Nabywanie umiejętności

Prezentacja na temat: "Nabywanie umiejętności"— Zapis prezentacji:

1 Nabywanie umiejętności
Wykład 3 07 marca 2013 Nabywanie umiejętności

2 Plan wykładu Uwagi wstępne Etapy nabywania umiejętności Etap poznawczy
Etap asocjacyjny Etap autonomiczny Rola informacji o wynikach

3 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...

4 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

5 Wykres ukazujący wyniki uzyskane przez Singleya i Andersona

6 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)

7 Przykłady wykresów funkcji uczenia się

8 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

9 Nabywanie umiejętności przeprowadzania dowodów logicznych

10 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

11 Wykresy obrazujące nabywanie umiejętności produkowania cygar i czas potrzebny na napisanie książki

12 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

13 Etapy nabywania umiejętności według Fittsa i Andersona
Etap poznawczy, inaczej deklaratywny – reprezentacje deklaratywne Etap asocjacyjny, inaczej kompilacyjny – postępująca zmiana reprezentacji deklaratywnej w proceduralną Etap autonomiczny, proceduralny – umiejętność staje się zautomatyzowana i jest szybko wykonywana, zaangażowanie poznawcze stopniowo eliminowane; umiejętność staje się elementem pamięci utajonej

14 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”: Stan Cel Operatory Poszukiwanie

15 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)

16 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

17 Problem Wieży z Hanoi

18 Etap poznawczy - podsumowanie
Dla rozwiązania nowego problemu konieczne jest spełnienie dwóch wymagań: Nabycie odpowiednich operatorów Zastosowanie odpowiednich operatorów, poprzez eliminowanie różnicy między stanem bieżącym i celem, lub stawianie podcelów względem operatora

19 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

20 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...

21 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 reguł produkcji, nauka matematyki w szkole średniej od do reguł produkcji Geniusz: nie wcześniej niż po 10 latach pracy w danej dziedzinie

22 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

23 Nabycie złożonej umiejętności wymaga:
Przyswojenia operatora z danego obszaru (proces dobrze opisywany przez prawidłowości warunkowania i pamięci) Zorganizowanie operatorów za pomocą zasad rozwiązywania problemów (redukowanie różnicy i stawianie podcelów) Przekształcenie wiedzy o tym, jak rozwiązywać problemy w reguły produkcji Wzmacnianie reguł produkcji

24 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

25 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

26 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

27 Dowody na rzecz „otwartej pętli”
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 Ruchy są planowane wcześniej: w miarę wzrostu stopnia złożoności ruchu potrzeba więcej czasu na jego rozpoczęcie Dane z badań nad deaferentacją małp Wysyłanie programu do efektorów i brak możliwości zatrzymania działania

28 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

29 Programy motoryczne: ogólne czy specyficzne?
Programy motoryczne mają raczej charakter ogólny, mogą być wykonywane przez różne efektory

30 Nabywanie programów motorycznych

31 Teoria schematu Krytyczny element rozwoju programu, to umiejętność dostrajania go Według Schmidta uczący się tworzy dwie reprezentacje umiejętności Pamięć odtwórcza to sam program motoryczny czyli powiązana sekwencja działań Pamięć rozpoznawcza reprezentuje pożądany skutek działania

32 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

33 Praktyczne przykłady nabywania umiejętności
Różne umiejętności szkolne Umiejętności sensoryczno-motoryczne Umiejętności sportowe Umiejętności społeczne Umiejętności samoregulacji uczenia się Koncepcja uczenia się przedmiotowego Patricii Alexander

34 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

35 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

36 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

37 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

38 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

39 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  ukierunkowania dalszego działania Gdy porównanie skutków działania z celami niezadowalające  powrót do początkowych faz

40 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