Carico cognitivo

Nella psicologia cognitiva, il carico cognitivo si riferisce alla quantità utilizzata di risorse di memoria di lavoro. La teoria del carico cognitivo differenzia il carico cognitivo in tre tipi: intrinseco, estraneo e germano.

Il carico cognitivo intrinseco è lo sforzo associato a un argomento specifico, il carico cognitivo estraneo si riferisce al modo in cui le informazioni o le attività sono presentate a uno studente e il carico cognitivo germano si riferisce al lavoro svolto nella creazione di un archivio permanente di conoscenze o di uno schema.

La teoria del carico cognitivo è stata sviluppata alla fine degli anni '80 da uno studio sulla risoluzione dei problemi di John Sweller. Sweller ha sostenuto che il design didattico può essere utilizzato per ridurre il carico cognitivo negli studenti. Molto più tardi, altri ricercatori hanno sviluppato un modo per misurare lo sforzo mentale percepito che è indicativo del carico cognitivo. La risposta pupillare invocata da task è una misurazione affidabile e sensibile del carico cognitivo che è direttamente correlata alla memoria di lavoro. Le informazioni possono essere archiviate nella memoria a lungo termine solo dopo essere state seguite e processate dalla memoria di lavoro. La memoria di lavoro, tuttavia, è estremamente limitata in termini di capacità e durata. Queste limitazioni impediranno, in alcune condizioni, l'apprendimento. Il carico cognitivo pesante può avere effetti negativi sul completamento dell'attività, ed è importante notare che l'esperienza del carico cognitivo non è la stessa in tutti. Gli anziani, gli studenti e i bambini sperimentano quantità diverse, e più spesso più elevate, di carico cognitivo.

Il principio fondamentale della teoria del carico cognitivo è che la qualità della progettazione didattica sarà aumentata se si presta maggiore attenzione al ruolo e ai limiti della memoria di lavoro.

Con l'aumento delle distrazioni, in particolare dall'uso del telefono cellulare, gli studenti sono più inclini a sperimentare un elevato carico cognitivo che può ridurre il successo accademico.

Teoria

"La teoria del carico cognitivo è stata progettata per fornire linee guida intese ad assistere nella presentazione di informazioni in un modo che incoraggi le attività degli studenti che ottimizzano le prestazioni intellettuali". La teoria di Sweller impiega aspetti della teoria dell'elaborazione delle informazioni per enfatizzare i limiti intrinseci del carico di memoria di lavoro concorrente sull'apprendimento durante l'istruzione. Utilizza lo schema come unità primaria di analisi per la progettazione di materiali didattici.

Storia

La storia della teoria del carico cognitivo può essere fatta risalire all'inizio della scienza cognitiva negli anni '50 e al lavoro di GA Miller. Nel suo articolo classico, Miller è stato forse il primo a suggerire che la nostra capacità di memoria di lavoro ha limiti intrinseci. I suoi risultati sperimentali suggeriscono che gli esseri umani sono generalmente in grado di contenere solo sette più o meno due unità di informazione nella memoria a breve termine. E nei primi anni '70 Simon e Chase furono i primi a usare il termine "pezzo" per descrivere come le persone potevano organizzare le informazioni nella memoria a breve termine. Questo blocco di componenti di memoria è stato anche descritto come costruzione dello schema.

Alla fine degli anni '80 John Sweller sviluppò la teoria del carico cognitivo (CLT) mentre studiava la risoluzione dei problemi. Studiando gli studenti mentre risolvevano i problemi, lui e i suoi collaboratori hanno scoperto che gli studenti spesso usano una strategia di risoluzione dei problemi chiamata analisi dei fini. Suggerisce che la risoluzione dei problemi attraverso l'analisi dei fini richiede una quantità relativamente grande di capacità di elaborazione cognitiva, che potrebbe non essere dedicata alla costruzione di schemi. Sweller suggerisce che i progettisti didattici dovrebbero prevenire questo inutile carico cognitivo progettando materiali didattici che non comportano la risoluzione di problemi. Esempi di materiali didattici alternativi includono quelli che sono noti come esempi lavorati e problemi senza obiettivi.

Negli anni '90, la teoria del carico cognitivo è stata applicata in diversi contesti. I risultati empirici di questi studi hanno portato alla dimostrazione di diversi effetti di apprendimento: l'effetto del problema di completamento, l'effetto della modalità, l'effetto dell'attenzione divisa, l'effetto dell'esempio lavorato; ed effetto di inversione di competenza.

tipi

La teoria del carico cognitivo fornisce un quadro generale e ha ampie implicazioni per la progettazione didattica, consentendo ai progettisti didattici di controllare le condizioni di apprendimento all'interno di un ambiente o, più in generale, all'interno della maggior parte dei materiali didattici. In particolare, fornisce linee guida empiriche che aiutano i progettisti didattici a ridurre il carico cognitivo estraneo durante l'apprendimento e quindi a focalizzare l'attenzione dello studente sui materiali germani, aumentando così il carico cognitivo germano (correlato allo schema). Questa teoria distingue tra tre tipi di carico cognitivo: carico cognitivo intrinseco, carico cognitivo germano e carico cognitivo estraneo.

Intrinseco

Il carico cognitivo intrinseco è il livello intrinseco di difficoltà associato a uno specifico argomento didattico. Il termine fu usato per la prima volta nei primi anni '90 da Chandler e Sweller. Secondo loro, tutte le istruzioni hanno una difficoltà intrinseca ad essa associata (ad esempio, il calcolo di 2 + 2, rispetto alla risoluzione di un'equazione differenziale). Questa difficoltà intrinseca non può essere modificata da un istruttore. Tuttavia, molti schemi possono essere suddivisi in singoli "sottoschemi" e insegnati isolatamente, per essere successivamente riuniti e descritti come un tutto combinato.

estraneo

Il carico cognitivo estraneo è generato dal modo in cui le informazioni sono presentate agli studenti ed è sotto il controllo dei progettisti didattici. Questo carico può essere attribuito al design dei materiali didattici. Poiché esiste una singola risorsa cognitiva limitata che utilizza le risorse per elaborare il carico estraneo, il numero di risorse disponibili per elaborare il carico intrinseco e il carico germano (cioè l'apprendimento) è ridotto. Pertanto, specialmente quando il carico intrinseco e / o germano è elevato (cioè quando un problema è difficile), i materiali dovrebbero essere progettati in modo da ridurre il carico estraneo.

Un esempio di carico cognitivo estraneo si verifica quando ci sono due modi possibili per descrivere un quadrato a uno studente. Un quadrato è una figura e dovrebbe essere descritto usando un mezzo figurale. Certamente un istruttore può descrivere un quadrato in un mezzo verbale, ma ci vuole solo un secondo e molto meno sforzo per vedere di cosa parla l'istruttore quando uno studente viene mostrato un quadrato, invece di averne uno descritto verbalmente. In questo caso, si preferisce l'efficienza del mezzo visivo. Questo perché non carica indebitamente lo studente con informazioni non necessarie. Questo inutile carico cognitivo è descritto come estraneo.

Chandler e Sweller hanno introdotto il concetto di carico cognitivo estraneo. Questo articolo è stato scritto per riportare i risultati di sei esperimenti condotti per studiare questo carico di memoria di lavoro. Molti di questi esperimenti hanno coinvolto materiali che dimostrano l'effetto di divisione dell'attenzione. Hanno scoperto che il formato dei materiali didattici promuoveva o limitava l'apprendimento. Hanno proposto che le differenze nelle prestazioni erano dovute a livelli più elevati del carico cognitivo imposto dal formato dell'istruzione. "Carico cognitivo estraneo" è un termine per questo carico cognitivo non necessario (indotto artificialmente).

germane

Il carico cognitivo germano è l'elaborazione, la costruzione e l'automazione degli schemi. È stato descritto per la prima volta da Sweller, Van Merriënboer e Paas nel 1998. Mentre il carico cognitivo intrinseco è generalmente ritenuto immutabile (sebbene le tecniche possano essere applicate per gestire la complessità segmentando e sequenziando il materiale complesso), i progettisti didattici possono manipolare il carico estraneo e germano. Si suggerisce che limitano il carico estraneo e promuovano il carico germano.

Fino all'articolo del 1998 di Sweller, Van Merriënboer & Paas, la teoria del carico cognitivo si concentrava principalmente sulla riduzione del carico cognitivo estraneo. Con questo articolo, i ricercatori sul carico cognitivo hanno iniziato a cercare modi per ridisegnare le istruzioni per reindirizzare quello che sarebbe un carico estraneo, per concentrarsi ora sulla costruzione di schemi (carico germano). Pertanto è molto importante per i progettisti didattici "ridurre il carico cognitivo estraneo e reindirizzare l'attenzione degli studenti sui processi cognitivi che sono direttamente rilevanti per la costruzione di schemi".

misurazione

Paas e Van Merriënboer hanno sviluppato un costrutto (noto come efficienza relativa delle condizioni) che aiuta i ricercatori a misurare lo sforzo mentale percepito, un indice di carico cognitivo. Questo costrutto fornisce un mezzo relativamente semplice per confrontare le condizioni didattiche. Combina le valutazioni dello sforzo mentale con i punteggi delle prestazioni. I punteggi z medi di gruppo sono rappresentati graficamente e possono essere confrontati con un'analisi della varianza unidirezionale (ANOVA).

Paas e Van Merriënboer hanno usato l'efficienza relativa delle condizioni per confrontare tre condizioni didattiche (esempi lavorati, problemi di completamento e pratica di scoperta). Hanno scoperto che gli studenti che hanno studiato esempi di lavoro sono stati i più efficienti, seguiti da coloro che hanno utilizzato la strategia di completamento del problema. Da questo primo studio molti altri ricercatori hanno usato questo e altri costrutti per misurare il carico cognitivo in relazione all'apprendimento e all'istruzione.

L'approccio ergonomico cerca un'espressione neurofisiologica quantitativa del carico cognitivo che può essere misurata utilizzando strumenti comuni, ad esempio utilizzando il prodotto della frequenza cardiaca-pressione sanguigna (RPP) come misura del carico di lavoro occupazionale sia cognitivo che fisico. Ritengono che sia possibile utilizzare le misure RPP per fissare limiti ai carichi di lavoro e stabilire assegni di lavoro.

La risposta pupillare invocata da attività è una forma di misurazione che riflette direttamente il carico cognitivo sulla memoria di lavoro. La dilatazione della pupilla maggiore è associata ad un elevato carico cognitivo. La costrizione della pupilla si verifica in presenza di un basso carico cognitivo. La risposta pupillare invocata da una domanda mostra una correlazione diretta con la memoria di lavoro, rendendola una misura efficace del carico cognitivo esplicitamente non correlata all'apprendimento.

Alcuni ricercatori hanno confrontato diverse misure di carico cognitivo. Ad esempio, Deleeuw e Mayer (2008) hanno confrontato tre misure comunemente usate di carico cognitivo e hanno scoperto che rispondevano in diversi modi al carico estraneo, intrinseco e germano.

Gli indicatori stabiliti di movimento oculare e di risposta pupillare del carico cognitivo sono:

• diametro pupillare medio
• deviazione del diametro pupillare
• numero di fissazioni dello sguardo> 500 millisecondi
• velocità di saccade
• ippopotamo pupillare

Differenze individuali nella capacità di elaborazione

È stato riscontrato che gli individui differiscono sistematicamente nella capacità di elaborazione. Ad esempio, ci sono differenze individuali nelle capacità di elaborazione tra principianti ed esperti. Gli esperti hanno maggiori conoscenze o esperienze in merito a un'attività specifica che riduce il carico cognitivo associato all'attività. I principianti non hanno questa esperienza o conoscenza e quindi hanno un carico cognitivo più pesante.

È stato teorizzato che un ambiente impoverito può contribuire al carico cognitivo. Indipendentemente dal compito a portata di mano o dai processi utilizzati per risolverlo, le persone che soffrono di povertà sperimentano anche un carico cognitivo più elevato. Numerosi fattori contribuiscono al carico cognitivo nelle persone con uno stato socioeconomico inferiore che non sono presenti nelle persone di classe media e alta.

Identificare la capacità di elaborazione degli individui potrebbe essere estremamente utile per adattare ulteriormente le istruzioni (o prevedere il comportamento) degli individui. Di conseguenza, ulteriori ricerche sarebbero chiaramente auspicabili. Innanzitutto, è essenziale calcolare il carico di memoria imposto dall'analisi dettagliata dei processi da utilizzare. In secondo luogo, è essenziale garantire che i singoli soggetti utilizzino effettivamente tali processi. Quest'ultimo richiede un intenso pre-allenamento.

Effetti di un forte carico cognitivo

Un carico cognitivo pesante in genere crea errori o qualche tipo di interferenza nell'attività da svolgere. Un carico cognitivo pesante può anche aumentare gli stereotipi. Lo stereotipo è un'estensione dell'errore di attribuzione fondamentale che aumenta anche in frequenza con un carico cognitivo più pesante. Le nozioni di carico cognitivo e di eccitazione contribuiscono alla spiegazione della "facilitazione del sovraccarico" sull'agevolazione sociale: in presenza di un pubblico, i soggetti tendono ad avere prestazioni peggiori in compiti soggettivamente complessi (mentre tendono ad eccellere in compiti soggettivamente facili).

Studi subpopolari

anziano

Il pericolo di un pesante carico cognitivo è visto nella popolazione anziana. L'invecchiamento può causare un calo dell'efficienza della memoria di lavoro che può contribuire a un maggiore carico cognitivo. La relazione tra carico cognitivo pesante e controllo del centro di massa è fortemente correlata nella popolazione anziana. All'aumentare del carico cognitivo, aumenta l'oscillazione al centro della massa negli individui anziani. Un altro studio ha esaminato la relazione tra l'ondeggiamento del corpo e la funzione cognitiva e la loro relazione durante il multitasking e ha scoperto che i disturbi nell'equilibrio hanno portato a una riduzione delle prestazioni sul compito cognitivo Il carico cognitivo pesante può disturbare l'equilibrio nelle persone anziane. Al contrario, una crescente domanda di equilibrio può aumentare il carico cognitivo.

Studenti universitari

Con la diffusa accettazione dei laptop in classe, un crescente carico cognitivo a scuola è una delle principali preoccupazioni. Con l'uso di Facebook e di altre forme di comunicazione sociale, l'aggiunta di più attività sta danneggiando le prestazioni degli studenti in classe. Quando sono disponibili molte risorse cognitive, la probabilità di passare da un'attività all'altra è elevata e non porta a un comportamento di commutazione ottimale. Sia gli studenti che erano utenti pesanti di Facebook che gli studenti che sedevano nelle vicinanze quelli che erano utenti pesanti di Facebook si sono comportati male e hanno portato a un GPA inferiore.

Bambini

I componenti della memoria di lavoro proposti dagli psicologi britannici, Alan Baddeley e Graham Hitch, sono presenti a 6 anni. Tuttavia, esiste una chiara differenza tra la conoscenza di adulti e bambini. Queste differenze sono dovute all'aumento dello sviluppo dell'efficienza di elaborazione. I bambini mancano di conoscenza generale e questo è ciò che crea un maggiore carico cognitivo nei bambini. I bambini nelle famiglie povere spesso sperimentano un carico cognitivo persino maggiore negli ambienti di apprendimento rispetto a quelli delle famiglie della classe media. Questi bambini non ascoltano, parlano o imparano i concetti della scuola perché i loro genitori spesso non hanno un'istruzione formale. Quando si tratta di apprendimento, la loro mancanza di esperienza con numeri, parole e concetti aumenta il loro carico cognitivo.

Man mano che i bambini crescono, sviluppano processi e capacità di base superiori. Sviluppano anche metacognizione, che li aiuta a comprendere le proprie attività cognitive. Infine, acquisiscono una maggiore conoscenza dei contenuti attraverso le loro esperienze. Questi elementi aiutano a ridurre il carico cognitivo nei bambini mentre si sviluppano.

La gestualità è una tecnica che i bambini usano per ridurre il carico cognitivo mentre parlano. Gesticolando, possono liberare memoria di lavoro per altre attività. Il puntamento consente a un bambino di usare l'oggetto a cui punta come la migliore rappresentazione di esso, il che significa che non deve conservare questa rappresentazione nella sua memoria di lavoro, riducendo così il suo carico cognitivo. Inoltre, gesticolare su un oggetto assente riduce la difficoltà di doverlo immaginare nella propria mente.

Incarnazione e interattività

L'attività corporea può essere sia vantaggiosa che dannosa per l'apprendimento a seconda di come questa attività è implementata. I teorici del carico cognitivo hanno chiesto aggiornamenti che rendano CLT più compatibile con le intuizioni della ricerca cognitiva incorporata. Di conseguenza, la teoria del carico cognitivo incorporato è stata suggerita come mezzo per prevedere l'utilità delle funzionalità interattive negli ambienti di apprendimento. In questo quadro, i vantaggi di una funzione interattiva (come una più semplice elaborazione cognitiva) devono superare i suoi costi cognitivi (come la coordinazione motoria) affinché una modalità di interazione incorporata aumenti i risultati di apprendimento.