Как уже было сказано, шаг 6 выполняется только в том случае, если в существующей документации или в учебных материалах отсутствует информация о моделях предметной области. В противном случае он нужен для того, чтобы результаты анализа послужили основой для дизайна обучения. В частности, конкретизированные модели предметной области могут помочь в дальнейшем развитии существующей последовательности классов задач с помощью прогрессии ментальных моделей, а также в разработке существенной части поддерживающей информации. Кроме того, выявление интуитивных ментальных моделей может повлиять на некоторые проектные решения.
Для изменения существующей последовательности классов задач можно использовать прогрессии ментальных моделей (см. раздел 6.1). Первый класс задач — это категория учебных задач, которые могут быть правильно выполнены на основе самой простой модели предметной области. Эта модель уже содержит наиболее представительные, фундаментальные и конкретные понятия и должна быть достаточно мощной, чтобы позволить формулировать нетривиальные учебные задачи для учащихся. Последующие, более сложные классы задач соответствуют последующим, более сложным моделям предметной области. В целом более сложные модели содержат больше различных типов элементов и больше связей между этими элементами, чем менее сложные модели (Mulder et al., 2011). Они либо добавляют сложности или детализации к прежним моделям, становясь их развитием, либо показывают альтернативные перспективы решения проблем в данной области. Каждая более сложная модель строится на основе предыдущих моделей. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнут нужный уровень проработки и не появится набор моделей, предлагающих различные точки зрения, которые лежат в основе конечного результата.
В таблице 9.2 приведен пример развития ментальной модели поиска неисправностей в электрических цепях (White & Frederiksen, 1990). Каждая модель позволяет учащимся решать задачи, которые могут возникнуть в реальной жизни. Причинно-следственные модели описывают принципы поведения электрических цепей и их компонентов, таких как батареи, резисторы, конденсаторы и т. д. Существуют три вида причинно-следственных моделей (от простых к сложным):
Модели нулевого порядка: связи наличия или отсутствия сопротивления, напряжения и тока с поведением цепи. Их можно использовать для ответа на такие вопросы, как «Будет ли гореть лампочка в этой цепи?».
Модели первого порядка: связи одних изменений с другими изменениями. Их можно использовать для ответа на вопросы типа «Увеличится ли в этой цепи напряжение при уменьшении сопротивления?».
Количественные модели: принципы, выражающие законы электричества, такие как закон Кирхгофа и закон Ома. Их можно использовать для ответа на вопрос «Каково напряжение в точках X и Y этой цепи?».
Таблица 9.2 Прогрессия ментальных моделей в области диагностики неисправности электроники.
Модели предметной области обеспечивают основу для разработки части поддерживающей информации, связанной с ментальными моделями:
Они могут быть представлены учащимся в явном виде, поскольку рассказывают о том, как обозначаются, строятся и работают вещи в определенной области (см. раздел 7.2). Для того чтобы убедиться, что модель предметной области понятна учащимся, для которых она предназначена, часто требуется образовательная спецификация.
Они могут помочь дизайнеру обучения найти примеры конкретных ситуаций, которые дают конкретные примеры классификации, организации и работы вещей (см. раздел 7.3). Эти примеры можно рассматривать либо как учебные задачи с максимальной продукто-ориентированной поддержкой, либо как иллюстрации ментальных моделей (см. рис. 7.2).
Они могут играть важную роль в обеспечении когнитивной обратной связи с учащимися, которых можно попросить сравнить свои собственные решения с представленной моделью предметной области (см. раздел 7.5). Например, если учащиеся написали научную статью, они могут сравнить структуру своей статьи с заданной структурной моделью (см. рис. 9.3) или с конкретной статьей из научного журнала в этой области. Если обучающийся пришел к диагнозу конкретной ошибки, он может проверить достоверность своего диагноза с помощью заданного дерева ошибок (см. рис. 9.4). Такие действия помогают учащимся проработать поддерживающую информацию и построить более точные ментальные модели.
Выявление интуитивных ментальных моделей у начинающих учащихся может повлиять на принятие решений по дизайну обучения. С этих моделей можно начинать при создании новых классов задач, чтобы предоставить достаточно большое количество классов задач — то есть последовательно двигаться от неэффективных интуитивных моделей через более эффективные, но все еще неполные и фрагментарные модели к более эффективным, более полным и более интегрированным моделям. Это позволяет учащимся тщательно сравнивать и сопоставлять на каждом уровне сложности новые, более мощные модели с предыдущими, менее мощными. В идеале интуитивные модели новичков постепенно замещаются научными моделями экспертов (ср. наивные модели Земли на рис. 9.5, которые постепенно становятся более точными слева направо). Однако следует подчеркнуть, что интуитивные ментальные модели могут быть весьма устойчивы (например, Steinberg et al., 1990). Что касается разработки поддерживающей информации, существование сильных интуитивных ментальных моделей может быть причиной выбора методов обучения, которые явно направлены на проработку новой информации:
Желательно представить относительно большое количество кейс-стади для иллюстрации модели предметной области, причем представить их с разных точек зрения. Например, при изучении модели Земли поддерживающая информация может быть представлена в виде спутниковых снимков Земли с разных точек зрения (всегда показывающих сферу, но с разными континентами), а при изучении приливов и отливов можно показать на конкретных примерах, что приливы и отливы в Атлантическом океане сильнее, чем в Средиземном море, и, таким образом, на них влияет не только относительное расположение Луны и Солнца по отношению к Земле, но и форма, размер и границы водоема.
Следует предпочесть индуктивно-описательные методы и методы управляемого открытия, поскольку они помогают учащимся пересмотреть существующие модели и построить более эффективные модели. Наводящие вопросы, такие как «Почему корабли исчезают за горизонтом?» и «Что произойдет, если двигаться по прямой и никуда не сворачивать?», могут помочь пересмотреть модель Земли. Такие вопросы, как «Когда бывает высокий прилив?» и «Когда бывает отлив?», могут помочь построить модель того, как происходят приливы и отливы.
Обратная связь через открытие должна стимулировать учащихся к критическому сравнению и сопоставлению их собственных моделей с более эффективными или более научными моделями. Учащиеся могут сравнить свою модель Земли с глобусом, а свои предсказания приливов и отливов — с фактическими измерениями, сделанными береговыми службами.
Ментальные модели описывают, как устроен мир, а когнитивные стратегии (глава 8) — как в этом мире организованы действия исполнителей задач. В «Десяти шагах» предполагается взаимная связь между ментальными моделями и когнитивными стратегиями — одно без другого бесполезно. Чем лучше организованы знания учащегося о конкретной области в терминах ментальных моделей, тем больше вероятность того, что он будет использовать когнитивные стратегии, ведущие к правильному выполнению задачи. Верно и обратное: чем мощнее ментальные модели, тем больше вероятность того, что когнитивные стратегии помогут выполнять задачи. Поэтому хорошо продуманное обучение всегда должно обеспечивать преподавание как SAP, так и моделей предметной области.
Согласно «Десяти шагам» разница между когнитивными стратегиями и ментальными моделями заключается прежде всего в их использовании, а не в том, как они представлены в памяти человека. Когнитивные стратегии, например, используют отношения времени для описания действий исполнителей задач, в то время как ментальные модели используют те же отношения для описания событий в мире. Когнитивные стратегии используют причинно-следственные связи для описания эмпирических правил, в то время как ментальные модели используют те же связи для описания принципов, применимых в определенной области. По сути, одно и то же представление может использоваться по-разному. Это хорошо иллюстрируется метафорой географической карты, которая, с одной стороны, дает представление о том, как выглядит географическая область (ментальная модель), а с другой — полезна для планирования маршрута из пункта А в пункт Б (когнитивная стратегия).
В «Десяти шагах» предлагается анализировать когнитивные стратегии (шаг 5) до анализа ментальных моделей (шаг 6), поскольку в существующей документации и учебных материалах SAP часто бывают недоописаны или даже полностью отсутствуют. В традиционном обучении принято сначала сосредоточиться на вопросах «что есть что» и только потом — на вопросах «как». В «Десяти шагах» все наоборот. Тем не менее, не существует определенного порядка анализа когнитивных стратегий и ментальных моделей. Если рассматриваемые учебные задачи описываются применением SAP (например, проектирование), то лучше начать с анализа когнитивных стратегий. Но если они описываются как рассуждения с использованием моделей предметной области (например, навыки диагностики), то лучше начать с анализа ментальных моделей.