Как эмоции учащихся связаны с когнитивной нагрузкой и успеваемостью

То, что эмоции, которые люди испытывают в процессе обучения, влияют на его результаты, вряд ли новость для опытного преподавателя. Но каким именно образом связаны эмоции и познание? И главное, как это можно использовать в учебном процессе?

Исследователи из Мельбурнского университета (Австралия) решили изучить этот механизм с точки зрения теории когнитивной нагрузки Джона Свеллера. Подробно мы рассказывали о ней здесь и здесь, а сейчас коротко повторим суть. Идея в том, что рабочая память человека может одновременно обрабатывать только очень ограниченный объём информации, и учебный процесс нужно выстраивать с учётом этой ограниченности, то есть не перегружая рабочую память учащихся. Количество информации, которую учащийся должен удерживать в памяти, когда решает задачу, читает учебник или слушает лекцию, называется когнитивной нагрузкой. Она бывает трёх видов:

• Внутренняя когнитивная нагрузка связана с самой информацией, которую нужно обработать, — то есть с содержанием учебного материала. На этот вид нагрузки влияет сложность изучаемой темы или решаемой задачи, а также предварительные знания учащихся.
• Внешняя когнитивная нагрузка относится не к содержанию, а к форме учебного материала — способу представления информации. Так, запутанные рассуждения затрудняют понимание даже несложной концепции, сложный или слишком пёстрый шрифт в презентации заставляет прилагать лишние усилия, чтобы прочитать его, или быстро утомляет. Также в этот вид когнитивной нагрузки включают дополнительные умственные усилия, требуемые от ученика (например, если чтобы понять схему, нужно сначала найти в учебнике пояснения к ней), и отвлекающие внешние стимулы (фоновый шум в аудитории и так далее).
• Релевантная когнитивная нагрузка включает в себя ресурсы, способствующие обработке информации, — например, алгоритм или образец для решения сложной задачи. Правда, сейчас всё больше исследователей, в том числе сам Джон Свеллер, склоняются к тому, что этот вид когнитивной нагрузки не представляет собой отдельную категорию, а относится к внутренней.

Итак, австралийские исследователи поставили себе целью выяснить, какие связи существуют между эмоциями, когнитивной нагрузкой и учебными результатами по математике. Для этого они провели исследование среди школьников, а его результаты представили в статье для научного журнала «Обучение и индивидуальные различия» (Learning and Individual Differences). Пересказываем, что выяснили исследователи и какие выводы стоит взять на заметку педагогам.

Какое место занимают эмоции в теории когнитивной нагрузки

В теории когнитивной нагрузки эмоции обычно рассматривают в четырёх аспектах:

• Как внешнюю когнитивную нагрузку, когда испытываемые учащимся эмоции занимают и без того ограниченные ресурсы рабочей памяти. Есть доказательства, что испытываемая человеком физическая боль повышает когнитивную нагрузку в процессе обучения. Согласитесь, трудно следить за тем, что говорит лектор, если вы в это время страдаете от головной или зубной боли, например. Также доказано, что отрицательные эмоции, вызванные социальной изоляцией, затрагивают те же области мозга, что и физическая боль. Поэтому, как полагают исследователи, негативные переживания могут действовать на когнитивную нагрузку таким же образом, как болевые ощущения.
• Как внутреннюю когнитивную нагрузку, если само обучение посвящено регуляции эмоций. Тогда эмоции, которыми человек пытается управлять, относятся к учебной задаче.
• Как фактор, влияющий на учебную мотивацию, — готовность прикладывать мыслительные усилия, чтобы разобраться в теме, решить задачу и так далее. Через мотивацию эмоции тоже действуют на внутреннюю когнитивную нагрузку: благодаря приятным эмоциям учебная задача может показаться учащимся более простой, чем есть на самом деле, а благодаря неприятным, наоборот, более сложной.
• Как фактор, непосредственно влияющий на рабочую память. Согласно теории «Расширения и построения» (англ. Broaden-and-build) Барбары Фредриксон, негативные эмоции сужают спектр доступных человеку мыслей и действий, направляя их исключительно на избавление от стрессовых факторов. А положительные эмоции, наоборот, расширяют этот спектр, и человек мыслит более открыто, проявляет любопытство и креативность, свободно экспериментирует и сотрудничает с другими людьми. Некоторые исследователи полагают, что, благодаря этому эффекту расширения, мозг эффективнее обрабатывает новую информацию (то есть человек лучше её понимает и запоминает) и лучше оперирует информацией, хранящейся в долговременной памяти (а это нужно для того, чтобы извлечь предыдущие знания и ассоциации, важные для усвоения новой темы).

Авторы нового исследования сфокусировались на первом и последнем аспектах. Их гипотезы состояли в том, что болезненные переживания (такие как страх, стыд, одиночество) связаны с повышением внешней когнитивной нагрузки учащихся, поэтому в таком состоянии им труднее выполнять учебные задачи. Также они предположили, что позитивные эмоции, которые по теории Барбары Фредриксон расширяют когнитивный «репертуар», помогают учащимся управлять внешней когнитивной нагрузкой — в результате она снижается, а ресурсы рабочей памяти освобождаются для обучения.

Этот механизм исследователи изобразили на гипотетической модели:

Как проходило исследование

Чтобы проверить гипотезы, исследователи провели эксперимент с участием 342 учеников 7-х и 8-х классов из трёх австралийских школ.

За несколько дней до основного этапа эксперимента школьников попросили пройти математический тест, чтобы оценить уровень их предварительных знаний. После этого в рамках урока математики ученики посмотрели три коротких (на 1–3 минуты) обучающих видео. В первом видеоуроке объяснялось решение самых простых уравнений в одно действие, во втором — уравнений в два действия, а в третьем — системы уравнений с двумя переменными. Видеоуроки специально расположили от простого к сложному, чтобы внутренняя когнитивная нагрузка учеников постепенно возрастала.

После просмотра участники заполнили анкету для самооценки внешней, внутренней и релевантной когнитивной нагрузки, которую испытали при просмотре каждого видео. Также школьники прошли опрос PANAS-C — это версия шкалы позитивных и негативных эмоций для детей и подростков, она включает 12 положительных и 15 отрицательных эмоциональных состояний. Однако для этого эксперимента исследователи сократили список негативных эмоций, оставив из них только шесть, связанных с психологической болью: «печальный», «расстроенный», «несчастный», «пристыженный», «испуганный», «одинокий». Каждый участник оценил по шкале от 1 до 5, насколько то или иное состояние близко ему в данный момент.

После заполнения анкет ученики прошли ещё один математический тест, чтобы исследователи оценили результаты обучения по видеоурокам.

Что обнаружили исследователи

Результаты эксперимента подтвердили гипотезы исследователей лишь частично. Как и предполагалось, школьники, которые испытывали отрицательные эмоции, демонстрировали более высокую внешнюю когнитивную нагрузку, чем другие участники исследования. А это значит, что им было труднее вникать в тему. В свою очередь, это отразилось на учебных результатах — с итоговым тестом эти ученики справились в среднем хуже, чем их ровесники.

По словам авторов исследования, этот результат говорит о том, что болезненные психологические переживания могут стать дополнительной нагрузкой на рабочую память. Или они могут помешать учащимся использовать имеющиеся у них умственные ресурсы, чтобы справиться с внешней когнитивной нагрузкой.

Однако исследователи не обнаружили значимой связи между положительными эмоциями и внешней когнитивной нагрузкой. То есть хорошие эмоции внешнюю когнитивную нагрузку не уменьшали. Но при этом результаты обучения у школьников, чувствующих себя счастливыми, оказались выше, чем у остальных. Учёные объяснили это так: связь между позитивными эмоциями и обучением оказалась прямая, не имеющая отношения к внешней когнитивной нагрузке.

Если положительные эмоции не влияют на внешнюю когнитивную нагрузку, то каким образом они действуют на обучение? Авторы считают, что для объяснения этого механизма нужны дополнительные исследования. Возможно, дело в мотивации: чувствующий себя счастливым школьник готов приложить умственные усилия, чтобы понять материал и решить учебную задачу, тогда как устремления психологически угнетённого ученика направлены на решение совсем других проблем. А может быть, связь вообще обратная: само обучение вызывает положительные эмоции, когда школьнику оно нравится и он всё схватывает на лету.

По итогам эксперимента исследователи скорректировали первоначальную модель, чтобы отразить выявленные связи.

Что стоит учесть педагогам и методистам

В первую очередь авторы исследования рекомендуют обучать школьников стратегиям эмоциональной регуляции, проще говоря — управлять своими эмоциями. Из результатов эксперимента следует, что это важно не только для психологического благополучия школьников и позитивной атмосферы в классе, но и для успеваемости. Также, по словам исследователей, хорошо бы вызывать у подростков положительные эмоции перед тем, как они приступят к трудным учебным задачам.

Несколько рекомендаций для педагогов на основе этого эксперимента сформулировал бывший учитель, а теперь известный в Великобритании популяризатор когнитивных наук в сфере образования и автор блога Learning & the Brain Эндрю Уотсон. Он предлагает учителям исходить из таких предпосылок:

• Результаты исследования говорят в пользу того, что эмоции и мышление не существуют обособленно — они переплетаются и влияют друг на друга.
• Исследование показало, что ученики, испытывающие негативные эмоции, также испытывают повышенную когнитивную нагрузку. Однако дизайн исследования не позволяет установить причинно-следственную связь: это отрицательные эмоции повышают когнитивную нагрузку или высокая когнитивная нагрузка вызывает отрицательные эмоции? А может быть, связь двунаправленная? Но знать об этом эффекте в любом случае важно.

На основе этого, считает Уотсон, можно составить набор гибких педагогических стратегий. Так, если ученики пришли на занятие расстроенные или просто не в настроении, очевидно, что их рабочая память не в тонусе. Значит, имеет смысл начать урок с простого учебного материала и несложных задач. И наоборот — если школьники никак не включаются в работу на уроке, это может быть симптомом каких-либо эмоциональных проблем, которые они испытывают. Тогда учителю стоит уделить этому внимание и разобраться в ситуации прежде чем продолжать объяснять тему.

Подводя итог, Эндрю Уотсон называет связь между эмоциями и мышлениями «улицей с двусторонним движением». Если ученик расстроен, он, скорее всего, испытает сложности с учебной задачей. Если ученик не может решить задачу, это, вероятно, его расстроит. Подобный механизм обнаружен и в исследовании 2023 года среди немецких школьников, только он касался отметок: полученные учениками баллы влияли на их настроение, а настроение, в свою очередь, влияло на веру в себя, старания и дальнейшие отметки.

Таким образом, по словам Уотсона, простых ответов и универсальных решений в этой области не найти. Вместо этого следует учитывать сложные взаимоотношения между эмоциями и когнитивными способностями и принимать педагогические решения в зависимости от ситуации.