Post on 17-Jan-2016
description
Plan wykładu
• Uwagi wstępne
• Etapy nabywania umiejętności
a. Etap poznawczy
b. Etap asocjacyjny
c. Etap autonomiczny
• Rola informacji o wynikach
Uwagi wstępne
• Badania nad pamięcią głównie skoncentrowane na nabywaniu wiedzy deklaratywnej
• Badania nad uczeniem się częściej dotyczą nabywania wiedzy proceduralnej
• Niektóre umiejętności są nabywane przez wszystkich (lub prawie wszystkich) do bardzo wysokiego poziomu biegłości: np. mówienia, czytania, umiejętności społeczne...
Przykład badania nad nabywaniem umiejętności
• Badania Singleya i Andersona nad nabywaniem umiejętności korzystania z edytora tekstów
• Ćwiczenie przez 6 dni po 3 godziny dziennie• Czas potrzebny na wprowadzenie poprawek
skracał się od 8 minut pierwszego dnia do 2 minut szóstego dnia
• Analiza uwzględniająca podział czasu na czas pisania i czas myślenia
Potęgowe prawo uczenia się
• Uczenie się nigdy się nie kończy, ale w miarę ćwiczenia uzyskiwane są coraz mniejsze korzyści
• Dawniej sądzono, że uczenie się jest najlepiej opisywane przez funkcję wykładniczą
• Newell i Rosenbloom: potęgowe prawo uczenia się - prawie wszystkie funkcje opisujące uczenie się są funkcjami potęgowymi, gdy uwzględnia się takie wskaźniki jak czas wykonania (skraca się) i liczbę błędów (zmniejsza się)
Potęgowe prawo uczenia się c.d.
• Funkcja potęgowa – przyspieszenie ujemne• Dobrze opisuje zjawiska z różnych poziomów: Wskaźniki behawioralne Zmiany długotrwałego wzmocnienia
synaptycznego (LTP) Prawdopodobieństwo powtarzania się informacji
czy zdarzeń w środowisku Adekwatne przy opisywaniu uczenia się ludzi i
zwierząt
Usprawnienie różnych umiejętności: produkowanie cygar i pisanie książek
• Badania Crossmana nad robotnicą produkującą cygara; obserwacje prowadzone przez 10 lat
• Usprawnianie do momentu osiągnięcia cyklu maszyny czy urządzenia
• Ograniczenia wynikające z czasu potrzebnego na dotarcie impulsów nerwowych od receptorów do mózgu i z mózgu do efektorów
• Analiza twórczości Issaca Asimowa, przeprowadzona przez Ohlssona
Zmiany ilościowe a zmiany jakościowe
• Zmiany w umiejętnościach dotyczące tempa wykonania, liczby błędów itd.
• Ale także zmiany jakościowe
• Zdaniem J. Andersona – wszystkie zmiany, w tym jakościowe zależą od prostego uczenia się asocjacyjnego, przebiegającego zgodnie z prawem potęgowym
Etapy nabywania umiejętności według Fittsa i Andersona
1. Etap poznawczy, inaczej deklaratywny – reprezentacje deklaratywne
2. Etap asocjacyjny, inaczej kompilacyjny – postępująca zmiana reprezentacji deklaratywnej w proceduralną
3. Etap autonomiczny, proceduralny – umiejętność staje się zautomatyzowana i jest szybko wykonywana, zaangażowanie poznawcze stopniowo eliminowane; umiejętność staje się elementem pamięci utajonej
Etap poznawczy
• Bliski związek nabywania umiejętności z rozwiązywaniem problemów
• Badania nad rozwiązywaniem problemów pod silnym wpływem poszukiwań z zakresu sztucznej inteligencji
• Newell i Simon „Uniwersalny Rozwiązywacz Problemów”:
a. Stanb. Celc. Operatory d. Poszukiwanie
Nabywanie operatorów
• Nabywanie operatorów przedmiotem licznych badań nad warunkowaniem (zwierzęta) i pamięcią (ludzie)
• Nabywanie operatorów przez ludzi: dowiedzenie się od kogoś innego lub samodzielne odkrycie
• Przykłady: nauczanie szkolne, instrukcje obsługi (pokazowe i słowne)
Selekcja operatorów
• Redukowanie różnicy: często skuteczne, ale w niektórych sytuacjach, konieczne czasowe zwiększenie różnicy
• Stawianie podcelów: chwilowe zawieszanie dążenia do osiągnięcia głównego celu i kierowanie się ku podcelowi, który pomaga osiągnąć główny cel (np. stopnie, produkowanie narzędzi)
• Problem Wieży z Hanoi
Etap poznawczy - podsumowanie
• Dla rozwiązania nowego problemu konieczne jest spełnienie dwóch wymagań:
Nabycie odpowiednich operatorówZastosowanie odpowiednich operatorów,
poprzez eliminowanie różnicy między stanem bieżącym i celem, lub stawianie podcelów względem operatora
Etap asocjacyjny
• Etap, w którym ludzie przestają stosować ogólne metody rozwiązywania problemów i zaczynają stosować specyficzne dla danego obszaru
• Zasadnicza cecha: przekształcanie wiedzy deklaratywnej w proceduralną
• Uczenie się procedur specyficznych dla danego obszaru to proceduralizacja
• Rozpoznawanie wzorca – czyli odciążenie pamięci operacyjnej
Reguły produkcji
• Wiedza proceduralna przybiera postać reguł produkcji – „Jeżeli, to”
• Złożone umiejętności poznawcze mogą wymagać bardzo licznych reguł produkcji
• Uczenie się reguł produkcji to także tworzenie nowych reguł, obejmujących powtarzające się sekwencje kroków w wykonywaniu umiejętności, np. korzystanie z bankomatu, uruchamianie programów komputerowych...
Rozwój reguł produkcji
• Nowicjusze i eksperci odmiennie podchodzą do rozwiązywania problemów – mają odmienne reguły produkcji
• Złożone umiejętności wymagają licznych reguł produkcji: arcymistrzowie szachowi znają około 50 000 reguł produkcji, nauka matematyki w szkole średniej od 1 000 do 10 000 reguł produkcji
• Geniusz: nie wcześniej niż po 10 latach pracy w danej dziedzinie
Eksperci a nowicjusze
• Koncepcja Ericssona wyćwiczonej pamięci• Analizy osób mających wybitne osiągnięcia w
pływaniu i muzyce• Badania nad arcymistrzami szachowymi• Inne dziedziny, gdzie stwierdzono różnice w
umiejętności zapamiętywania: gra w Go, brydż, programowanie komputerowe
• Eksperci rozpoznają w problemie wzorce i posiadają reguły dla reagowania na nie
Nabycie złożonej umiejętności wymaga:
1. Przyswojenia operatora z danego obszaru (proces dobrze opisywany przez prawidłowości warunkowania i pamięci)
2. Zorganizowanie operatorów za pomocą zasad rozwiązywania problemów (redukowanie różnicy i stawianie podcelów)
3. Przekształcenie wiedzy o tym, jak rozwiązywać problemy w reguły produkcji
4. Wzmacnianie reguł produkcji
Etap autonomiczny
• W miarę ćwiczenia umiejętność zmienia się przez dodawanie nowych reguł i wzmacnianie już istniejących
• Umiejętność staje się bardziej automatyczna, wymaga mniej uwagi i mniej interferuje z wykonywaniem innych zadań
• Badania Spelke, Hirsta i Neissera
Umiejętność całkowicie zautomatyzowana:
• Może być wykonywana bez zaangażowania systemu poznawczego, pozwalając na równoczesne wykonywanie innych celów poznawczych
• Jest mniej podatna na przerywanie, gdyż coraz większa część umiejętności staje się programem motorycznym i coraz mniejsza jej część jest wykonywana na poziomie poznawczym
Program motoryczny
• Z góry uporządkowana, zorganizowana sekwencja działań
• Wykonanie o charakterze otwartej pętli
• Wykonanie o charakterze zamkniętej pętli
• Programy motoryczne: charakter otwartej pętli, ale włączone w szerszą strukturę o charakterze zamkniętej pętli
Dowody na rzecz „otwartej pętli”
1. Zachowanie o charakterze zamkniętej pętli jest powolne; najkrótszy prosty czas reakcji wynosi ok. 200 milisekund, a np. pianiści wykonują do 16 ruchów palców na sekundę
2. Ruchy są planowane wcześniej: w miarę wzrostu stopnia złożoności ruchu potrzeba więcej czasu na jego rozpoczęcie
3. Dane z badań nad deaferentacją małp4. Wysyłanie programu do efektorów i brak
możliwości zatrzymania działania
Kontrola pozapoznawcza
• Działania zrutynizowane umieszczone w programie motorycznym o charakterze otwartej pętli
• W miarę rozwoju umiejętności, coraz większa część kontroli na poziomie nieświadomym
• Kontrola sprawowane przez struktury mieszczące się poniżej kory mózgowej – rdzeń kręgowy
• Dowody z badań nad kotami, u których dokonywano oddzielenie śródmózgowia, ale móżdżek nadal połączony z rdzeniem kręgowym
Programy motoryczne: ogólne czy specyficzne?
• Programy motoryczne mają raczej charakter ogólny, mogą być wykonywane przez różne efektory
Teoria schematu
• Krytyczny element rozwoju programu, to umiejętność dostrajania go
• Według Schmidta uczący się tworzy dwie reprezentacje umiejętności
1. Pamięć odtwórcza to sam program motoryczny czyli powiązana sekwencja działań
2. Pamięć rozpoznawcza reprezentuje pożądany skutek działania
Warunki efektywności programu
• Ćwiczenie z różnymi wartościami• Mniejsza dokładność w czasie uczenia się, ale
większa dokładność w transferze• Pamięć odtwórcza ulega poprawie dzięki
porównywaniu wykonanego działania z wewnętrznym standardem przechowywanym w pamięci rozpoznawczej
• Czyli ludzie powinni być w stanie stwierdzić błędy w swoim działaniu bez zewnętrznej informacji zwrotnej
Praktyczne przykłady nabywania umiejętności
• Różne umiejętności szkolne
• Umiejętności sensoryczno-motoryczne
• Umiejętności sportowe
• Umiejętności społeczne
• Umiejętności samoregulacji uczenia się
• Koncepcja uczenia się przedmiotowego Patricii Alexander
Zalety i wady automatyzacji umiejętności
• Zalety: szybkość i łatwość wykonania; niewielkie zaangażowanie poznawcze; możliwość równoczesnego wykonywania innych czynności
• Wady: trudne do przerwania;prowadzące do błędów w przypadku zmiany warunków; słabo podlegające transferowi
Informacja zwrotna o wynikach
• Teza: szczegółowa i natychmiastowa informacja zwrotna po każdej próbie powinna dawać najlepsze wynik,
• ale badania pokazują, że tak nie jest: np. zmiana prawdopodobieństwa informacji zwrotnej od 10 do 100% brak różnic w uczeniu się
• Stała informacja zwrotna sprawia, że jednostka zaczyna na niej nadmiernie polegać i nie potrafi działać bez niej
Informacja zwrotna a wyniki
• Przetwarzanie informacji zwrotnej może zaburzać uczenia się, np. badania nad programowaniem
• Program motoryczny powinien ulegać korekcie przez odniesienie do wewnętrznej reprezentacji umiejętności
• Sporadyczna informacja wystarcza dla korekty reprezentacji
• Uczenie się ogólnej struktury programu lepsze przy informacji sporadycznej; uczenie się parametryzacji – ciągła równie dobre lub lepsze wyniki
Informacja o wynikach – szerszy kontekst
• To, co następuje po reakcjach prawidłowych lub nieprawidłowych, niezależnie od swojej wartości, może odgrywać pozytywną rolę w uczeniu się, jeśli zawiera informację o wynikach
• Proste sygnały nie obciążają systemu poznawczego i nie wymagają złożonego przetwarzania
• Istotna jest treść komunikatu, mniej ważna forma• Informacja jest szczególnie korzystna, gdy
pomaga eliminować błędy
Informacja o wynikach
• Nagroda bardziej niż kara może pomóc w eliminowaniu błędów, czyli ma potencjalnie większą wartość informacyjną
• W nauczaniu informacja o wynikach pełni rolę wzmocnienia społecznego
• Ale jest przeważnie podawana z dużym odroczeniem, nie zawsze określa co i dlaczego należy zmienić
• Ogólnie korzystniejsza wewnętrzna niż zewnętrza, ale samooceny dotyczące uczenia się często niedokładne lub błędne
Rola informacji zwrotnej w koncepcjach samoregulacji uczenia się
Zadanie interpretacja poznawcza reprezentacja cech zadania i wymagań sformułowanie celów realizacja celów za pomocą strategii
Kontrola nad przebiegiem działania i jego rezultatami informacja zwrotna o postępach ukierunkowanie dalszego działania
Gdy porównanie skutków działania z celami niezadowalające powrót do początkowych faz
Koncepcja Carvera i Scheiera
• Dwa systemy dostrzegania rozbieżności• Pierwszy system ocenia rozbieżności między
wynikami cząstkowymi i końcowym celem, i decyduje o kontynuowaniu obranego kierunku lub jego zmianie
• Drugi system dokonuje oceny tempa osiągania celów i jest odpowiedzialny za reakcje afektywne, które wpływają na późniejsze zaangażowanie w podobne zadania