7.2 Предоставление SAP и моделей предметной области

Чтобы успешно работать над неповторяющимися аспектами учебных задач и таким образом учиться, нужна информация. Поддерживающая информация позволяет преодолеть разрыв между тем, что учащимся уже известно, и тем, что им нужно знать для работы над учебными задачами. Эту информацию преподаватели называют теорией, обычно она предоставляется через учебники и лекции. Поскольку в основе выполнения всех учебных задач в одном классе задач лежит один и тот же объем знаний, поддерживающая информация привязана не к отдельным учебным задачам, а к целым классам задач. Поддерживающая информация для каждого последующего класса задач дополняет или улучшает предыдущую поддерживающую информацию, позволяя учащимся делать то, чего они не могли делать раньше.

Поддерживающая информация относится к двум типам знаний. Во-первых, она включает когнитивные стратегии, которые позволяют систематически выполнять задачи и решать проблемы. Когнитивную стратегию можно представить как систематический подход к решению проблем (SAP; см. шаг 5 в главе 8), в котором указаны этапы выполнения задачи и правила, которые могут быть полезны для успешного завершения каждого этапа. Эту спецификацию SAP можно представить двумя способами. Она может быть представлена либо непосредственно в виде поддерживающей информации, которую учащийся изучает при выполнении учебных задач в рамках одного конкретного класса задач, либо в виде рабочего листа учебного процесса, который направляет учащегося при выполнении конкретной задачи (пример такой поддержки при решении задач приведен в разделе 4.7).

Кроме того, поддерживающая информация включает также ментальные модели, которые позволяют рассуждать в рамках области задачи. Ментальные модели можно описать как три различных типа моделей предметной области (см. шаг 6 в главе 9): концептуальные модели, определяющие те или иные вещи в предметной области, структурные модели, описывающие, как они организованы, и причинно-следственные модели, описывающие, как они работают. Ментальные модели области задач полезны для решения проблем только в том случае, если учащиеся также применяют полезные когнитивные стратегии. Точно так же когнитивные стратегии полезны только в том случае, если учащиеся обладают хорошими ментальными моделями области. Таким образом, между когнитивными стратегиями и ментальными моделями существует взаимная связь — они малоэффективны друг без друга. Следующие разделы рассматривают представление SAP и моделей предметной области.

Представление систематических подходов к решению проблем (SAP)

Из SAP учащиеся узнают о том, как лучше всего решать проблемы в данной области задач. SAP предоставляют обзоры этапов и, если нужно, подэтапов, необходимых для достижения конкретных целей и подзадач. SAP отображают хронологический порядок этих этапов и подэтапов и указывают, как конкретные этапы и подэтапы могут зависеть от результатов предыдущих этапов. Кроме того, приводятся эмпирические правила, которые помогают учащемуся достичь целей на каждом этапе или подэтапе.

На рисунке 7.1 приведен пример SAP для производителя видеоконтента. Этот SAP для «разработки истории» представляет собой блок-схему (также называемую SAP-схемой), в которой определенные этапы зависят от успеха или неудачи одной или нескольких предыдущих этапов. Согласно этому SAP, «создание раскадровки» происходит только в случае необходимости (например, для передачи сложных повествований со множеством визуальных элементов и переходов к команде или клиентам); в противном случае производитель видеоконтента только «уточняет сценарий». SAP в правой части рисунка 7.1 представляет собой дальнейшую спецификацию первой фазы SAP слева («определение цели видео») и изображает два подэтапа. Обычно вы представляете глобальные SAP для ранних классов задач и всё более подробные SAP с более конкретными подэтапами для более поздних классов задач.

Рис. 7.1 SAP для производства видеоконтента с акцентом на «разработку истории».

В нем описаны этапы решения проблемы (см. левую сторону), а также подэтапы и практические правила, которые могут помочь завершить каждый этап или подэтап (см. правую сторону).

SAP в правой части рисунка 7.1 также предоставляет некоторые полезные практические правила для определения целей клиента (т. е. цели этапа 1) и ключевого сообщения (т. е. цели этапа 2). Лучше всего дать предписывающую формулировку практических правил, например «чтобы сделать […], сделайте […]», и обсудить, почему, когда и как следует использовать эти правила. Кроме того, может быть полезно дать SAP названия (систематический поиск, метод разделенной половины, методические медицинские действия и т. д.), чтобы ссылаться на них в последующих педагогических материалах и при обсуждении с учащимися.

Методы обучения для представления SAP должны помочь учащимся установить, в процессе разработки (см. вставку 7.1), значимые связи между вновь представленными элементами информации (например, фазами, целями, правилами) и значимые связи между этими новыми элементами информации и уже имеющимися предшествующими знаниями. Для фаз в SAP выбранный метод или методы должны подчеркивать временную организацию целей и подцелей, которых должен достичь исполнитель задания. Например, когда учащиеся изучают SAP, инструкция должна объяснять, почему определенные фазы необходимо выполнять перед выполнением других фаз (например, «водный раствор необходимо нагреть до определенной температуры, прежде чем можно будет добавить реагент, потому что химическая реакция, которую вы хотите осуществить, зависит от температуры») или указывать на эффекты и проблемы перестановки фаз (например, «если вы сначала добавите реагент в водный раствор, а затем нагреете его, это приведет к связыванию реагента с определенной молекулой и потере его функции»). При представлении эмпирических правил учебные методы должны подчеркивать изменение взаимосвязи между «эффектом» — целью, которая должна быть достигнута, — и его «причиной» — что должно быть сделано для достижения этой цели. Например, инструкция может объяснять, как конкретные эмпирические правила приводят к определенным желаемым состояниям дел (например, «если вы добавите определенный реагент в водный раствор, то кальций выпадет в осадок из раствора»), или они могут предсказывать последствия использования — или неиспользования — конкретных эмпирических правил (например, «если вы не нагреете раствор, то реагент не будет работать, потому что работа реагента зависит от температуры»).

Представление моделей предметной области

Модели предметной области указывают, как организованы вещи в определенном мире (т. е. соответствующем предметной области), указывая соответствующие элементы в предметной области, а также отношения между этими элементами. Мы можем выделить три типа моделей: концептуальные, структурные и причинно-следственные.

Концептуальные модели являются наиболее распространенным типом встречающихся моделей. Они имеют концепции в качестве своих элементов, что позволяет классифицировать и описывать объекты, события и действия. Концептуальные модели помогают учащимся ответить на вопрос: что это? Например, знание о нескольких типах лекарств, методов лечения, побочных эффектах и ​​противопоказаниях, а также о том, как они отличаются друг от друга, помогает врачу определить возможности и риски, связанные с различными курсами действий. Знание различных типов сюжетных арок помогает производителю видеоконтента организовывать контент и вовлекать зрителя при написании сценария. Аналогично учебным методам представления SAP, методы представления предметных моделей должны помочь учащимся устанавливать значимые отношения между вновь представленными элементами. Таблица 7.1 суммирует некоторые популярные методы установления таких отношений.

Таблица 7.1 Восемь популярных методов обучения, подчеркивающих значимые взаимосвязи при представлении вспомогательной информации.

*Различные типы отношений более подробно рассматриваются в главах 8–9.

Важные методы представления концептуальных моделей включают (см. методы 1–4 в таб. 7.1):

Выделение более мелких идей. Если обсуждается концептуальная модель электрических цепей, вы можете выделить типичные виды цепей, такие как параллельная или последовательная (видовые отношения, поскольку параллельная и последовательная цепи являются видами цепей), и назвать типичные компоненты электрической цепи, такие как выключатель, резистор или источник энергии (отношения частей к целому).

Описание конкретной идеи в ее основных чертах или характеристиках. Представляя концептуальную модель интерфейса человек — компьютер, можно дать описание (то есть перечень характеристик) шлемов виртуальной реальности и перчаток для работы с данными (видовые отношения, поскольку шлемы и перчатки являются видами интерфейсов) и дать определение понятий «диалоговое окно» и «меню выбора» (отношения частей к целому, так как диалоговые окна и меню выбора являются частями интерфейса).

Представление более общей идеи или структуры для набора схожих идей. Например, если необходимо представить концептуальную модель управления процессом, можно указать, что общего у всех регуляторов (например, регуляторов температуры, потока, уровня). Часто это более всеобъемлющее, общее и абстрактное понятие, чем каждый из конкретных элементов. Если такая организационная структура представлена заранее, она называется предварительным организатором (Ausubel, 1960).

Сравнение и сопоставление набора схожих идей. Если обсуждается концептуальная модель итеративного компьютерного кода, можно сравнить и сопоставить работу различных видов циклических конструкций (например, циклы WHILE, REPEAT-UNTIL, FOR, и т.д.)

Структурные модели описывают связь друг с другом во времени или в пространстве объектов, событий или действий для достижения определенных целей. Они состоят из планов и отвечают на вопрос «Как это организовано?». Планы, указывающие, как действия или события связаны во времени, также называются сценариями (Custers, 2015). Такие структурные модели помогают учащимся понимать и прогнозировать события («Что и когда произойдет?»). Так, в медицине сценарии болезни позволяют врачу распознать конкретные симптомы, относящиеся к определенному заболеванию, предсказать, как будет развиваться болезнь, и определить план лечения, соответствующий диагнозу.

Пространственные планы называются также шаблонами и помогают учащемуся понять устройство тех или иных объектов («Как это устроено?»). В разработке программ знания о стереотипных шаблонах программного кода и их связях помогают программистам писать код для ПО. Методы, которые используются для выделения отношений в концептуальных моделях, можно использовать и для структурных моделей. Дополнительные методы представления взаимосвязей в структурных

моделях включают (см. методы 5 и 6 в таб. 7.1):

объяснение относительного расположения элементов во времени или пространстве. Если представлена структурная модель научной статьи, необходимо объяснить, как должны быть связаны основные части статьи (например: заголовок, аннотация, введение, метод, результаты, выводы и обсуждение) и их подразделы (например, в разделе «Метод»: участники, материалы, процедура и т. д.), чтобы статья достигала своих целей (то есть наглядности, понятности, повторяемости);

предсказание последствий перестановки элементов. Представляя структурную модель компьютерных программ, можно указать, как повлияет перестановка определенных частей кода на работу программы.

Причинно-следственные модели занимаются влиянием объектов, событий и действий друг на друга. Они помогают учащимся интерпретировать процессы, давать объяснения и делать прогнозы.

Такие модели отвечают на вопрос «Как это работает?». Простейшая причинно-следственная модель, которая связывает действие или событие с последствиями, называется принципом. Принцип позволяет учащимся предсказывать последствия конкретных изменений («если А, то Б») или делать умозаключения, объясняя явление как следствие конкретного изменения («если произошло Б, то было А»). Принципы могут относиться к самым общим изменениям — тогда они могут принимать форму законов (закон спроса и предложения, закон сохранения энергии) — или к конкретным событиям в одной технической системе («Открытие клапана C приводит к увеличению подачи пара в компонент X»).

Причинно-следственные модели, которые объясняют природные явления через взаимосвязанный набор принципов, называются теориями; причинно-следственные модели, которые объясняют работу искусственных систем, называются функциональными моделями. Например, знания о том, как функционируют компоненты химической установки и как каждый компонент влияет на все другие компоненты, помогают операторам процесса в их задачах по устранению неполадок. Для представления причинно-следственных моделей, дополнительными методами к стрессовым отношениям являются (см. методы 7 и 8 в таблице 7.1):

Прогнозирование будущих состояний. Если обсуждается метеорологическая модель, можно дать прогноз погоды в заданных ситуациях.

Объяснение конкретного положения дел. Если обсуждается теория о том, почему определенные объекты подвержены коррозии, можно указать факторы, вызывающие коррозию одного металла, например железа, и не вызывающие коррозию другого металла, например нержавеющей стали.

Обратите внимание, что методы объяснения в таблице 7.1 не предоставляют никакой «практики» для учащихся, поскольку они явно не стимулируют учащихся активно обрабатывать новую информацию. Методы обычно используются в текстах объяснения и традиционных односторонних лекциях. Огромное количество образовательной литературы по написанию учебных текстов и подготовке учебных презентаций обсуждает гораздо больше методов объяснения, чем те, что представлены в Таблице 7.1 (например, Hartley, 1994). Мы хотим подчеркнуть, что, хотя «Десять шагов» признают важность стратегий приобретения знаний, таких как желаемые трудности (Bjork, 1994) и стратегии генеративного обучения (Fiorella & Mayer, 2016; Wittrock, 1989), они не отдают им приоритета по сравнению с практикой выполнения всей задачи и индуктивным обучением. «Десять шагов» написаны с точки зрения того, что образование традиционно слишком фокусировалось на приобретении знаний вместо развития сложных навыков для выполнения задач. В то время как книги полны методов стимулирования запоминания и понимания, «Десять шагов» не считают эти методы достаточными для развития сложных навыков. Вместо того, чтобы начинать проектирование с описания поддерживающей информации и выбора методов обучения для получения необходимых знаний, «Десять шагов» считают эти методы вспомогательными для развития сложных навыков, рассматривая их только после проектирования учебных задач. Поэтому мы не будем подробно обсуждать здесь такие методы, как извлечение или интервальная практика. Однако, чтобы удовлетворить заинтересованных читателей, мы представляем таблицу 7.2, в которой описаны восемь видов генеративного обучения, представленных Логаном Фиореллой и Ричардом Майером (2016), которые могут способствовать разработке, требуя от учащихся активного преобразования — когнитивного, а иногда и физического — новой информации во что-то другое; например, для выражения смысла недавно представленной информации «своими словами» или преобразования словесной информации (например, текста или лекции) в визуальное представление (например, концептуальную карту или изображение).

Таблица 7.2 Восемь генеративных стратегий обучения Fiorella & Mayer, 2016.