Когнитивные технологии в образовании

— ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ —

УДК 378:004 Е. А. Бершадская, М. Е. Бершадский

КОГНИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ

В статье кратко описаны результаты когнитивных исследований и основные направления их применения в образовании. Выделены три ведущие идеи: когнитивной визуализации дидактических объектов и процессов; полимодальности восприятия и перекодировании информации; визуальной схематизации и логического структурирования содержания обучения. Приведены примеры применения идей когнитивной психологии в учебном процессе. Описаны особенности когнитивных технологий обучения, основанных на визуализации результатов когнитивных процессов, происходящих у обучающихся при усвоении содержания обучения. Рассмотрены методы представления информации в виде ассоциативных и семантических сетей. Обсуждены педагогические возможности применения технологий визуализации когнитивных процессов для формирования информационной, когнитивной и профессиональной компетентности обучающихся.

Ключевые слова: когнитивная психология, когнитивные образовательные технологии, метод интеллект-карт, метод карт понятий, искажение информации, когнитивные схемы, информационная и когнитивная компетентность, когнитивное развитие.

E. A. Bershadskaya, M. E. Bershadskij Cognitive Technologies in Education

This article briefly describes the results of cognitive research and the basic directions of their use in education. Are allocated three leading ideas: cognitive visualization of didactic objects and processes; polymodal perception and transcoding information; visual schematic and logical structuring of learning content.Are given examples of applying the ideas of cognitive psychology in the educational process. Describes the features of cognitive technologies for learning based on visualization of results of cognitive processes among students in the assimilation of the learning content.Are considered the methods of presenting information in the form of associative and semantic networks. Discussed educational opportunities of using educational technology imaging of cognitive processes, to form informational, cognitive and professional competence of students.

Keywords: cognitive psychology, cognitive educational technology, method, mind maps, method maps of concepts, the distortion of information, cognitive schemas, information and cognitive competence, cognitive development.

БЕРШАДСКАЯ Елена Александровна - к. п. н., доцент кафедры развития образования ФГАОУ ДПО АПК и ППРО.

E-mail: mbershadskij@yandex.ru

БЕРШАДСКИЙ Михаил Евгеньевич - к. п. н., профессор кафедры развития образования ФГАОУ ДПО АПК и ППРО.

E-mail: mbershadskij@yandex.ru

BERSHADSKAYA Elena Aleksandrovna - Candidate of Pedagogic Sciences, Associate Professor of the Department of Education Development FSAEE CPE Academy of Continuing Education, Moskow. E-mail: mbershadskij@yandex.ru

BERSHADSKIJ Michael E. - Candidate of pedagogic Sciences, Professor, Department of Education Development FSAEE CPE Academy of Continuing Education, Moskow. E-mail: mbershadskij@yandex.ru

Группу ведущих технологий, определяющих развитие современного общества, обозначают известной аббревиатурой БНИК (био-, нано-, информационные, когнитивные технологии). Иногда к ней ещё добавляют букву С, символизирующую социальные технологии, хотя прогресс в этой области далеко не так очевиден. Средства массовых коммуникаций в основном уделяют внимание первым трём технологическим направлениям, о когнитивных технологиях говорят и пишут значительно меньше, хотя именно в этой области совершаются удивительные открытия, способные кардинально изменить человеческую жизнь.

Когнитивные технологии возникли на стыке исследований в области когнитивной психологии, искусственного интеллекта, нейрофизиологии, инженерии знаний, психолингвистики и психосемантики. В результате синтеза этих исследований возникло междисциплинарное научное направление, называемое когнитивной наукой. Один из наиболее впечатляющих результатов в когнитивных исследованиях достигнут в области нейрофизиологии. Благодаря использованию естественнонаучных методов изучения мозга, основанных на магнитно-резонансной и позитронно-эмиссионной томографии, удалось достаточно точно картировать мозг, т. е. определить те его участки, которые ответственны за хранение разных видов информации. Обнаружение активации какого-либо участка позволяет выяснить, о чём думает человек и передать эту информацию исполнительным устройствам для осуществления нужного действия. Это позволило осуществить мысленный набор текста на экране компьютера, помочь парализованным людям мысленно управлять работой обслуживающих приборов, операторам - управлять движением механизмов или обучать роботов. Усилием мысли можно научиться управлять протезами, синтезатором голоса, можно снабдить слепых людей датчиками, передающими изображение в мозг. Недалеко то время, когда мозг человека сможет прямо подключаться к искусственным хранилищам информации.

Отдельно следует упомянуть методы синдромного анализа, разработанные А. Р. Лурия [9] в рамках созданного им нейропсихологического направления в психологии. С помощью специально разработанной батареи тестов можно определить наличие или отсутствие мозговых дисфункций у детей с трудностями в обучении, раскрыть нейрофизиологические причины задержки или отклонения в развитии высших психических функций и разработать комплекс двигательных и когнитивных упражнений для коррекции выявленных проблем.

Существующая сейчас система образования пока далека от применения упомянутых выше когнитивных технологий, но нужно знать об их существовании и уже сейчас задумываться о решении тех проблем, которые неизбежно появятся при их внедрении.

В настоящее время в отечественной педагогике разрабатываются несколько научных направлений, реализующих некоторые идеи когнитивного обучения. В основном исследуются возможности проектирования учебного процесса на основе трёх взаимосвязанных идей: когнитивной визуализации дидактических объектов и процессов; полимодальности восприятия и перекодировании (перевода из одной модальности в другую) информации; визуальной схематизации и логического структурирования содержания обучения.

Среди конкретных разработок можно выделить модели учебного процесса, построенные на основе некоторых из перечисленных выше идей. Хотя большинство авторов прямо не ссылаются на результаты исследований в области когнитивных наук, однако по решениям, предлагаемым для организации учебного процесса, видно, что они принадлежат к когнитивному обучению:

1. Образовательная технология на основе квантованных учебных текстов и заданий в тестовой форме (В. С. Аванесов) [1].

2. Методы сгущения учебной информации (А. А. Остапенко) [6].

3. Логико-смысловые модели, дидактические многомерные инструменты (В.Э. Штейн-берг) [13].

4. Образовательная технология на основе фреймового представления знаний (Р. В. Гурина, Е. Е. Соколова) [7].

5. Представление информации на основе структурно логических схем (очень популярная идея, над практической реализацией которой работает множество педагогов; автором метода,

по-видимому, является Д. Озьюбелл [14], предложивший в 1960 г. использовать для отображения учебной информации теорию семантических сетей).

6. Моделирование дидактических объектов на основе когнитивной визуализации (Н. Н. Манько) [8].

7. Природосообразная технология обучения чтению (А. М. Кушнир) [11].

8. ТРИЗ-педагогика (А. А. Гин, Н. Н. Хоменко, А. А. Нестеренко [12]). Хотя исследования в области ТРИЗ-педагогики прямо не связаны с когнитивной психологией, однако обучающие модели ТРИЗ (системный оператор, модель эффекта, модель взаимодействия, методы разрешения противоречий и т. д.) можно рассматривать как эффективные когнитивные инструменты, позволяющие успешно разрешать проблемы.

9. Гипертекст - технология представления информации на основе ассоциативных связей и семантической связности её элементов, представленных в тексте явно в виде перекрёстных ссылок. Активно используется при создании WEB-страниц для организации направленного поиска в Интернете.

Все перечисленные выше дидактические концепции, методы и технологии могут быть адаптированы к применению на разных ступенях обучения, начиная от школы и заканчивая системой дополнительного профессионального образования. Они могут быть использованы и для организации дистанционного образования, включая и его современные формы - электронное и мобильное обучение, которые в настоящее время рассматриваются как эффективные формы обучения, обеспечивающие получение качественного доступного образования.

Когнитивные образовательные технологии могут предложить эффективные решения, позволяющие существенно улучшить как качество информации, передаваемой обучающимся, так и предложить им систему заданий, обеспечивающих её глубокую переработку. Особое внимание следует уделить методам получения обратной информации об усвоении содержания обучения, так как при любом информационном обмене неизбежно происходят потери и искажения, имеющие когнитивные причины.

Когнитивные схемы элементов научного знания, сформированные в сознании каждого обучающегося, должны содержать только их необходимые и достаточные признаки. Решение этой задачи осложняется тем, что большая часть случайных признаков, входящих в состав индивидуальных когнитивных схем и искажающих их, активируются на подсознательном уровне, поэтому их выявление в процессе обучения представляет серьёзную проблему.

Для организации обучения, основанного на коррекции когнитивного искажения информации, возникающего в учебном процессе, на кафедре развития образования АПК и ППРО разработаны три когнитивные образовательные технологии:

• когнитивная технология обучения (автор М. Е. Бершадский [3]);

• технология визуализации ассоциативных связей, основанная на методе интеллект-карт (автор Е. А. Бершадская [2]);

• технология визуализации семантических отношений, основанная на методе карт понятий (автор М. Е. Бершадский [4]).

Данные технологии предметно независимы, т. е. могут быть применены для изучения любого содержания на любых ступенях образования, начиная с детского сада и заканчивая образованием взрослых.

Рассмотрим технологии визуализации, основанные на методах интеллект-карт и карт понятий.

Обе технологии позволяют преподавателю в режиме реального времени наблюдать за процессами извлечения обучающимися информации из изучаемых текстов. Это позволяет сразу определять наличие когнитивных искажений и корректировать их, предлагая обучающимся дополнительные задания. Таким образом, преподаватель получает непрерывную обратную связь, необходимую для управления познавательным процессом. Интеллект-карты и карты понятий строятся с использованием специальных компьютерных программ, что делает их удобным инструментом для реализации электронного и мобильного обучения. Оба метода позволяют совершенствовать приоритетную в современных условиях информационного общества когнитивную компетентность обучающихся.

Метод интеллект-карт является мощным когнитивным инструментом, применение которого позволяет резко повысить эффективность интеллектуальной деятельности каждого слушателя:

• улучшить навыки систематизации и структурирования информации;

• научиться быстро перерабатывать большие массивы информации;

• повысить ясность, глубину и точность мышления за счёт овладения обобщёнными когнитивными схемами представления различной информации;

• улучшить некоторые виды оперативной и долговременной памяти (вербальную, образную, эмоциональную);

• развить творческие способности;

• усовершенствовать умения, связанные с порождением информации (подготовка докладов, написание статей, планирование работы, выполнение проектов и т. д.).

В качестве примера, демонстрирующего возможность успешного решения первой из указанных выше задач, приведём интеллект-карту по теме «Образовательные технологии»

Повышение информационной компетентности слушателей происходит при овладении компьютерными программами для построения интеллект-карт, совершенствовании умений поиска, анализа и отбора информации в Интернете и представления информации в виде гипертекста.

Овладение технологией визуализации ассоциативных связей способствует развитию коммуникативной компетентности, так как в процессе обучения на курсах повышения квалификации применяются групповые формы работы. Практическая работа слушателей по представлению информации в форме интеллект-карт проходит через три этапа. Сначала каждый слушатель рисует собственную интеллект-карту, отображая в ней своё видение некоторой темы. На втором этапе слушатели объединяются в группы, перед каждой из которых ставится задача создания групповой карты, объединяющей индивидуальные карты членов группы. Для её решения необходимо согласовать личные взгляды и создать общий продукт, который в дальнейшем нужно будет презентовать аудитории, обосновать и защитить в ходе дискуссии

(рис.).

Рис. Обобщающая интеллект-карта по классификации образовательных технологий

свою точку зрения. На третьем этапе организуется публичная защита групповых работ, сопровождаемая обсуждением и рефлексией результатов.

Повышение уровня профессиональной компетентности слушателей связано с совершенствованием умений организовывать и управлять групповой деятельностью обучающихся при изучении новой информации, повторении, систематизации и обобщении учебных материалов. В частности, слушатели научатся:

• проектировать модели уроков различных типов на основе технологии визуализации ассоциативных связей;

• создавать экспертные интеллект-карты по каждому из видов информации;

• разрабатывать диагностический инструментарий для дифференцированной оценки работ обучающихся;

• своевременно обнаруживать ошибки в картах, построенных обучающимися;

• разрабатывать критерии оценивания работ обучающихся.

Практика многолетнего применения технологии визуализации ассоциативных связей на экспериментальных площадках показала, что она способствует:

• интеллектуальному развитию учащихся;

• развитию различных видов памяти;

• формированию общеучебных умений, связанных с восприятием, переработкой и обменом информацией (конспектирование, аннотирование, участие в дискуссиях, подготовка докладов, написание рефератов, статей, аналитических обзоров, проведение контент-анализа и т. д.);

• формированию умений, связанных с метакогнитивным контролем собственной интеллектуальной деятельности;

• формированию системы предметных знаний и умений;

• формированию умений перекодировать информацию;

• увеличению скорости и полноты переработки информации;

• обобщению и систематизации информации;

• формированию коммуникативных умений, необходимых для эффективного взаимодействия в группе.

Интеллект-карта является адекватным инструментом для представления знаний в виде фреймов: главная тема карты соответствует имени фрейма; первые ассоциации (ветви первого порядка) могут отображать названия признаков, а ветви второго порядка - их значения. Это свойство интеллект-карт позволяет говорить о том, что с их помощью можно управлять формированием системы когнитивных схем в сознании обучающегося, адекватно отражающих свойства и закономерности окружающего мира.

Технология визуализации семантических отношений по своей структуре, способу представления информации, приёмам организации учебного процесса близка к рассмотренной выше технологии визуализации ассоциативных связей, поэтому всё, что было написано выше об обучении, построенном на основе данной технологии, в равной степени относится и к технологии визуализации семантических отношений. Отличаются данные технологии методом представления информации.

В основе технологии визуализации семантических отношений лежит метод карт понятий, который базируется на идее структурной организации знаний, являющейся следствием теории семантических сетей, аккумулирующих всё множество сведений индивидуума об окружающем мире. Процесс обучения по этой технологии представляет собой развитие, уточнение, систематизацию и обобщение когнитивных схем обучающихся, отображающихся в форме семантических сетей изучаемых областей знаний.

Когнитивные технологии обучения исходят из убеждения, что основным источником проблем в обучении является непонимание обучающимися содержания обучения, возникающее из-за отсутствия у них когнитивных схем, необходимых для восприятия научной информации. Обучающие процедуры когнитивных технологий построены на предположении, что основным средством борьбы с когнитивным искажением информации, позволяющим сформировать в долговременной памяти обучающихся адекватные изучаемому содержанию когнитивные

схемы, являются задания по многократной логической переработке содержания обучения. Они предъявляются обучающимся на семинарских или практических занятиях, тренингах, которые проводятся в групповой форме и имеют нелинейный характер, т. е. разные группы обучающихся могут выполнять различные задания в зависимости от ранее показанных результатов.

Таким образом, когнитивные технологии обеспечивают безошибочное усвоение содержания обучения и совершенствование когнитивной, информационной, коммуникативной и профессиональной компетентности обучающихся. Когнитивные технологии обучения могут быть применены для организации дистанционного, электронного и мобильного обучения.

Освоив когнитивные образовательные технологии, слушатель получает мощные когнитивные инструменты, повышающие эффективность интеллектуальной деятельности.

Литература

1. Аванесов В. С. Применение заданий в тестовой форме и квантованных учебных текстов в новых образовательных технологиях // Педагогические измерения. - 2012. - №2. - С. 75-91.

2. Бершадская Е. А. Способы введения метода интеллект-карт в начальной и основной школе // Современные образовательные технологии. Теория и практика: сборник научных статей и методических материалов / под ред. В. В. Ефимовой. - Новокузнецк, 2011. - 189 с. - С. 101-114.

3. Бершадский М. Е. Когнитивная технология обучения: теория и практика применения. - М.: Сентябрь, 2011. - 256 с.

4. Бершадский М. Е. Карты понятий как метод обучения // Современные образовательные технологии. Теория и практика: сборник научных статей и методических материалов / Под ред. В. В. Ефимовой. - Новокузнецк, 2011. - 189 с. - С. 39-57.

5. Бьюзен Т. и Б. Супермышление / Т. и Б. Бьюзен; пер. с англ. Е. А. Самсонов. - 4-е изд. - Минск: Попурри, 2007. - 304 с.

6. Грушевский С. П., Остапенко А. А. Сгущение учебной информации в профессиональном образовании: монография. К- раснодар: Кубан. гос. ун-т. - 2012. - 188 с.

7. Гурина Р. В., Соколова Е.Е. Фреймовое представление знаний. Монография. - М.: Народное образование; НИИ школьных технологий, 2005. - 176 с.

8. Кушнир A. M. Педагогика грамотности // Школьные технологии. - 1996. - № 4-5.

9. Лурия А. Р. Основы нейропсихологии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 384 с.

10. Лурия А. Р., Виноградова О. С. Объективное исследование динамики семантических систем // Семантическая структура слова. - М.: Наука, 1971. - С. 27-63.

11. Манько Н. Н. Когнитивная визуализация педагогических объектов в современных технологиях обучения // Образование и наука. - 2009. - № 8 (65). - С. 10-30.

12. Нестеренко (Селюцкая) А. А. Мастерская знаний: проблемно-ориентированное обучение на базе ОТСМ-ТРИЗ. Учебно-методическое пособие для педагогов / Алла Александровна Нестеренко (Селюцкая). - М.: BOOKINFILE, 2013. - 603 с.

13. Штейнберг В. Э. Дидактическая многомерная технология: моногр. / В. Э. Штейнберг. - Уфа: БИРО, 1999. - 86 с.

14. Ausubel, D. P. (1960). The use of advance organizers in the learning and retention of meaningful verbal material. Journal of Educational Psychology, 51, 267-272.

15. Bartlett, F. C. (1932). Remembering. Cambridge: Cambridge University Press.

16. Collins A. M., Quillian M. R. (1969) Retrieval time from semantic memory. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior , vol. 8, no. 2, pp. 240-247.

17. Novak J. D., Canas A. J. The Theory Underlying Concept Maps and How to Construct and Use Them. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://cmap.ihmc.us/Publications/ResearchPapers/TheoryCmaps/ TheoryUnderlyingConceptMaps.htm (Дата обращения 13.04. 2016).

18. Quillian M. R. (1968) Semantic memory. In M. Minsky (Ed.), Semantic information processing. Cambridge, MA: The MIT Press.

19. Rumelhart, D. E. (1980) Schemata: the building blocks of cognition. In: R.J. Spiro etal. (eds) Theoretical Issues in Reading Comprehension, Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum.

References

1. Avanesov V. S. Primenenie zadanij v testovoj forme i kvantovannyh uchebnyh tekstov v novyh obrazovatel'nyh tehnologijah // Pedagogicheskie izmerenija. - 2012. - №2. - S. 75-91.

2. Bershadskaja E. A. Sposoby vvedenija metoda intellekt-kart v nachal'noj i osnovnoj shkole // Sovremennye obrazovatel'nye tehnologii. Teorija i praktika: sbornik nauchnyh statej i metodicheskih materialov / pod red. V. V. Efimovoj. - Novokuzneck, 2011. - 189 s. - S. 101-114.

3. Bershadskij M. E. Kognitivnaja tehnologija obuchenija: teorija i praktika primenenija. - M.: Sentjabr', 2011. - 256 s.

4. Bershadskij M. E. Karty ponjatij kak metod obuchenija // Sovremennye obrazovatel'nye tehnologii. Teorija i praktika: sbornik nauchnyh statej i metodicheskih materialov / Pod red. V. V. Efimovoj. - Novokuzneck, 2011. - 189 s. - S. 39-57.

5. B'juzen T. i B. Supermyshlenie / T. i B. B'juzen; per. s angl. E. A. Samsonov. - 4-e izd. - Minsk: Popurri, 2007. - 304 s.

6. Grushevskij S. P., Ostapenko A. A. Sgushhenie uchebnoj informacii v professional'nom obrazovanii: monografija. K- rasnodar: Kuban. gos. un-t. - 2012. - 188 s.

7. Gurina R. V., Sokolova E.E. Frejmovoe predstavlenie znanij. Monografija. - M.: Narodnoe obrazovanie; NII shkol'nyh tehnologij, 2005. - 176 s.

8. Kushnir A. M. Pedagogika gramotnosti // Shkol'nye tehnologii. - 1996. - № 4-5.

9. Lurija A. R. Osnovy nejropsihologii: ucheb. posobie dlja stud. vyssh. ucheb. zavedenij. - M.: Izdatel'skij centr «Akademija», 2003. - 384 s.

10. Lurija A. R., Vinogradova O. S. Ob#ektivnoe issledovanie dinamiki semanticheskih sistem // Semanticheskaja struktura slova. - M.: Nauka, 1971. - S. 27-63.

11. Man'ko N. N. Kognitivnaja vizualizacija pedagogicheskih ob#ektov v sovremennyh tehnologijah obuchenija // Obrazovanie i nauka. - 2009. - № 8 (65). - S. 10-30.

12. Nesterenko (Seljuckaja) A. A. Masterskaja znanij: problemno-orientirovannoe obuchenie na baze OTSM-TRIZ. Uchebno-metodicheskoe posobie dlja pedagogov / Alla Aleksandrovna Nesterenko (Seljuckaja). - M.: BOOKINFILE, 2013. - 603 s.

13. Shtejnberg V. Je. Didakticheskaja mnogomernaja tehnologija: monogr. / V. Je. Shtejnberg. - Ufa: BIRO, 1999. - 86 s.

14. Ausubel, D. P. (1960). The use of advance organizers in the learning and retention of meaningful verbal material. Journal of Educational Psychology, 51, 267-272.

15. Bartlett, F. C. (1932). Remembering. Cambridge: Cambridge University Press.

16. Collins A. M., Quillian M. R. (1969) Retrieval time from semantic memory. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior , vol. 8, no. 2, pp. 240-247.

17. Novak J. D., Canas A. J. The Theory Underlying Concept Maps and How to Construct and Use Them. [Jelektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://cmap.ihmc.us/Publications/ResearchPapers/TheoryCmaps/ TheoryUnderlyingConceptMaps.htm (Data obrashhenija 13.04. 2016).

18. Quillian M. R. (1968) Semantic memory. In M. Minsky (Ed.), Semantic information processing. Cambridge, MA: The MIT Press.

19. Rumelhart, D. E. (1980) Schemata: the building blocks of cognition. In: R.J. Spiro etal. (eds) Theoretical Issues in Reading Comprehension, Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum.