють з інформацією, представленою в більш ніж одному режимі (наприклад, слова та зображення; Mayer, 1997). Можливості комп'ютерів взаємодіяти з іншими медіа швидко розвивалися. Відео-стрімінг, CD та DVD зазвичай використовуються з комп'ютерами в навчальних цілях (Hannafin & Peck, 1988; Roblyer, 2006).

Мультимедіа та гіпермедіа мають важливі наслідки для навчання, оскільки вони пропонують багато можливостей для впровадження технологій у навчальний процес (Roblyer, 2006). Дослідження надають певну підтримку перевагам мультимедіа для навчання. У своєму огляді досліджень Mayer (1997) виявив, що мультимедіа покращує розв'язання проблем і передачу знань студентами; однак, ефекти були найсильнішими для студентів з невеликими попередніми знаннями та високими просторовими здібностями. Dillon і Gabbard (1998) також зробили висновок зі свого огляду, що ефекти частково залежать від здібностей: студенти з нижчими загальними здібностями мали найбільші труднощі з мультимедіа. Стиль навчання був важливим: студенти, які бажають досліджувати, отримали найбільші вигоди. Мультимедіа здається особливо вигідним для конкретних завдань, що вимагають швидкого пошуку інформації.

Дослідники вивчали умови, що сприяють навчанню з використанням мультимедіа. Коли вербальна та візуальна інформація (наприклад, розповідь та анімація) поєднуються під час навчання, студенти отримують користь від подвійного кодування (Paivio, 1986). Одночасна презентація допомагає учням формувати зв'язки між словами та зображеннями, оскільки вони знаходяться в оперативній пам'яті одночасно (Mayer, Moreno, Boire, & Vagge, 1999). Мультимедіа може полегшити навчання краще, ніж адаптація медіа до індивідуальних відмінностей студентів (Reed, 2006). Використовуючи різні медіа, вчителі збільшують ймовірність того, що принаймні один тип буде ефективним для кожного студента. Деякі навчальні пристрої, які допомагають мультимедійному навчанню, включають: текстові сигнали, які підкреслюють структуру змісту та його зв'язок з іншим матеріалом (Mautone & Mayer, 2001); персоналізовані повідомлення, які звертаються до студентів і змушують їх почуватися учасниками уроку (Mayer, Fennell, Farmer, & Campbell, 2004; Moreno & Mayer, 2000); надання учням можливості контролювати темп навчання (Mayer & Chandler, 2001); анімації, які включають рух і симуляції (Mayer & Moreno, 2002); можливість взаємодії з доповідачем на екрані (Mayer, Dow, & Mayer, 2003); проходження практичного тесту з матеріалу (Johnson & Mayer, 2009); і знайомство з людським, а не згенерованим машиною, доповідачем (Mayer, Sobko, & Mantone, 2003).

Максимальні переваги мультимедіа вимагають вирішення деяких логістичних та адміністративних питань. Інтерактивні можливості є дорогими для розробки та виробництва, хоча вони дуже ефективні (Moreno & Mayer, 2007). Витрати можуть перешкодити багатьом шкільним системам придбати компоненти. Інтерактивне відео може вимагати додаткового навчального часу, оскільки воно представляє більше матеріалу та вимагає більше часу від студентів. Але інтерактивні мультимодальні навчальні середовища надають великий потенціал для підвищення мотивації студентів (Scheiter & Gerjets, 2007). Більший обсяг контролю учнів, який можливий, дає кращі переваги для навчання та може сприяти саморегуляції (Azevedo, 2005b).

Незважаючи на потенційні проблеми, пов'язані з витратами та необхідними технологічними навичками, мультимедіа та гіпермедіа, здається, приносять користь навчанню студентів, і дослідження все більше показують, що ця технологія може допомогти розвинути саморегульоване навчання студентів (Azevedo, 2005a, 2005b; Azevedo & Cromley, 2004; Azevedo, Guthrie, & Siebert, 2004). Програми будуть продовжувати розроблятися в міру розвитку технологій (Roblyer, 2006). Необхідні подальші дослідження впливу мультимедіа на мотивацію та способи його поєднання з послідовністю набуття навичок саморегулювання (наприклад, соціальний вплив на самовплив; Zimmerman & Tsikalas, 2005).

Електронне навчання

Електронне навчання (e-learning) відноситься до навчання за допомогою електронних засобів. Цей термін часто використовується для позначення будь-якого типу електронної комунікації (наприклад, відеоконференції, електронна пошта); однак тут він використовується у вужчому сенсі інтернет-інструкцій (на основі Web).

Інтернет (міжнародна колекція комп'ютерних мереж) - це система спільних ресурсів, якою ніхто не володіє. Інтернет надає доступ до інших людей (користувачів) через електронну пошту та конференції (чати), файли та World Wide Web (WWW) - мультикомп'ютерний інтерактивний мультимедійний ресурс. Він також зберігає інформацію, яку можна копіювати для особистого використання.

Інтернет - чудовий ресурс для інформації, але відповідним питанням тут є його роль у навчанні. На перший погляд, Інтернет має переваги. Web-навчання надає студентам доступ до більшої кількості ресурсів за менший час, ніж це можливо традиційними способами; однак, більше ресурсів автоматично не означає кращого навчання. Останнє досягається лише тоді, коли студенти набувають нових навичок, таких як методи проведення досліджень з теми або критичне мислення щодо точності матеріалу в Інтернеті. Web-ресурси також можуть сприяти навчанню, коли студенти беруть інформацію з Інтернету та включають її в класні заняття (наприклад, навчання через відкриття).

Викладачі можуть допомогти розвинути інтернет-навички студентів за допомогою scaffolding (підтримки). Студентів слід навчити стратегіям пошуку (наприклад, способам використання браузерів), але викладачі також можуть провести початковий Web-пошук і надати студентам назви корисних веб-сайтів. Grabe and Grabe (1998) пропонують інші пропозиції.

Небезпека використання Інтернету студентами полягає в тому, що великий масив доступної інформації може прищепити віру в те, що все є важливим і надійним. Тоді студенти можуть займатися «асоціативним письмом», намагаючись включити занадто багато інформації у звіти та роботи. Оскільки електронне навчання допомагає навчити студентів навичкам аналізу та синтезу вищого рівня, вони набудуть стратегії визначення того, що є важливим, і об’єднання інформації в узгоджений продукт.

Дистанційне навчання (дистанційна освіта) відбувається, коли навчання, яке починається в одному місці, передається студентам в одному або кількох віддалених місцях. Інтерактивні можливості дозволяють двосторонньому зворотному зв'язку та обговоренням стати частиною навчального досвіду. Дистанційне навчання заощаджує час, зусилля та гроші, оскільки викладачам і студентам не потрібно здійснювати тривалі подорожі на заняття. Університети, наприклад, можуть набирати студентів з широкої географічної зони. Менше турбуються про те, що студенти долають великі відстані, щоб відвідувати заняття. Шкільні округи можуть проводити програми підвищення кваліфікації, передаючи інформацію з центрального сайту до всіх шкіл. Дистанційне навчання жертвує особистим контактом з викладачами, хоча, якщо використовується двостороннє інтерактивне відео, взаємодія відбувається в режимі реального часу (синхронно). У своєму огляді програм дистанційної освіти Bernard et al. (2004) виявили, що їхній вплив на навчання та утримання студентів можна порівняти з впливом традиційного навчання. Ефекти синхронного навчання були більш сприятливими для аудиторного навчання, тоді як дистанційна освіта була більш ефективною для асинхронних застосувань (з часовою затримкою).

Іншим мережевим застосуванням є електронна дошка оголошень (конференція). Люди, об'єднані в мережу за допомогою комп'ютерів, можуть публікувати повідомлення, але, що важливіше для навчання, можуть бути частиною дискусійної (чат) групи. Учасники ставлять запитання та піднімають питання, а також відповідають на коментарі інших. Значна кількість досліджень вивчала, чи сприяють такі обміни набуттю навичок письма (Fabos & Young, 1999). Чи сприяє цей асинхронний засіб телекомунікаційного обміну навчанню краще, ніж особиста взаємодія, є проблематичним, оскільки більшість досліджень суперечливі або непереконливі (Fabos & Young, 1999); однак огляд Bernard et al. (2004) показує, що дистанційна освіта може бути ефективнішою при асинхронному навчанні. Перевага телекомунікацій полягає в зручності, оскільки люди можуть відповідати в будь-який час, а не лише тоді, коли вони зібралися разом. Сприятливе середовище для сприйняття інформації може опосередковано сприяти навчанню.

Будучи формами комп'ютерно-опосередкованої комунікації (CMC), дистанційне навчання та комп'ютерні конференції значно розширюють можливості навчання через соціальну взаємодію. Необхідні подальші дослідження, щоб визначити, чи можуть особистісні характеристики учнів і типи навчального контенту впливати на навчання та мотивацію студентів.

Веб-орієнтоване (онлайн) навчання зазвичай включається в традиційне навчання як змішана модель навчання (тобто частина навчання відбувається особисто, а решта – онлайн). Веб-орієнтоване навчання також корисне в поєднанні з мультимедійними проєктами. У багатьох програмах підготовки вчителів майбутні вчителі використовують Інтернет для отримання ресурсів, а потім вибірково включають їх у мультимедійні проєкти як частину розробки уроків.

У своєму огляді онлайн-курсів Tallent-Runnels et al. (2006) виявили, що студентам подобається рухатися у власному темпі, студенти з більшим досвідом роботи з комп'ютером висловлювали більше задоволення, а асинхронна комунікація сприяла поглибленим дискусіям. Дистанційна освіта, яка включає взаємодію (студент–студент, студент–викладач, студент–контент), допомагає підвищити успішність студентів (Bernard et al., 2009). Інші типи взаємодії (наприклад, вікі, блоги) також можуть бути корисними. Впровадження мультимедійних презентацій у дистанційну освіту підвищує її персоналізацію і, таким чином, робить її більш схожою на особисте навчання (Larreamendy-Joerns & Leinhardt, 2006), що може підвищити мотивацію студентів.

Спроба порівняти онлайн-курси з традиційними є складною, оскільки існує так багато відмінностей, однією з яких є те, що на сьогоднішній день більшість онлайн-курсів зараховують переважно нетрадиційних і білих американських студентів. Ця демографічна ситуація зміниться, оскільки онлайн-курси стануть більш поширеними, що дозволить краще оцінити результати онлайн-навчання та екологічні характеристики, які сприяють навчанню.

З наведених вище доказів ми можемо зробити висновок, що технології можуть покращити навчання. Порівняти технологічно покращене навчання зі звичайним навчанням важко, і порівняння можуть дати оманливі результати (Оппенгеймер, 1997). Жоден навчальний засіб не є послідовно кращим за інші, незалежно від змісту, учнів чи обстановки (Кларк і Саломон, 1986). Технології не є причиною навчання; скоріше, це засіб застосування принципів ефективного навчання та викладання.

Кларк і Саломон (1986) рекомендували дослідникам визначити умови, за яких комп’ютери сприяють навчанню та викладанню. Це залишається правдою і сьогодні, і це можна сказати про технології загалом. Використання технологій має залежати від навчальних цілей. Хоча технології мають потенціал для сприяння досягненню різних навчальних цілей, вони можуть бути не найкращим способом заохочення взаємодії студентів через навчання однолітків, групові дискусії чи спільне навчання.

Необхідні додаткові дослідження, які б оцінювали ефективність комп’ютерних навчальних середовищ і дистанційного навчання. Деякі дослідження показують, що комп’ютерне розв’язання задач є диференційно ефективним для студентів чоловічої та жіночої статі (Літтлтон, Лайт, Джойнер, Мессер і Барнс, 1998). Дослідження гендерних та етнічних відмінностей має бути дослідницьким пріоритетом.

Ще одна сфера, яка потребує уваги, — це мотиваційний вплив технологій на вчителів і учнів (Ертмер, 1999; Леппер і Гуртнер, 1989). Леппер і Мелоун (1987) зазначили, що комп’ютери можуть зосереджувати увагу на завданні за допомогою мотиваційних покращень, підтримувати рівень збудження на оптимальному рівні та спонукати студентів займатися інформаційною обробкою, спрямованою на завдання, а не зосереджуватися на невідповідних аспектах завдання. Ідея полягає в тому, що ефективні мотиваційні принципи можуть покращити глибоку (а не поверхневу) обробку (Хупер і Ханнафін, 1991).

Прогнозувати майбутнє технологій в освіті складно. Кілька років тому мало хто міг передбачити, що ноутбуки замінять настільні комп’ютери або що портативні пристрої з часом можуть замінити ноутбуки. Оскільки технології стають більш складними, вони запропонують набагато ширший спектр навчальних можливостей (Браун, 2006). Ми зможемо отримувати та створювати знання новими, складними способами. Дослідження вивчатимуть вплив цих розробок на навчання студентів, а також ефективні способи впровадження технологій у навчання.

Ймовірні захопливі події в кількох напрямках (Роблієр, 2006). Бездротове підключення зараз є звичайним явищем, що значно розширює зручність використання ноутбуків у навчанні. Бездротовий зв’язок і портативність пристроїв (наприклад, ноутбуків, портативних пристроїв) допомагають викладачам впроваджувати технології в навчання. Злиття технологій триватиме (наприклад, мобільні телефони, які можуть виконувати кілька функцій), що зрештою може призвести до того, що студентам знадобиться мінімальне обладнання для виконання різних програм. Технологічні досягнення й надалі покращуватимуть доступність для людей з обмеженими можливостями, а допоміжні технології ставатимуть все більш поширеними в школах. Можливості дистанційної освіти та онлайн-навчання збільшаться. Сьогодні у нас є віртуальні університети та середні школи, які можуть бути розширені до більш ранніх рівнів (наприклад, середні, початкові класи). Нарешті, оскільки зручність технологій продовжує покращуватися, ми можемо побачити поступовий відхід від традиційного навчання до моделі, що містить менше класних занять і більше електронних комунікацій.

На базовому дослідницькому рівні дослідження штучного інтелекту (ШІ) можуть надати важливі відомості про людське навчання, мислення та розв’язання задач. Штучний інтелект — це комп’ютерні програми, які імітують людські здібності робити висновки, оцінювати, міркувати, розв’язувати задачі, розуміти мовлення та навчатися (Траппл, 1985). Джон Маккарті ввів цей термін у 1956 році як тему конференції.

Експертні системи є застосуванням ШІ. Експертні системи — це великі комп’ютерні програми, які надають знання та процеси розв’язання задач одного або кількох експертів (Андерсон, 1990; Фішлер і Фіршейн, 1987). Аналогічно людським консультантам, експертні системи застосовуються в різних галузях, таких як медицина, хімія, електроніка та право. Експертні системи мають велику базу знань, що складається з декларативних знань (факти) та процедурних знань (система правил, що використовуються для виведення висновків). Інтерфейс ставить запитання користувачам і дає рекомендації або рішення. Загальним застосуванням експертних систем є навчання шляхом надання експертизи студентам. Навчання часто використовує кероване відкриття; студенти формулюють і перевіряють гіпотези та відчувають наслідки.

Майбутні експертні системи будуть застосовуватися до ширшого кола областей. Одним із завдань є покращення можливостей систем розуміти природні мови, особливо мовлення. Хоча експертні системи можуть виконувати завдання розпізнавання образів, більшість із цих завдань передбачають лише візуальні стимули. Але системи розпізнавання голосу продовжують вдосконалюватися. Використання допоміжних технологій в освіті розширюється, оскільки студенти з обмеженими можливостями якомога більше інтегруються в звичайне класне навчання. Експертні системи повинні розширити можливості комп’ютерів, щоб вони були доступні для всіх учнів (наприклад, слухові, зорові, множинні вади).

ШІ відкриває захопливі можливості для допомоги нам у розумінні процесів людського мислення. Цей додаток передбачає програмування комп’ютерів з певними знаннями та правилами, які дозволяють їм змінювати та набувати нові знання та правила на основі досвіду. У навчанні поняттям, наприклад, комп’ютер може бути запрограмований за допомогою елементарного правила, а потім піддаватися впливу прикладів і неприкладів поняття. Програма змінює себе, зберігаючи нову інформацію в пам’яті та змінюючи своє правило. Навчання також може відбуватися в результаті ознайомлення з історіями хвороби. Комп’ютер можна запрограмувати фактами та історіями хвороби. Коли комп’ютер аналізує ці історії, він змінює свою пам’ять, щоб включити етіологію, симптоми та перебіг хвороби. Коли комп’ютер набуває великої бази знань про конкретну хворобу, він може діагностувати майбутні випадки з точністю.