Negen manieren om cognitieve belasting te verminderen tijdens multimedialeren

Feedback geven of bedenkingen formuleren? Lees misschien eerst deze disclaimer of Over deze blog.

Introductie

In vele artikels waarbij principes uit de cognitieve psychologie uitgangspunten zijn voor leren, komt het concept cognitive load aan bod. Zo ook in mijn voorgaande posts over  bedenkingen bij Minimal Guidance in instructie en Waarom studenten niet van onderwijs houden.
In de bespreking van dit artikel van Mayer en Moreno (2003) gaat het specifiek over hoe je cognitive overload kan vermijden in je les, terwijl je gebruik maakt van (gesproken) woord en beeld (multimediale instructie).
"Nine Ways to Reduce Cognitive Load in Multimedia Learning" bespreekt achterliggende theoretische principes en geeft negen concrete aanbevelingen voor toepassing in de praktijk, die gebaseerd zijn op gecontroleerd wetenschappelijk onderzoek.

Samenvatting en hypothese

In het artikel worden in eerste instantie een aantal aannames besproken met betrekking tot informatieverwerking in het menselijk brein gebaseerd op cognitief psychologische inzichten. Eén van die aannames is dat we twee kanalen bezitten voor het verwerken van verbale (auditieve) info enerzijds en die van beelden (visuele) anderzijds.

Hier komt echter eveneens het principe van cognitive overload om de hoek kijken: de gevraagde cognitieve verwerking overstijgt (kan overstijgen) onze cognitieve capaciteit (werkgeheugen; eigen toevoeging).

Vervolgens wordt aangegeven hoe deze overload vermijdbaar is door negen aanpassingen van en tips voor instructie.

Wat verstaan we onder multimedialeren en instructie?

Multimedialeren (MML) vindt plaats wanneer we leren van zowel woorden als beelden. Instructie gebaseerd op MML heeft als doel het leren te bevorderen (Op de site van The learning scientists vind je veel info over bewezen leerstrategieën. Eén daarvan is dual coding, studeren door gebruik te maken van woord en beeld. Op deze poster staat de essentie van zes leerstrategieën waaronder ook dual coding; eigen toevoeging). Bijvoorbeeld, een filmpje waarbij ook gesproken uitleg te horen is.

Betekenisvol leren wordt door de auteurs omschreven als leren waarbij we hoofdzaken kunnen onderscheiden, info organiseren en structureren en koppelen aan reeds bestaande kennis. Indien studenten betekenisvol geleerd hebben, komt dit tot uiting doordat ze verworven kennis gaan toepassen in nieuwe situaties en contexten. Betekenisvol leren is dan ook sowieso een zware belasting voor de beperkte capaciteit van ons werkgeheugen. Hoe kan MML bijdragen aan betekenisvol leren zonder dat er sprake is van een cognitieve overbelasting?

Werking van het menselijke brein

Dual channel assumption: de mens beschikt over twee aparte kanalen, voor enerzijds verwerking van woorden (gesproken of representaties ervan) en anderzijds visuele verwerking van beelden. Zie Figuur 1 waar beide kanalen geïllustreerd worden alsook de drie onderdelen betrokken bij informatieverwerking, namelijk het zintuiglijke geheugen, het werkgeheugen en het langetermijngeheugen (LTG).

Cognitive load theory: beide vermelde kanalen kunnen slechts een beperkte capaciteit aan info tegelijk verwerken, gebaseerd op de beperkte opslagcapaciteit gedurende een beperkte tijd van het werkgeheugen (maximaal 30 seconden en zeven items tegelijk; eigen toevoeging op basis van Driscoll, 2014).

Belasting door betekenisvol leren: dit is de cognitieve belasting nodig voor processen waarbij informatie actief verwerkt wordt, opgeslagen in schema's en gelinkt aan bestaande kennis.

Figuur 1 Overgenomen uit besproken artikel van Mayer en Moreno (2006). Beelden en woorden (gesproken of representaties ervan) worden gedurende erg korte tijd opgeslagen in ons zintuiglijke geheugen (een halve seconde; eigen toevoeging op basis van Driscoll, 2014) en, bijvoorbeeld, op basis van selectieve aandacht voor een specifiek woord of (deel van een) beeld doorgesluisd naar het werkgeheugen. In het werkgeheugen wordt van deze woorden en beelden een samenhangend 'geheel' geconstrueerd. Vervolgens krijgen deze gegevens betekenis door gekoppeld te worden aan kennis reeds opgeslagen in het langetermijngeheugen (deze info kan dan eveneens geïntegreerd worden in reeds bestaande schema's in dit LTG; eigen toevoeging op basis van Driscoll, 2014).

Waar aangenomen wordt dat het LTG en het zintuiglijke geheugen een zeer grote opslagcapaciteit hebben, is die van het werkgeheugen zoals gezegd erg beperkt.

Cognitive overload

Het aanbieden van zowel woorden als beelden in multimedialeren houdt het risico in dat de gevraagde belasting de beschikbare belastbaarheid (van het werkgeheugen) overschrijdt, zogenaamde cognitive overload. De totale cognitieve belasting wordt in het artikel in drie categorieën onderverdeeld:

• Essential processing (ook wel germane load): belasting door noodzakelijke verwerking van de data;
• Incidental processing (ook wel extraneous load): extra belasting, niet noodzakelijk. Bijvoorbeeld een presentatie met muziek op de achtergrond. Een gedeelte van de cognitieve belastbaarheid gaat verloren en is niet beschikbaar voor essential processing;
• Representational holding (ook wel intrinsic load): de lerende krijgt bijvoorbeeld een beeld te zien van boom. Op een volgende dia staat de woordelijke uitleg (beeld boom niet meer zichtbaar) en moet de student de representatie van de boom even in zijn werkgeheugen vasthouden.

Cognitieve overbelasting en hoe deze te verminderen

Scenario 1: Eén kanaal is overbelast door essential processing

Een lerende ziet beelden van een bepaald te bestuderen proces, onderaan loopt tegelijk begeleidende tekst. Hierdoor raakt het visuele kanaal overbelast, terwijl de verwerking van de gegevens noodzakelijk is, gaat slechts een gedeelte van de info verder verwerkt worden (het split-attention effect, Sweller 1999).

Mogelijke oplossing: verdeel de info over twee kanalen, door de woorden niet als tekst te laten verschijnen, maar als gesproken woord. Dezelfde hoeveelheid info wordt verdeeld tussen het auditieve en het visuele kanaal en overschrijdt daarmee de belastbaarheid van beide kanalen niet.

Scenario 2: Beide kanalen zijn overbelast door essential processing

Stel dat de informatie aan de lerende wordt aangeboden zoals in de vorige oplossing beschreven. De te verwerken info is echter zodanig complex dat de snelheid waarmee deze gepresenteerd wordt te hoog ligt. De lerende krijgt noch de tijd om de woorden noch de tijd om de beelden te verwerken.

Mogelijke oplossing 1: indien het onmogelijk is de complexiteit an sich te verlagen, kan er gewerkt worden door de info gesegmenteerd aan te bieden. Tussen bepaalde belangrijke onderdelen van het beeldmateriaal, worden pauzes ingelast, waardoor de lerende de tijd heeft voorgaande te verwerken alvorens een volgend onderdeel gestart wordt. De student zelf heeft de controle en kan op continue klikken om over te gaan naar een volgend segment.

Mogelijke oplossing 2: pretraining. Stel, studenten dienen niet alleen twee verschillende subonderdelen te kennen, maar ook hoe deze onderdelen vervolgens op elkaar inspelen, kan het in één stuk beeldmateriaal aanbieden van de componenten én hoe deze op elkaar inwerken de cognitieve belastbaarheid overstijgen. Indien studenten eerst de uitleg krijgen over de onderdelen, de namen ervan ... kan het vervolgens zinvol zijn hen gesproken beeldmateriaal te tonen waarbij de onderlinge samenwerking tussen de delen uitgelegd wordt.

Scenario 3: Eén of twee kanalen zijn overbelast door een combinatie van essential en incidential processing vereisten (overtollig materiaal)

In gesproken beeldmateriaal, verschijnen niet alleen noodzakelijke representaties van woord en beeld, maar er is ook sprake van extraneous load. Extra beelden, muziek, geluiden, ... die op zich niet essentieel zijn voor de verwerking van info.

Mogelijke oplossing 1: weeding of wieden. Je toegevoegde beelden of achtergrondmuziek kunnen mooi ogen maar dragen niet bij tot de essentie, namelijk informatie verwerken. Meer nog, doordat ze toch ruimte innemen in het werkgeheugen, kunnen ze deze verwerking zelfs verhinderen.

Dus, toon in je presentatie alleen die info die noodzakelijk is.

Mogelijke oplossing 2: signaling. Deze aanpak is zinvol wanneer het niet mogelijk is te wieden. Je gebruikt in de gesproken tekst of beelden, manieren om het essentiële te benadrukken. Door intonatie en nadruk in het gesproken woord, het gebruik van (gekleurde) pijlen die op beeldmateriaal de kern van de zaak aanduiden of door geschreven tekst te benadrukken door hoofdletters, kleur ...

Scenario 4: Eén of twee kanalen zijn overbelast door een combinatie van essential en incidential processing vereisten (wijze van presenteren)

Sterk gelijkend op scenario 4. daar was echter sprake van overtollig materiaal, hier gaat het om de manier waarop de gegevens aangeboden worden. Bijvoorbeeld, tekst die helemaal onderaan een beeldfragment staat en de bijhorende beelden bovenaan.

Mogelijke oplossing 1: letten op de uitlijning van woorden en beelden. We spreken in geval van een slechte uitlijning van seperated presentation. Bijvoorbeeld,  de opsomming van bepaalde delen van het menselijk lichaam staat rechts van een tekening met nummers. Hierbij moet de lerende constant switchen tussen het woord lezen, vasthouden in het werkgeheugen en het nummer vervolgens traceren op de tekening. Een oplossing is integrated presentation, waarbij de tekst letterlijk staat bij het corresponderende deel van de afbeelding (het verschil met signaling is dat het daar extraneous informatie betrof, terwijl het hier om essentiële info gaat).

Mogelijke oplossing 2: verwijder redundancy (overbodigheid, in deze context eigenlijk dubbel aanbod; eigen toevoeging). Hiervan is sprake indien er naast beelden, woorden op twee manieren worden aangeboden: zowel in tekstvorm als gesproken woord. Het combineren van gesproken woorden en tekst, neemt zodanig veel capaciteit weg zodat er van essentiële verwerking geen sprake kan zijn. Gesproken woord wordt beter begrepen door studenten dan een combinatie van gesproken woord en tekst, samen met beelden. Het verschil met weeding uit het vorige scenario, is dat het daar overbodige info was die verwijderd werd, terwijl het hier gaat over het vermijden van twee maal aanbieden van essentiële info. Indien er geen beeldmateriaal is, leren studenten beter van gesproken woord en ondersteunende tekst, dan van gesproken woord alleen (experiment wordt besproken in dit artikel van Moreno en Mayer, 2002)

Scenario 5: Eén of twee kanalen zijn overbelast door een combinatie van essential processing en representational holding

In dit scenario betreft het belasting behorend tot essentiële verwerking enerzijds en belasting door het vasthouden in het werkgeheugen van verbale of auditieve informatie anderzijds. De lerende krijgt bijvoorbeeld eerst een stuk audio te horen over een fenomeen, vervolgens wordt er doorgeklikt naar een dia met een bijhorende of verduidelijkende afbeelding. De student is nu verplicht de woorden vast te houden in zijn werkgeheugen terwijl hij de afbeelding tracht te verwerken. Hierdoor is er geen ruimte meer voor echt betekenisvol leren.

Mogelijke oplossing 1: synchronizing. Bied visueel en auditief materiaal tegelijk aan. Hierdoor dient er geen informatie vastgehouden/gerepresenteerd te worden in het werkgeheugen, waardoor er meer ruimte vrijkomt voor diepere verwerking van de inhouden. Indien het korte stukjes van gesproken woord (enkele seconden) betreft die afgewisseld worden met beeld is de belasting niet overdreven en betekenisvol leren mogelijk.

Mogelijke oplossing 2: individualiseren. Het betreft hier niet zozeer een instructiemethode met betrekking tot MML maar eerder het analyseren of de desbetreffende student in staat is om tijdelijk representaties van woord of beeld vast te houden. Voor bepaalde lerenden is het met betrekkelijk weinig mentale belasting mogelijk, tijdelijk representaties vast te houden en zodoende toch nog te komen tot betekenisvol leren (misschien omdat ze meer voorkennis bezitten waardoor ze hun werkgeheugen ontlasten door beroep te doen op hun LTG?; eigen toevoeging).

Conclusie

Betekenisvol leren vereist sowieso veel cognitieve capaciteit van de lerende. In instructie op basis van MML is het dan ook een uitdaging onnodige belasting te beperken. Dit met in het achterhoofd hoe het menselijk brein werkt.

Om instructie te verbeteren, dient er uitgegaan te worden van wetenschappelijk onderzoek over hoe mensen leren. Hiervoor moeten theoretische voorspellingen en hypotheses getest worden in een context van studenten en leren.

Referenties

Driscoll, M.P. (2014). Psychology of Learning for Instruction. Essex: Pearson Education Limited.

Mayer, R. E., & Moreno, R. (2003). Nine ways to reduce cognitive load in multimedia learning. Educational psychologist, 38(1), 43-52.