Bilişsel yük

Bilişsel psikolojide, bilişsel yük, birim zamanda çalışma belleği kaynaklarının ne derecede kullanıldığını ifade eder. Üç tür bilişsel yük bulunur. Asıl bilişsel yük, öğrenenin bir konuyu öğrenirkenki çalışma belleği kullanımı ifade eder. Konu dışı bilişsel yük, bilgi veya görevlerin öğrenene sunulma şeklinin ve öğrenenin bunlarla etkileşimlerini ifade eder. Son olarak etkili bilişsel yük, kalıcı bir bilgi deposu (bir şema) yaratmak için yapılan çalışmayı ifade eder.

Bilişsel yük teorisi, 1980'lerin sonlarında John Sweller tarafından problem çözme çalışmasından geliştirildi. Sweller, öğretim tasarımının öğrenenlerdeki bilişsel yükü azaltmak için kullanılabileceğini savundu. İleri tarihlerde diğer araştırmacılar, bilişsel yükün göstergesi olan algılanan zihinsel çabayı ölçmek için bir yol geliştirdiler. Göreve bağlı gözbebeği tepkisi doğrudan işleyen bellekle ilgili olan bilişsel yükün güvenilir ve hassas bir ölçümüdür. Bilgi uzun süreli bellekte ancak dikkat edildikten ve çalışma belleğinde işlendikten sonra saklanabilir. Ancak çalışma belleği hem kapasite hem de süre açısından son derece sınırlıdır. Bu sınırlamalar, bazı koşullar altında öğrenmeyi engelleyebilir. Ağır bilişsel yükün, görevin tamamlanması üzerinde olumsuz etkileri olabilir ve bilişsel yük deneyiminin herkeste aynı değildir. Örneğin yaşlılar, öğrenciler ve çocuklar farklı ve sıklıkla daha yüksek miktarlarda bilişsel yükle karşılaşırlar.

Bilişsel yük teorisinin temel ilkesi, işleyen belleğin rolüne ve sınırlamalarına daha fazla önem verilirse öğretim tasarımının kalitesinin artacağıdır. Öğrenciler, özellikle cep telefonu kullanımından kaynaklanan artan dikkat dağınıklığı ile, akademik başarıyı azaltabilecek yüksek bilişsel yük yaşamaya daha yatkındır.

Bilişsel yük kuramı 
"Bilişsel yük kuramı, entelektüel performansı optimize eden öğrenci etkinliklerini teşvik edecek şekilde bilginin sunumuna yardımcı olmayı amaçlayan yönergeler sağlamak üzere tasarlanmıştır". Sweller'ın teorisi, öğrenim sırasında öğrenme üzerindeki eş zamanlı çalışma belleği yükünün doğal sınırlamalarını vurgulamak için bilgi işleme teorisinin yönlerini kullanır. Şema, öğretim materyallerinin tasarımı için birincil analiz birimi olarak kullanır.

Tarihi 
Bilişsel yük teorisinin tarihi, 1950'lerde bilişsel bilimin başlangıcına ve GA Miller'ın çalışmasına kadar uzanır. Klasik makalesinde  Miller, işleyen bellek kapasitemizin içsel sınırları olduğunu öne süren belki de ilk kişiydi. Deneysel sonuçları, insanların kısa süreli bellekte genellikle yalnızca yedi artı veya eksi iki birim bilgi tutabildiğini ileri sürdü. Ve 1970'lerin başında, Simon ve Chase  insanların kısa süreli bellekte bilgiyi nasıl düzenleyebileceklerini açıklamak için "yığın" terimini ilk kullananlardı. Bellek bileşenlerinin bu gruplaşması, şema inşası olarak da tanımlanmıştır.

1980'lerin sonlarında John Sweller, problem çözme üzerinde çalışırken bilişsel yük teorisini (BYT) geliştirdi. Öğrencileri problemleri çözerken inceleyen Sweller ve arkadaşları, öğrencilerin genellikle araç-amaç analizi adı verilen bir problem çözme stratejisi kullandıklarını buldu. Ardından, araç-amaç analizi yoluyla problem çözmenin, şema inşasına ayrılamayabilecek nispeten büyük miktarda bilişsel işlem kapasitesi gerektirdiğini öne sürdü. Sweller, öğretim tasarımcılarının problem çözmeyi içermeyen öğretim materyalleri tasarlayarak bu gereksiz bilişsel yükün önüne geçmesi gerektiğini savundu.

1990'larda bilişsel yük teorisi çeşitli bağlamlarda uygulandı. Bu çalışmalardan elde edilen ampirik sonuçlar, çeşitli öğrenme etkilerinin gösterilmesine yol açmıştır: tamamlama-sorun etkisi; modalite etkisi ; ayrık dikkat etkisi ; çalışılan örnek etkisi ; ve uzmanlığı tersine çevirme etkisi .

Bilişsel yük türleri 
Bilişsel yük teorisi, öğretim tasarımcıları için genel bir çerçeve sağlar ve onların bir ortamda veya daha genel olarak çoğu öğretim materyalinde öğrenme koşullarını kontrol etmesine izin vererek öğretim tasarımı için geniş uygulamalar sunar. Spesifik olarak, öğretim tasarımcılarının öğretme sırasında konu dışı bilişsel yükü azaltmasına ve böylece öğrenicinin dikkatini etkili materyallere yeniden odaklamasına ve böylece etlkili bilişsel yükü artırmasına yardımcı olan deneysel temelli yönergeler sağlar. Bu teori üç tür bilişsel yüke ayrılır: asıl bilişsel yük, etkili bilişsel yük ve konu dışı bilişsel yük.

Asıl bilişsel yük 
Asıl bilişsel yük, belirli bir öğretim konusuyla ilişkili doğal zorluk seviyesidir. Terim ilk olarak 1990'ların başında Chandler ve Sweller tarafından kullanılmıştır. Onlara göre, tüm talimatların kendileriyle ilişkili doğal bir zorluğu vardır (örneğin, bir diferansiyel denklemi çözmeye karşı 2 + 2'nin hesaplanması). Bu doğal zorluk bir eğitmen tarafından değiştirilemez. Bununla birlikte, birçok şema bireysel "alt şemalara" bölünebilir ve daha sonra tekrar bir araya getirilmek ve birleşik bir bütün olarak tanımlanmak üzere ayrı ayrı öğretilebilir.

Konu dışı bilişsel yük 
Konu dışı bilişsel yük, bilginin öğrenicilere sunulma şekliyle ilişkilidir ve öğretim tasarımcılarının kontrolü altındadır. Bu yük, öğretim materyallerinin tasarımına atfedilebilir. Konu dışı yükü işlemek için kaynakları kullanan tek bir sınırlı bilişsel kaynak olduğundan, asıl yükü ve etkili yükü işlemek için mevcut kaynakların sayısı azalır. Bu nedenle, özellikle asıl ve/veya etkili yük yüksek olduğunda (yani, bir problemin zor olduğu durumlarda), malzemeler, konu dışı bilişsel yükü azaltacak şekilde tasarlanmalıdır.

Örneğin, bir öğreniciye bir kareyi tanımlamanın iki olası yolu olduğunda, konu dışı bilişsel yükten söz edilebilir.  Kare bir şekildir ve şekilsel bir ortam kullanılarak tanımlanmalıdır. Bir eğitmen bir kareyi sözlü olarak da tanımlayabilir, ancak bir öğreniciye bir kare görsel olarak sunulduğunda bunu anlamak çok daha az çaba gerektirir. Bu durumda, görsel ortamın verimliliği tercih edilir ve öğreniciyi gereksiz derecede bilişsel yükün altına sokmaktan kaçınılır .

Chandler ve Sweller, konu dışı bilişsel yük kavramını buldular. Yayımladıkları makale, çalışan bellek yükünü araştırmak için yaptıkları altı deneyin sonuçlarını bildirmek için yazılmıştı. Bu deneylerin çoğu, bölünmüş dikkat etkisini gösteren materyalleri içeriyordu. Araştırmaları sonucunda öğretim materyallerinin formatının ya öğrenmeyi desteklediğini ya da sınırlandırdığını buldular. Performanstaki farklılıkların, öğretim formatının dayattığı bilişsel yükün daha yüksek seviyelerinden kaynaklandığını öne sürdüler. "Konu dışı bilişsel yük", gereksiz bilişsel yük için kullanılan bir terimdir.

Etkili bilişsel yük 
Etkili bilişsel yük, şemaların işlenmesi, oluşturulması ve otomasyonudur. İlk olarak 1998 yılında Sweller, Van Merriënboer ve Paas tarafından tanımlanmıştır. Asıl bilişsel yükün genellikle değişmez olduğu düşünülürken (karmaşık materyali bölümlere ayırarak ve sıralayarak karmaşıklığı yönetmek için teknikler uygulanabilse de), öğretim tasarımcıları konu dışı ve etkili yükü manipüle edebilir. Bunu yaparken konu dışı yükü sınırlamaları ve etkili yükü arttırmaları önerilir.

Sweller, Van Merriënboer ve Paas'ın 1998 tarihli makalesine kadar, bilişsel yük teorisi öncelikle konu dışı bilişsel yükün azaltılmasına odaklanmıştı. Bu makale ile, bilişsel yük araştırmacıları, artık şema inşasına (etkili yük) odaklanmak için, konu dışı yükü yeniden yönlendirmek için talimatı yeniden tasarlamanın yollarını aramaya başladılar. Bu nedenle, öğretim tasarımcıları için "konu dışı bilişsel yükü azaltmak ve öğrencilerin dikkatini şemaların inşasıyla doğrudan ilgili olan bilişsel süreçlere yönlendirmek" çok önemlidir.

Ölçüm 
Paas ve Van Merriënboer , araştırmacıların, bilişsel yükün bir indeksi olan algılanan zihinsel çabayı ölçmelerine yardımcı olan bir yapı geliştirdi (göreceli koşul verimliliği olarak bilinir). Bu yapı, hem zihinsel çaba derecelendirmelerini hem de performans puanlarını hesaba katarak, öğretim koşullarını karşılaştırmanın nispeten basit bir yolunu sağlar. Göreceli koşul verimliliği, standartlaştırılmış zihinsel çabanın standart performanstan çıkarılması ve ikinin kareköküne bölünmesiyle hesaplanır.

Paas ve Van Merriënboer, üç öğretim koşulunu (çalışılmış örnekler, tamamlama problemleri ve keşif uygulaması) karşılaştırmak için bağıl koşul verimliliğini kullandı. Çalışılan örnekleri inceleyen öğrenicilerin en verimli olduğunu, ardından problem tamamlama stratejisini kullananların geldiğini buldular. Bu çalışmadan bu yana, diğer birçok araştırmacı, öğrenme ve öğretimle ilgili olduğu için bilişsel yükü ölçmek için bu ve diğer yapıları kullandı.

Bu ergonomik yaklaşım, bilişsel yükün nicel bir nörofizyolojik ifadesini oluşturmaya çalışır ve bunu da yaygın araçları kullanarak ölçmeye çalışır (örneğin tansiyon aleti).

Göreve bağlı gözbebeği tepkisi, işleyen bellek üzerindeki bilişsel yükü doğrudan yansıtan bir ölçüm biçimidir. Gözbebeği genişlemesi yüksek bilişsel yük ile ilişkili bulunurken; gözbebeği daralması, düşük bilişsel yük olduğunda ortaya çıkar. Göreve bağlı gözbebeği tepkisi, çalışma belleği ile doğrudan bir ilişki gösterir ve bu da onu öğrenmeyle alakasız bir şekilde saf olarak bilişsel yükün etkili bir ölçümü haline getirir.

Bazı araştırmacılar bilişsel yükün farklı ölçümlerini karşılaştırmışlardır. Örneğin, Deleeuw ve Mayer (2008)  bilişsel yükün yaygın olarak kullanılan üç ölçüsünü karşılaştırmış ve bunların konu dışı, asıl ve etkili yüke farklı şekillerde tepki verdiğini bulmuşlardır.

Bilişsel yüke işaret eden göz hareketleri ve gözbebeği tepkileri incelenirken şunlara bakılır:

 gözbebeği çapı ortalaması
 gözbebeği çapı sapması
 bakışın sabitlenme sayısı > 500 milisaniye
 göz gezdirme hızı
 gözbebeğinin büyüyüp küçülmesi

İşleme kapasitesinde bireysel farklılıklar 
Bireylerin işleme kapasitelerinde sistematik olarak farklılık gösterdiğine dair bazı kanıtlar bulunmuştur. Örneğin, acemiler ve uzmanlar arasında işleme kapasitelerinde bireysel farklılıklar vardır. Uzmanlar, görevle ilişkili bilişsel yükü azaltan daha fazla bilgi veya deneyime sahiptir. Acemiler bu deneyime veya bilgiye sahip değildir ve bu nedenle daha ağır bilişsel yüke sahiptir.

Bir diğer teori de yoksulluğun bilişsel yükü artırabileceği yönünde. Eldeki görev veya görevin çözümünde kullanılan süreçler ne olursa olsun, yoksulluk yaşayan insanlar daha yüksek bilişsel yük yaşarlar. Orta ve üst sınıf insanlarda bulunmayan, düşük sosyoekonomik statüye sahip kişilerde bilişsel yüke bir dizi faktör katkıda bulunur.

Bireylerin işlem kapasitesini belirlemek, bireylere verilen talimatların düzenlenmesinde (veya davranışlarını tahmin etmede) son derece yararlı olabilir. Buna göre, bellek yükünü hesaplayarak bireylerin bilişsel süreçleri daha etkili bir şekilde yönetilebilir.

Ağır bilişsel yükün etkileri 
Ağır bir bilişsel yük, görevde hata veya bir tür karışıklık yaratır. Ayrıca, ağır bir bilişsel yük stereotiplemeyi artırabilir. Stereotipleme, daha ağır bilişsel yük ile sıklığı artan Temel Yükleme Hatasının bir uzantısıdır. Bilişsel yük ve uyarılma kavramları, sosyal kolaylaştırmanın "Aşırı Yük Hipotezi" açıklamasına katkıda bulunur. Bu hipotez, bir izleyicinin varlığında, insanlar karmaşık görevlerde daha kötü performans gösterme eğilimini ifade eder (oysa kolay görevlerde üstün olma eğilimindedirler).

Alt popülasyon çalışmaları

Yaşlılar 
Ağır bilişsel yük tehlikesi yaşlı popülasyonda görülmektedir. Yaşlanma, daha yüksek bilişsel yüke sebep olabilecek çalışma belleğinin verimliliğinde düşüşlere neden olabilir. Ağır bilişsel yük ile kütle merkezinin kontrolü arasındaki ilişki, yaşlı popülasyonda büyük ölçüde ilişkilidir. Yaşlı bireylerde bilişsel yük arttıkça kütle merkezindeki salınım artar. Başka bir çalışma, vücut sallanması ve bilişsel işlev arasındaki ilişkiyi ve bunların çoklu görev sırasındaki ilişkilerini inceledi ve dengedeki bozuklukların bilişsel görevdeki performansta düşüşe yol açtığını buldu. Yani ağır bilişsel yük, yaşlılarda dengeyi bozabilir veya tam tersi, artan denge ihtiyacı bilişsel yükü artırabilir.

Üniversite öğrencileri 
Sınıfta dizüstü bilgisayarların yaygın olarak kabul görmesiyle birlikte, okullarda artan bilişsel yük mevcut. Facebook ve diğer sosyal medya mecralarının kullanımıyla birlikte, çoklu görevleri yürütmek öğrencilerin sınıftaki performansına zarar veriyor. Çünkü birçok bilişsel kaynak mevcut olduğunda, bir görevden diğerine geçme olasılığı yüksektir ve bu geçiş optimal bir şekilde gerçekleşmez. Örnek olarak bir çalışmada, hem yoğun Facebook kullanıcıları olan öğrenciler hem de onların yanında oturan öğrenciler sınıfta düşük performans gösterdi ve daha düşük not ortalaması ile sonuçlandı.

Çocuklar 
İngiliz psikologlar Alan Baddeley ve Graham Hitch, çalışma belleğinin bileşenlerinin 6 yaşında devreye girdiğini öne sürdüler. Ancak, yetişkin ve çocukların bilgi miktarı arasında açık bir fark vardır ve bu farklar işleme verimliliğindeki gelişimsel artışlardan kaynaklanmaktadır. Çocuklar genel olarak bilgiden yoksundur ve çocuklarda artan bilişsel yük yaratan da budur. Yoksul ailelerdeki çocuklar, öğrenme ortamlarında genellikle orta sınıf ailelere göre daha fazla bilişsel yük yaşarlar.  Bu çocuklar, ebeveynleri genellikle örgün eğitim almadıkları için okul kavramlarını duymaz, konuşmaz veya öğrenmezler. Bu kavramları öğrenmeleri söz konusu olduğunda ise, sayılar, kelimeler ve kavramlarla ilgili deneyim eksikliği bilişsel yüklerini artırır.

Çocuklar büyüdükçe daha üstün temel süreçler ve kapasitelerin yanı sıra, kendi bilişsel etkinliklerini anlamalarına yardımcı olan üst biliş geliştirirler ve deneyimleri yoluyla daha fazla içerik bilgisi kazanırlar. Bu öğeler, çocuklar büyüdükçe bilişsel yükün azaltılmasına yardımcı olur.

Jest, çocukların konuşurken bilişsel yükü azaltmak için kullandıkları bir tekniktir. El hareketi yaparak, diğer görevler için çalışan bellekte yer açabilirler. İşaret etme, bir çocuğun işaret ettiği nesneyi onun en iyi temsili olarak kullanmasına izin verir; bu, bu temsili çalışma belleğinde tutmaları gerekmediği anlamına gelir, böylece bilişsel yüklerini azaltır. Ek olarak, olmayan bir nesneyi işaret etmek, onu zihinlerinde canlandırmanın zorluğunu azaltır.

Somutlaştırma ve etkileşim 
Bedensel aktivite, bu aktivitenin nasıl uygulandığına bağlı olarak öğrenmeye hem avantajlı hem de zararlı olabilir. Bilişsel yük teorisyenleri, bilişsel yük kuramını somutlaştırılmış biliş araştırmalarından elde edilen içgörülerle daha uyumlu hale getiren güncellemeler talep ettiler. Sonuç olarak, Somut Bilişsel Yük Teorisi, öğrenme ortamlarında etkileşimli materyallerin kullanışlılığını kanıtlamanın bir yolu olarak önerilmiştir. Bu çerçevede, öğrenme sonuçlarını artırmak için somutlaştırılmış bir etkileşim modu için etkileşimli bir özelliğin (daha kolay bilişsel işleme gibi) faydalarının bilişsel maliyetlerini (motor koordinasyon gibi) aşması gerekir.

Sürüş ve pilotajda uygulamalar 
Kokpit içindeki ikincil görevlerin artmasıyla birlikte bilişsel yük tahmini hem otomotiv sürücüleri hem de pilotlar için önemli bir sorun haline geldi. Bu problem, uyuşukluk tespiti, dikkat dağınıklığı tespiti vb. çeşitli isimler altında araştırılmıştır. Otomotiv sürücüleri için araştırmacılar, kalp hızı, yüz ifadesi,  oküler parametreler  ve benzeri gibi çeşitli fizyolojik parametreleri  keşfettiler. Havacılıkta, çeşitli fizyolojik parametreler kullanılarak pilotların dikkat ve dikkat dağınıklığının analizine yönelik çok sayıda simülasyon çalışması bulunmaktadır. Askeri hızlı jet pilotları için, araştırmacılar havadan yere dalış saldırılarını araştırarak kardiyak, EEG  ve oküler parametreleri kaydeder.

Kaynaklar

Konuyla ilgili yayınlar

Dergi özel sayıları 
Bilişsel yük teorisi hakkında daha fazla bilgi edinmek isteyenler için bu dergileri ve bu dergilerin özel sayılar faydalı olabilir:

 Educational Psychologist, vol. 43 (4) 
 Applied Cognitive Psychology vol. 20(3) (2006)
 Applied Cognitive Psychology vol. 21(6) (2007)
 ETR&D vol. 53 (2005)
 Instructional Science vol. 32(1) (2004)
 Educational Psychologist vol. 38(1) (2003)
 Learning and Instruction vol. 12 (2002)
 Computers in Human Behavior vol. 25 (2) (2009)

Ergonomi standartları için bakınız:

 ISO 10075-1:1991 Ergonomic Principles Related to Mental Workload – Part 1: General Terms and Definitions
 ISO 10075-2:1996 Ergonomic Principles Related To Mental Workload – Part 2:  Design Principles
 ISO 10075-3:2004 Ergonomic Principles Related To Mental Workload – Part 3: Principles And Requirements Concerning Methods For Measuring And Assessing Mental Workload
 ISO 9241 Ergonomics of Human System Interaction

Pedagoji
Öğrenme
Eğitim teknolojisi
Eğitim psikolojisi
Biliş
Bilişsel psikoloji
Dikkat
Psikoloji
İncelenmemiş çeviri içeren sayfalar