Теория устройства рабочей памяти человека (Theory of Working Memory)

Эта теория лежит в основе остальных, но на самом деле она не одна. Теорий, предполагающих, как устроена рабочая память, много. Ни одну из них нельзя назвать универсальной и исчерпывающей, хотя и сделаны они с опорой на научные эксперименты. К тому же учёные продолжают изучать эти процессы, так что какие-то теории могут подтверждаться, какие-то — опровергаться, а могут появляться и совершенно новые.

Среди наиболее известных сейчас теорий — мультикомпонентная модель рабочей памяти. Её разработали в 1970-х годах английские когнитивные психологи Алан Бэддели и Грэм Хитч. Теорию широко используют в описании высокоуровневых познавательных процессов — таких как решение задач, рассуждение и принятие решений.

Про что теория

Все теории устройства рабочей памяти пытаются объяснить, как мозг человека обрабатывает поступающую информацию в этот же момент (то есть здесь и сейчас) и как оперирует ею при решении различных мыслительных задач.

Главное правило: все теории сходятся в том, что объём рабочей памяти сильно ограничен. Поэтому из всего потока поступающей информации мозг фокусируется на отдельных элементах, а остальные отсекает как ненужные. Что проскользнёт мимо рабочей памяти, не попадёт и в долговременную.

На чём строится теория

Рабочую память называют ещё оперативной. И эти слова — «рабочая» и «оперативная» — указывают на сущность этого понятия точнее, чем слово «память». Потому что под рабочей памятью понимают не просто краткосрочное хранилище поступающей информации, а целый механизм того, как мозг её обрабатывает в моменте. Швейцарский когнитивный психолог Клаус Оберауэр, например, вообще считает рабочую память формой контролируемого внимания.

Читая сейчас этот абзац, вы одновременно осмысливаете его и соотносите с теми знаниями, которые у вас уже есть. Этим как раз и занята ваша рабочая память. Если вы одновременно включите какой-то подкаст или телевизор, то ваша рабочая память будет обрабатывать ещё и то, что вы будете слышать и видеть. Но не на всём вы сфокусируете внимание, что-то упустите.

Когда вы решаете какую-то задачу, её условия тоже крутятся в вашей рабочей памяти. Если алгоритм решения вам уже знаком, то вы просто извлечёте его из долговременной памяти в рабочую. А если вы только что его узнали, то впервые попытаетесь удержать его в рабочей памяти наряду с условиями задачи, и это, конечно, будет сложнее.

Алан Бэддели

Грэм Хитч

— информация

Кратковременная память

Рабочая память

Долговременная память

Теория Бэддели и Хитча, как и прочие теоретические модели рабочей памяти, подробно описывают, как устроены процессы работы с информацией. Теория предполагает, что рабочая память состоит из четырёх компонентов:

Рабочая память и кратковременная память — одно и то же?

Рабочая память — это скорее разновидность кратковременной. Кратковременную память можно условно назвать памятью «одного дня», а рабочую — памятью «конкретного процесса». Когда вы непосредственно узнаёте что-то новое (читаете, слушаете, смотрите) или заняты какой-то задачей (решаете уравнение, рисуете схему, пишете текст), этим занята ваша рабочая память. То, что вы узнали нового в течение дня, дальше хранится в вашей кратковременной памяти, а затем — при благоприятных условиях — переходит в долговременную.

Экспериментально доказано, что мозг может одновременно обрабатывать вербальную и образную информацию — допустим, слушая лекцию преподавателя, можно изучать и графики на его презентации. Но вот двойная нагрузка на одну и ту же систему обработки перегружает оперативную память, и производительность умственной деятельности падает. Например, сложно одновременно изучать графики на презентации и следить за схемой, которую преподаватель рисует на доске, — это двойная обработка образной информации. Сложно одновременно слушать лекцию и читать текст — это двойная обработка речевой информации.

Важный принцип работы оперативной памяти

Центральный управляющий компонент

Эпизодический буфер

(истории, ассоциации, прежние воспоминания)

Система обработки визуальной информации

(зрительно-пространственный набросок)

Жми на баблы, чтобы прочитать подробнее

Система обработки речи

(фонологический цикл)

Если говорить о средней норме, то в науке долго доминировало представление американского психолога Джорджа Миллера о формуле «7 ± 2». То есть рабочая память способна одновременно оперировать от пяти до девяти элементами (например, пять слов, семь букв алфавита, восемь десятичных чисел, девять двоичных). В 2001 году другой психолог, Нельсон Коуэн, посчитал, что формула вместимости ещё меньше — «4 ± 1», то есть от трёх до пяти элементов.

Но вообще объём оперативной памяти зависит от возраста (в детстве он совсем маленький, потом становится больше, а к старости уменьшается), а также от индивидуальных особенностей человека и его состояния в моменте: слишком большие умственные усилия и стресс способны истощить рабочую память, и для восстановления работоспособности потребуется отдых.

Сколько информации вмещает рабочая память

Где подробнее почитать о рабочей, кратковременной и долговременной памяти:

Это «руководящий центр», который регулирует когнитивные (мыслительные) процессы. Он отвечает за избирательное внимание и тормозит автоматические реакции. Благодаря ему вы сейчас можете фокусироваться на этом тексте, не отвлекаясь на что-то ещё. Или, наоборот, можете закрыть эту вкладку, если текст кажется вам скучным, и переключиться на что-то другое. А ещё этот центр координирует работу трёх остальных компонентов.

Центральный управляющий компонент

В модели Бэддели и Хитча этот компонент называется фонологическим циклом или фонологической петлёй. Это система обработки прежде всего вербальной информации — проще говоря, устной речи. Ваш слух распознаёт звуки, и мозг преобразует их в слова и их значение. А когда вы читаете текст, вы, скорее всего, мысленно проговариваете его про себя, поэтому задействуете ещё и звуковую (фонологическую) обработку тоже.

Система обработки речи

В модели Бэддели и Хитча это называется визуально-пространственным блокнотом или зрительно-пространственным наброском (в зависимости от перевода). Суть в том, что эта система обрабатывает всё, кроме речи, — прежде всего, визуальную информацию и окружающее пространство.

Система обработки визуальной информации

Это механизм, который связывает информацию, поступающую из разных сенсорных систем (слова, звуки, образы, даже запахи и вкусы), и формирует из них целостное мнемоническое образование — некую историю, событие из жизни, сцену из фильма и так далее. Он также связывает новую информацию с теми знаниями и воспоминаниями, которые уже хранятся в долговременной памяти. По мнению психолога, благодаря этому механизму у нас в сознании формируются новые концепции.

Эпизодический буфер

Теория когнитивной нагрузки (Cognitive Load Theory)

Теорию когнитивной нагрузки разработал в 1980-х годах австралийский психолог и педагог Джон Свеллер, почётный профессор Университета Нового Южного Уэльса. Главная сфера его исследовательских интересов связана с ограничениями рабочей памяти человека и последствиями этих ограничений для обучения. Свою теорию он сначала описал во множестве научных статей, а обобщил в книге, которая вышла в 2011 году в Нью-Йорке, — она так и называлась: Cognitive Load Theory («Теория когнитивной нагрузки»).

Джон Свеллер

Про что теория

Про то, как учесть ограничения рабочей памяти человека при подаче учебной информации и постановке учебных задач.

Главное правило: нагрузка на рабочую память должна быть адекватной, то есть не превышать возможности рабочей памяти. Чем больше перегруженности, тем меньше человек поймёт и запомнит из поступающей информации.

На чём строится теория

Эта теория строится на понимании, как устроена рабочая память человека и как мозг обрабатывает поступающую информацию, организуя её в когнитивные схемы в нашем сознании. Всё это можно назвать «когнитивной архитектурой» человека. На основе этих знаний Джон Свеллер даёт рекомендации, как подавать учебную информацию, чтобы учащиеся её поняли и запомнили.

Но поскольку наука не стоит на месте, для лучшего применения теории стоит следить за новыми открытиями. Например, раньше считалось, что у тех, кто уже имеет предварительные знания по теме, когнитивная нагрузка при работе с информацией по этой теме ниже, чем у тех, для кого это нечто совсем новое. Но недавно эксперимент показал, что у людей с предварительными знаниями когнитивная нагрузка больше, а не меньше.

Полезная информация

Лишняя информация

Виды когнитивной нагрузки

Автор теории делит когнитивную нагрузку на внешнюю, внутреннюю и релевантную. И даёт советы, как её оптимизировать для учащегося.

Когнитивной нагрузкой называется количество данных, которые требуется удерживать одновременно в рабочей памяти. Вы читаете этот текст — и это ваша когнитивная нагрузка. Если вы одновременно с чтением слушаете вполуха какой-нибудь подкаст или посматриваете на экран телевизора, это тоже создаёт вам когнитивную нагрузку.

Внешняя
когнитивная нагрузка

Что такое когнитивная нагрузка

Внутренняя когнитивная нагрузка

Что подробнее почитать о когнитивной нагрузке:

Релевантная когнитивная нагрузка

Жми на баблы, чтобы прочитать подробнее

Чудесный котик, да? Но он тут лишний, потому что отвлекает ваше внимание!

Извинити...

Это всё, что напрасно загружает оперативную память сверх самой учебной информации, то есть отнимает внимание, отвлекает и требует лишних умственных усилий. Например, иллюстрация, которую поместили в учебник только ради красоты, но без смысла. Или посторонние звуки. Или даже неудачный шрифт, который тяжело читать. Чем больше внимания уйдёт на эти мелочи, тем меньше усвоится полезной информации.

Что такое внешняя когнитивная нагрузка и как с ней поступать

Совет: внешнюю когнитивную нагрузку нужно снижать. То есть — поменьше отвлекающих, бесполезных и напрасно осложняющих факторов.

Это умственные усилия, которые нужны, чтобы понять учебную информацию. Степень этой нагрузки зависит от сложности темы, подготовленности учащегося и способа подачи информации. Например, если в тексте есть специализированные термины, то профессионал легко его поймёт, а новичку потребуются дополнительные усилия.

Что такое внутренняя когнитивная нагрузка и как с ней поступать

Совет: внутреннюю когнитивную нагрузку нужно оптимизировать. То есть стараться объяснить сложное проще, дробить большие темы на маленькие блоки и давать их поступательно.

Это непосредственно те умственные усилия, которые помогают разобраться в сути учебной информации и увязать её с уже имеющимися знаниями. Например, это учебные упражнения.

Что такое релевантная когнитивная нагрузка и как с ней поступать

Совет: эта нагрузка полезная, в ней как раз и заключается процесс познания. Её нужно увеличивать.

Человек лучше запоминает информацию, если у него одновременно активируются вербальная и образная подсистемы познания. При этом образы запоминаются легче, чем словесная информация.

Нужно сочетать слова с образами

Совет: сопровождайте текстовое и речевое объяснение образными картинками, схемами, диаграммами, инфографикой. С ними будет легче усвоить текстовую информацию.

Дело в том, что конкретную информацию проще представить образно. Вообразить, например, кота легко, а попробуйте представить в виде визуального образа, скажем, такое понятие, как «субъектность» или «парадигма».

Конкретная информация запоминается лучше абстрактной

Совет: абстрактную информацию по возможности старайтесь конкретизировать, дать для неё контекст и точные инструкции. Давая теоретическое правило, дайте к нему конкретный пример.

Запомнить вербальную информацию проще, если текстовое или речевое объяснение хорошо организовано.

В вербальной информации важна хорошая структура

Совет: используйте чёткие формулировки, выделяйте главную тему, делайте саммари и тезисный план — всё, что структурирует содержание и помогает понять связи между отдельными элементами текста.

Сплошной текст

Теория мультимедийного обучения (Multimedia Learning Theory)

Теорию мультимедийного обучения сформулировал в начале 2000-х американский когнитивный психолог Ричард Майер. Изначально теория применялась только для учебных презентаций и слайдовых курсов, но сейчас её принципы распространяют шире — на любой мультимедийный учебный контент. Майер описал свою теорию в книге Multimedia Learning. Впервые она вышла в 2001 году в Кембридже. С тех пор автор не раз дополнял её. В 2012 году выпустили второе издание книги, а в 2020-м — третье. Но на русском языке ни одно из них официально не публиковалось.

Ричард Майер

Про что теория

Про то, как сочетать в учебных материалах одновременно текст для чтения, картинки и устное объяснение (такое сочетание — и есть мультимедийность). А также — в целом о том, как сделать учебные материалы более доступными для понимания.

Главное правило: сочетать одновременно текст, картинки и устное объяснение нужно по особым принципам, а всю учебную информацию надо хорошо и логично структурировать, чтобы не перегружать рабочую память учащегося.

На чём строится теория

Майер продумал свою теорию, опираясь на теории рабочей памяти, когнитивной нагрузки и двойного кодирования. По сути, он их объединил и вывел из них детальные практические советы. Он также опирался на множество научных экспериментов. В результате Майер сформулировал 15 принципов организации учебного контента и организации знаний, но здесь мы сведём их максимально коротко к трём основным положениям.

Котик отвлекает внимание, уберём

Объём информации, который человек способен одномоментно обработать, ограничен.

Не пытайтесь загрузить «маленькую коробочку» рабочей памяти сразу множеством сведений и задач:

Разбивайте учебный контент на короткие и понятные блоки.

Помогайте учащемуся сориентироваться в потоке информации: выделяйте главное, располагайте информацию удобно и сделайте по ней понятную навигацию.

Учебную информацию человек воспринимает по двойному каналу — зрительному и слуховому, но сочетать текст, картинки и устное объяснение одновременно нужно по особым правилам.

Синхронизируйте вербальную подачу (в словах) и образную (в изображениях) — это облегчает восприятие и запоминание. Но не создавайте двойную нагрузку на один и тот же канал восприятия. Помните, что чтение текста — это ещё и внутреннее проговаривание.

Обучение — активный процесс, и учебные материалы должны ему способствовать.

Когда новая информация поступает в оперативную память, там идёт сложная работа: из всего потока мозг отбирает релевантную информацию, организует её в образные и вербальные ментальные модели, соотносит с теми знаниями, которые уже имеются в долговременной памяти, и присоединяет к ним. Мультимедийные учебные материалы должны помогать этому сложному процессу, а не мешать ему:

Позаботьтесь о том, чтобы в учебных материалах было лишь то, что помогает достигнуть целей обучения: ничего лишнего, отвлекающего внимание.

Позаботьтесь о том, чтобы учащимся всё было понятно в учебных материалах: если есть сложные для новичков термины, сразу объясните их, элементы картинки подпишите в самой картинке, а не где-то в стороне.

Идеальный вариант — сочетать показ визуальных изображений с одновременным устным объяснением.

Вариант похуже, но тоже допустимый — сочетать показ текстового объяснения с одновременным показом изображений.

Не стоит сочетать показ текстовых объяснений с одновременным устным объяснением — это перегружает оперативную память.

Что всё это значит в сухом остатке

Это, конечно, тоже очень упрощённое объяснение, а если хотите подробнее и глубже, то вот что можно почитать об этом:

Хотя в основе этих теорий лежит глубокая академическая база, нетрудно заметить, что все теории можно свести к простым истинам:

Объём рабочей памяти учащегося и так ограничен, поэтому его нужно экономить: в учебных материалах не должно быть ничего лишнего, ничто не должно отвлекать внимание от главного — самой учебной информации или самой учебной задачи.

Умственные усилия (когнитивную нагрузку) учащихся нужно оптимизировать: пусть их голова будет занята решением полезной учебной задачи, а не поиском значения непонятного термина или попыткой понять слишком абстрактно сформулированное определение.

Всё, что можно визуализировать, лучше визуализировать (образы запоминаются лучше слов), но не стоит использовать картинки только ради красоты — они должны передавать смыслы. Вербальную информацию лучше синхронизировать с визуальной.

Не стоит создавать двойную нагрузку на один и тот же канал восприятия (например, пускать устное объяснение одновременно с текстом на экране, потому что во время чтения человек внутренне проговаривает текст).

Информацию нужно излагать с учётом уровня подготовки учащегося, придавать ей удобную и логичную структуру, разбивать на небольшие блоки и давать учащимся понятную навигацию по ней.

Абстрактную информацию нужно конкретизировать и пояснять контекст.

Вроде бы всё это очевидно и даже банально, но на деле не так уж много учебных материалов соответствуют всем этим правилам.

Что эти теории значат
для педагогического дизайна

Мы попросили опытных методистов и методологов, специалистов по педагогическому дизайну, работающих в разных образовательных направлениях, поделиться, знакомы ли они с этими теориями, что думают о них и применяют ли при разработке образовательных программ.

— Эти теории можно считать основой педагогического дизайна. В мировой практике их довольно широко используют для разработки учебных материалов и курсов, хотя их распространённость может различаться в зависимости от страны и контекста образования. В США и некоторых европейских странах эти теории иногда являются обязательным материалом для изучения в вузах, где подготавливают учителей, и широко применяются в практике образования.

По моим наблюдениям, в России педагогический дизайн редко включён в учебные планы образовательных программ, направленных на подготовку будущих учителей (высшее и дополнительное профессиональное образование). Чаще всего такие программы подготовки включают курс по дидактике (теории обучения) с опорой на отечественные теории, которые близки по своему содержанию. У дидактики и педагогического дизайна есть как общие характеристики, так и отличительные.

Но, например, в Институте образования НИУ ВШЭ в рамках магистерской программы «Педагогическое образование» изучается целый блок дисциплин, связанных с педагогическим дизайном («Педагогический дизайн: теория», «Педагогический дизайн: практика», «Мотивационный дизайн» и другие).

Елена Чернобай

доктор педагогических наук, профессор Департамента образовательных программ Института образования ВШЭ

— В дидактическом дизайне (instructional design) и в дизайне учебного опыта (learning experience design) есть некоторое количество базовой теории, необходимой для того, чтобы компетентно проектировать обучение. Знания о том, как учится человек с точки зрения восприятия и обработки информации, а также запоминания и воспроизведения, — одна из таких важных основ.

С учётом скорости развития технологических возможностей когнитивная наука, в широком смысле охватывающая и уточняющая упомянутые теории, а также другие аспекты когнитивного процесса, становится незаменимым источником данных. Например, сегодня большинство исследований в области образовательного опыта (LXD) так или иначе затрагивает изучение когнитивного аспекта — либо объективно через измерения, либо субъективно через опыт учащихся. В School of Education мы также уделяем внимание этим темам, демонстрируем их практическую применимость в процессе проектирования.

Конечно, соблюдение всех рекомендаций на практике — дело очень трудозатратное и требует больших методических ресурсов. Поэтому многие образовательные программы далеки от совершенства. Но, скорее всего, благодаря развитию технологических инструментов для работы с контентом со временем создать правильный опыт обучения будет проще.

Соня Смыслова

сооснователь и куратор School of Education, автор книги «Проектирование образовательного опыта»

— Педагогические дизайнеры в первую очередь организовывают процесс обучения и учебные материалы так, чтобы лучше донести их до учащихся. Поэтому им обязательно нужно понимать, как работает память и что влияет позитивно и негативно на восприятие новой информации. Теории, упомянутые в этом спецпроекте, помогают в этом разобраться и способствуют созданию эффективных и когнитивно посильных программ обучения. Поэтому думаю, что всем, кто занимается проектированием образовательного опыта, полезно изучать и применять эти теории.

Например, мы в Skillbox при разработке нового формата обучения опирались на модель 4С/ID — о ней можно почитать в книге Йеруна ван Мариенбора и Пола Киршнера «Десять шагов комплексного обучения. Четырёхкомпонентная модель дизайна обучения», которую мы в Skillbox перевели и выпустили в 2023 году (в электронном виде её можно получить бесплатно). А в модель 4С/ID изначально была заложена теория когнитивной модели Свеллера. Также при составлении шаблонов и рекомендаций по составлению лонгридов и презентаций для видеоуроков мы опирались на теорию мультимедийного обучения Майера. Так что это всё не просто теоретические знания, а вполне прикладные.

Марина Харахордина

руководитель методического отдела Skillbox

— О теории когнитивной нагрузки и теории мультимедийного обучения я в своё время узнала от наставников в профессии, а до теории двойного кодирования дошла эмпирическим путём, создавая программы и ориентируясь не только на свои знания и опыт, но и на бенчмарки.

Я очень трепетно отношусь к learning journey (пути обучения) и стараюсь всегда проектировать его с опорой на когнитивную психологию, учитывая принципы работы человеческого мозга. Но, исходя из моего опыта в жюри профессиональных конкурсов, могу сказать, что далеко не все методологи, создающие сегодня обучающие решения, эти теории знают и применяют. Какие-то знания об основных принципах обучения передаются из уст в уста, но вряд ли кто-то вспомнит название теорий или их авторов. Есть основание полагать, что глубоких системных знаний по этим темам нет.

При этом не могу не отметить, что в последние годы чётко определяется тренд на развитие методологической компетентности, в частности в корпоративной среде.

Мария Провкина

директор проектов академии комплексных программ развития «СберУниверситета»

— Методисты, педагогические дизайнеры, методологи, возможно, знакомы с этими теориями, но внедряют их в практику курсостроения, по моим наблюдениям, единицы. Причём в большей степени это коллеги из академического сектора и EdTech. С другой стороны, опыт насмотренности сотен материалов по разным темам обучения дал мне понять, что создавать идеальные с точки зрения научного подхода учебные материалы невозможно. Иначе вы будете постоянно упираться в пресловутый «методический педантизм», который не позволит образовательному проекту развиваться. Практика развития моей методической мастерской наглядно подтверждает эту гипотезу. Но стремиться применять эти теории, конечно, нужно. Именно в стремлении заключается прогресс 🙂

Кстати, я считаю, что погружаться в эти теории совсем уж глубоко и академично нет необходимости. Проектировщики обучения — это не учёные, а как раз те специалисты, которые пожинают плоды научных деятелей и решают при помощи этих плодов практические задачи. Да и времени на глубокое погружение обычно нет. Поэтому удобно, когда есть возможность посмотреть где-то выжимку из разных научных источников — я, например, для этого развиваю библиотеку своего телеграм-канала для коллег.

Михаил Осипов

эксперт методического сектора «Университет Иннополис», руководитель трёх образовательных команд, автор телеграм-канала «Лаборатория онлайн-обучения»

— Многие образовательные теории преподают на курсах по образовательному дизайну. Но я знаю, что коллеги знакомятся с ними и путём самообразования. Я впервые столкнулась с ними на университетских лекциях, а затем углубляла свои знания, уже работая над проектами.

Я думаю, что тем, кто работает над образовательными продуктами, важно поддерживать баланс между теоретическими знаниями и практическим опытом. Если слишком закапываться в теорию, это может привести к излишнему перфекционизму и стремлению сделать идеальные курсы, соответствующие всем теориям. А это, как правило, невозможно.

Понимание основных когнитивных принципов, конечно же, поможет улучшить качество обучения, но не забывайте, что исследования говорят нам про очень «усреднённых» людей. Реальные же образовательные программы требуют адаптации под конкретную аудиторию. Необходимо учитывать потребности и мотивацию вашего сегмента учащихся. Например, вы можете внедрить в обучение сторителлинг, потому что это курс для творческой аудитории. Это увеличит когнитивную нагрузку, но зато возрастёт интерес и усвоение материала.

Думаю, что методисту важно быть в курсе теорий, исследований, использовать рекомендации из области когнитивной науки, но наша главная задача как профессионалов — уметь интегрировать их в практику, чтобы создавать крутые образовательные продукты.

Мария Баженова

методолог издательства «МИФ», соосновательница проекта для методистов LXD Hero

Редактор: Евгения Яковлева

Wikimedia Commons / University of York / Western University / The University of California

Корректор: Регина Аюпова

Выпускающий редактор: Алексей Степанов

Бильд-редактор: Ксения Воротовова

Арт-директор: Ольга Скворцова

© Skillbox Media, 2024

Дизайнер и иллюстратор: Полина Вари

Над проектом работали:

В проекте использованы фотографии: