Nabywanie umiejętności Wykład 3 07 marca 2013 Nabywanie umiejętności

Plan wykładu Uwagi wstępne Etapy nabywania umiejętności Etap poznawczy Etap asocjacyjny 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

Wykres ukazujący wyniki uzyskane przez Singleya i Andersona

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)

Przykłady wykresów funkcji uczenia 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

Nabywanie umiejętności przeprowadzania dowodów logicznych

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

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

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 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

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

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

Problem Wieży z Hanoi

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

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: 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

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” 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

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

Nabywanie programów motorycznych

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

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  ukierunkowania 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