Dołącz do czytelników
Brak wyników

Praktyczny Przewodnik Nauczyciela

9 listopada 2021

NR 44 (Listopad 2021)

Jak projektować skuteczny proces uczenia się z wykorzystaniem zdobyczy neurobiologii?

0 16

Mózg jest bez wątpienia naszym najbardziej fascynującym narządem. Na kształtowanie pomarszczonego wszechświata, który znajduje się w głowie każdego dziecka, a zatem na formowanie jego osobowości ogromny wpływ mają rodzice, nauczyciele i społeczeństwo. Naszym obowiązkiem jest dopomóc dzieciom, aby ich mózgi rozwinęły się jak najlepiej1. Lise Eliot

Czym jest uczenie się?

„Uczyć się to tworzyć wewnętrzny model świata zewnętrznego” – wyjaśnia w swojej książce Jak się uczymy? Dlaczego mózgi uczą się lepiej niż komputery… jak dotąd Stanislas Dehaene – profesor Katedry Psychologii Poznawczej w College de France, członek Francuskiej Akademii Nauk, którego badania dotyczą neurobiologicznych podstaw uczenia się matematyki, czytania i świadomości. Jego zdaniem uczenie się jest wielkim triumfem naszego gatunku, a w ludzkim mózgu miliardy parametrów są gotowe do adaptowania się do otoczenia, języka, kultury, rodziców, pożywienia. Autor omawia kilka definicji uczenia się jako:

POLECAMY

  • regulowania parametrów mentalnego modelu,
  • wyzyskiwania eksplozji kombinatorycznej,
  • minimalizowania błędów,
  • eksploracji przestrzeni możliwości,
  • optymalizacji funkcji nagrody,
  • zawężania przestrzeni wyszukiwania,
  • rzutowania apriorycznych hipotez.

Wyjaśnia, że uczenie się oznacza zarządzanie wewnętrznym hierarchicznym zestawem reguł oraz dążenie do jak najszybszego dedukowania najogólniejszych reguł, które opisują całą serię obserwacji.
Dehaene opisuje, jak uczą się ludzkie mózgi od okresu niemowlęctwa, podkreślając istnienie uniwersalnej natury ludzkiej, wrodzonego układu obwodów mózgowych formowanych przez geny i mechanizmy samoorganizacji. Pisze o tym, czym jest pamięć operacyjna, epizodyczna, semantyczna i proceduralna, a także jak powstają wspomnienia i jak można je wymazać. Zajmuje się również kwestią zmian w strukturze anatomicznej mózgu, jaka zachodzi pod wpływem procesu uczenia się, oraz żywieniem się, jako istotnym elementem nauki. Dehaene dużo uwagi poświęca plastyczności mózgu w okresie wczesnodziecięcym, zwracając szczególną uwagę na okresy wrażliwe dla rozwoju i podkreślając, że: 

Mózg niemowlęcia przychodzi na świat wyposażony we wrodzony talent: potężne algorytmy uczenia się, które wybierają najużyteczniejsze synapsy i obwody, zapewniając tym samym drugą warstwę adaptacji organizmu do jego środowiska. Dzięki nim już w pierwszych dniach życia mózg zaczyna się specjalizować i ugruntowywać swoją konfigurację. Pierwszymi zastygającymi rejonami są obszary zmysłowe: wczesne obszary wzrokowe dojrzewają w ciągu kilku lat, a trzeba niecałych dwunastu miesięcy, aby obszary słuchowe nakierowały się na samogłoski i spółgłoski ojczystego języka dziecka. W miarę jak jeden po drugim zamykają kolejne okresy plastyczności mózgu, wystarcza kilka lat, by każdy z nas opanował biegłą znajomość danego języka, pisma i kultury. Jeśli zaś ludzie pozbawieni zostaną stymulacji w jakimś zakresie, ryzykują trwałą utratę elastyczności mentalnej w danej dziedzinie.

Stanislas Dehaene wskazuje cztery filary uczenia się, do których należą:

  • uwaga, 
  • aktywne zaangażowanie, 
  • informacje zwrotne o błędach, 
  • konsolidacja.

Cztery filary uczenia się

Autor podkreśla, jak ważna dla modulacji procesu uczenia się dziecka jest obecność uczącego dorosłego, co potwierdzają badania węgierskich psychologów, Csibry i Gergely’ego, którzy wysunęli tezę, iż nauczanie innych oraz uczenie się od innych stanowią fundamentalne przystosowanie ewolucyjne gatunku ludzkiego. Nasz mózg najlepiej uczy się, współpracując z innymi mózgami. Ponadto istotna jest tu także kwestia naśladownictwa i modelowania zachowań – dlatego właśnie uczniowie, którzy współpracują ze sobą, uczą się intensywniej i efektywniej, gdyż modelują swoje zachowania. Co więcej, analiza informacji, ich krytyczny ogląd, wyciąganie wniosków, argumentowanie to praca na wyższych etapach poznawczych mózgu. Szkoła powinna być miejscem, w którym dzieci i młodzież mają możliwość doświadczania bycia w grupie. Tym bardziej że wchodzenie w relacje pozwala rozwijać inteligencję emocjonalną, a ta okazuje się niezwykle ważnym zasobem poszukiwanym na dzisiejszym rynku pracy. O ile bowiem zdobycze technologii mogą zastąpić człowieka w mechanicznym wykonywaniu zadań, o tyle nie mają takiej możliwości w obszarach, w których w grę wchodzą emocje i uczucia. 
Dehaene zwraca uwagę, że bierny organizm się nie uczy, gdyż uczymy się tym lepiej, im głębiej przetwarzamy informacje. Warto również wzbudzać ciekawość – stanowi ona bowiem fundament popędu organizmu, jest siłą mobilizującą do eksplorowania, a dzięki udziałowi obwodu dopaminowego zaspokajanie naszego apetytu na wiedzę jest satysfakcjonujące. Istotna dla procesu uczenia się jest informacja zwrotna na temat popełnianych błędów, co – jak podkreśla autor – nie jest równoznaczne z karaniem ani z ocenami wyrażonymi stopniem. Dehaene wskazuje również na znaczenie rozłożenia nauki w czasie i na skuteczność powtórek, które wzmacniają przyswajaną treść i automatyzują operacje myślowe tak, że w końcu stają się nieświadome. 
Ostatnim filarem uczenia się jest jego zdaniem konsolidacja: przejście od powolnego, świadomego, wysilonego przetwarzania do nieświadomej, automatycznej biegłości. W miarę nauki różnych umiejętności w rezultacie wielokrotnego treningu kontrola przenosi się z kory przedczołowej do kory ruchowej i jąder podstawnych, grupy obwodów podkorowych, zapisujących nasze automatyczne i rutynowe zachowania. Niezwykle ważny dla procesu konsolidacji jest sen. Dehaene przywołuje eksperymenty Wilsona i McNaughtona, które wykazały, że kiedy szczur zasypia, komórki miejsca w jego hipokampie zaczynają się wzbudzać w tej samej kolejności. Neurony odtwarzają trajektorie ruchu z poprzedzającego okresu czuwania, tyle że z nawet dwudziestokrotnym przyspieszeniem. Tak samo jest u ludzi: podczas snu reaktywują się obwody neuronowe, których używaliśmy w ciągu minionego dnia.

Co według neurodydaktyki jest prawdą, a co mitem?

Stanislas Dehaene zadaje niezwykle ważne w kontekście edukacji szkolnej pytanie: „Jak godzić oświatę z neuronauką?”. Rozważając tę kwestię, obala kilka mitów zaprzeczających wiedzy naukowej na temat tego, jak uczy się mózg, oraz podaje kilka ważnych faktów:

  • Umysły niemowląt nie są pustymi tabliczkami czy niezapisanymi kartami, lecz dysponują rozległą wiedzą o przedmiotach, liczbach, prawdopodobieństwach, przestrzeni i ludziach.
  • Nauka nie przebiega biernie, na zasadzie prostej ekspozycji na dane zmysłowe czy wykłady. Przeciwnie, psychologia poznawcza i obrazowanie mózgu wskazują, że dzieci są małymi naukowcami, którzy nieustannie wysuwają nowe hipotezy, a mózg jest niezwykle czujnym narzędziem, który uczy się metodą resetowania modeli nakładanych na świat zewnętrzny.
  • Popełnianie błędów nie jest oznaką mierności ucznia, lecz stanowi integralny element procesu nauki, ponieważ nasz mózg może wielokrotnie odtwarzać modele świata tylko wtedy, gdy wykrywa rozdźwięk między tym, co sobie wyobrażał, a rzeczywistością.
  • Sen nie jest po prostu czasem spoczynku: to integralna część naszego algorytmu uczenia się, uprzywilejowany okres, w którym mózg wielokrotnie odtwarza modele świata, zwiększając moc doświadczeń minionego dnia od dziesięciu do stu razy.

Dehaene podaje również proste pomysły na to, co mogą zrobić dorośli, by w świetle badań z zakresu neuronauki zoptymalizować potencjał uczniów:

  • nie lekceważyć ich zdolności,
  • korzystać z okresów wrażliwości mózgu,
  • wzbogacać środowisko,
  • uważnie ich obserwować,
  • przykuwać ich uwagę,
  • podsycać u nich aktywność, zaciekawienie, zaangażowanie, samodzielność,
  • zachęcać do wysiłku,
  • pomagać im pogłębiać sposób myślenia,
  • akceptować i korygować błędy,
  • zadbać o regularność ćwiczeń,
  • dać przestrzeń na spokojny sen 
    (Dehaene 2021).

Jak uczy się mózg?

Mózg jest organem stworzonym do uczenia się i niczego lepiej nie robi. W każdej chwili naszego życia dociera do nas mnóstwo bodźców, które mózg odbiera, selekcjonuje, przetwarza, interpretuje. Możemy w nim wyróżnić centra odpowiedzialne za: słuch, wzrok, dotyk, mowę, planowanie i inne czynności, jednak każda z tych funkcji bazuje na współpracy przynajmniej kilku wyspecjalizowanych rejonów mózgowia, a aktywacja danych obszarów mózgu następuje dzięki docierającym z zewnątrz odpowiednim bodźcom. Przetwarzanie informacji w mózgu polega na przesyłaniu sygnałów elektrycznych za pośrednictwem synaps z jednego neuronu do drugiego. Wynikające z tego powiększanie się synaps jest więc ostatecznie skutkiem procesu, który potocznie nazywamy uczeniem się.
Kluczową rolę w procesie uczenia się odgrywa hipokamp, mała część mózgu przypominająca wyglądem konika morskiego – z łac. hippocampus oznacza „koniopodobny potwór morski” – odkryta przed 450 laty przez Giulia Cesare Aranzia. Jednak dopiero w połowie XIX w. badacze odkryli, jak ważną rolę odgrywa hipokamp w procesie uczenia się. Stanowi on coś w rodzaju inkubatora wspomnień. Jedna z czołowych badaczek pamięci, profesor University College London Eleanor Maguire, przeprowadziła eksperyment, w którym uczestnicy skupiali się na konkretnym wspomnieniu, a ona za pomocą rezonansu magnetycznego śledziła, jaka część ich hipokampu jest aktywna w danej chwili. Eksperyment wykazał, że przywoływanie w myślach konkretnego wspomnienia powoduje zmianę aktywności hipokampu. Badaczka wyjaśniła to zjawisko, tłumacząc, że: 

To, czego doświadczamy, znika w głębi mózgu i zostaje rozproszone na powierzchni kory mózgowej, ale dzięki hipokampowi możemy do tego wrócić. Kiedy doznanie mija, rozpada się na mniejsze cząstki, które budzimy do życia, przywołując dane wspomnienie. Hipokamp odgrywa kluczową rolę w rekonstrukcji doznania, dzięki czemu możemy przeżywać je na nowo w myślach (Ostby, Ostby 2018: 22).

Mimo że o mózgu wiemy coraz więcej, wciąż wśród badaczy jest wiele spornych kwestii. Tak jest również w wypadku hipokampu. Jedni naukowcy twierdzą, że jego jedyną rolą jest utrwalanie wspomnień, inni natomiast wskazują, że hipokamp za każdym razem, gdy przywołujemy wspomnienia, angażuje się, nadpisując pierwotny „plik”, uzupełniając go o nowszą interpretację lub modyfikując. Ponadto funkcjonalne obrazowanie za pomocą rezonansu magnetycznego pokazuje, że hipokamp ściśle współpracuje z innymi obszarami mózgu, a zatem do tego, by można było je przywołać, potrzebna jest złożona interakcja mózgu.

Nauczanie wielozmysłowe

Dla wyjaśnienia procesu uczenia się, a dokładniej przywoływania wspomnień z pamięci, istotne znaczenie miały obserwacje kalifornijskich uczonych, którzy przyglądali się aktywności neuronów u myszy przebywających w różnych środowiskach, w trzech różnych klatkach: okrągłej, trójkątnej i czworokątnej. Istotne jest to, że każda klatka miała nie tylko inny kształt, lecz także inną teksturę i specyficzny zapach. Obserwowano aktywizację neuronów w dwóch grupach gryzoni: pierwsza grupa spacerowała najpierw po klatce trójkątnej, po czym została przeniesiona do klatki kwadratowej; druga zaś została umieszczona w klatce okrągłej, a po siedmiu dniach przeniesiona do czworokątnej. W wyniku eksperymentu zaobserwowano, że dwa powiązane ze sobą czasowo przeżycia wywoływały aktywność w zachodzących na siebie skupiskach neuronów w hipokampie, natomiast w przypadku myszy, które zmieniły klatki po tygodniu, aktywność neuronów widoczna była w różnych ich grupach. Na tej podstawie sformułowano następujące wnioski: aktywizacja jednej grupy neuronów sprawia, że łatwiej jest pobudzać inne neurony, które znajdują się w bliskim sąsiedztwie (Ostby, Ostby 2018). Warto je uwzględnić podczas procesu dydaktycznego, dbając o to, by środowisko szkolne sprzyjało pobudzaniu różnych obszarów mózgu, a zatem nauczyciele powinni tak planować zajęcia, by uczniowie zmieniali aktywności, mając możliwość wielozmysłowej (wielomodalnej) eksploracji otoczenia.

Sport na lekcji języka polskiego? Dlaczego nie!

Podczas organizowania procesu uczenia się uczniów należy również pamiętać, że do tego, by móc się uczyć, mózg potrzebuje nie tylko ćwiczeń umysłu, lecz także ćwiczeń fizycznych. Donnelly i jego współpracownicy przeprowadzili dwuletnie badanie z udziałem 1490 dzieci w wieku dorastania, które wykazało, że grupa badawcza: dzieci ćwiczące, spędzające tygodniowo 90 minut na energicznych ćwiczeniach fizycznych, polepszyła swoje wyniki szkolne i uzyskała wyższe wyniki w teście inteligencji Wechslera, szczególnie w podskalach mierzących zdolność czytania, literowania i arytmetyki w stosunku do grupy kontrolnej, którą stanowiły dzieci niećwiczące. W innym badaniu wykazano, że dziewczęta uprawiające sport przez co najmniej jedną godzinę tygodniowo miały znacznie lepsze wyniki w matematyce oraz w czytaniu niż dziewczęta, które tego nie robiły, jednak takiej zależności nie wykazano w grupie chłopców. Badania Scuddera potwierdziły pozytywny wpływ aktywności fizycznej na zasób leksykalny, rozumienie znaczenia słów, większą zdolność wykrywania błędów składniowych, a badania Mullendera-Wijnsmana – na poprawność w stosowaniu zasad ortografii. Ponadto w eksperymentach naukowych stwierdzono pozytywny wpływ sportu na rozumienie języka wśród uczniów szkół podstawowych oraz na umiejętność uczenia się drugiego języka. Wykazano, że niezależnie od wieku dziecka zwiększona aktywność fizyczna poprawia funkcje poznawcze, zwłaszcza w odniesieniu do pamięci roboczej, pamięci przestrzennej i elastyczności poznawczej (Rymarczyk 2019).

Oddalaj się od tego, co chcesz zdobyć, a to podąży za tobą

Ważne kwestie dotyczące uczenia się mózgu wyjaśnia także prawo dążenia i unikania, które mówi o tym, że zbliżamy się do tych ludzi i przedmiotów oraz dążymy do tych wydarzeń, które naszym zdaniem mogą zapewnić nam coś dobrego, natomiast unikamy tych, które mogą nam zaszkodzić. Można by zatem rzec, że naturalne dla człowieka jest zmierzanie ku przyjemności i unikanie bólu. W książce Nasz wpływowy i uległy umysł dr Tali Sharot przywołuje eksperyment Hershbergera. Zdaniem autorki celem badacza było sprawdzenie: 

Czy mózg został naprawdę tak zaprojektowany, że dążenie do osiągnięcia przyjemności połączone jest z zachowaniem polegającym na zbliżaniu się? Jeśli ta...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Polonistyka"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • Możliwość pobrania materiałów dodatkowych
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy