Cognitive load theory in samenwerkend leren

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

Introductie

Veelal wordt het principe van Cognitive load theory (CLT) beschreven in het kader van de individueel lerende student. In de context van samenwerkend leren, of dat nu face-to-face is of asynchroon online, is er daarentegen nog niet veel onderzoek gebeurd of onderwijs onderworpen rekening houdend met de principes van de CLT. Mogelijks vormt deze 'gezamenlijke' cognitieve belasting mede een verklaring waarom samenwerkend leren niet altijd leidt tot de prestaties die we ervan zouden verwachten.

Evolutiepsychologie, Menselijke cognitieve architectuur en ontwerpen van instructie

Evolutiepsychologie en onderwijs

Er valt een onderscheid te maken tussen biologisch primaire kennis (BPK) en biologisch secundaire kennis (BSK). BPK is kennis die we over generaties heen verwerven. Deze verwerving gebeurt veelal niet in formele onderwijssettings en kost vrij weinig cognitieve inspanning (gebeurt vaak zelfs onbewust). We denken hierbij aan leerprocessen als imitatie, het aanleren en spreken van een eerste taal, ... Het betreft hier generieke cognitieve skills.

In geval van BSK, gaat het om het aanleren van domein specifieke vaardigheden, wat meestal plaatsvindt in een formele onderwijscontext en waarbij expliciete instructie noodzakelijk is. BPK is nodig als hefboom om deze secundaire skills aan te leren en we kunnen aannemen dat dit ook zo is in het geval van samenwerkend leren (SL).

Menselijke cognitieve architectuur

• Om adequaat te kunnen functioneren, dient er een massa aan kennis (BPS en BSK) opgeslagen te zijn in ons langetermijngeheugen (LTG);
• Veel van onze info verwerven we via anderen en herorganiseren we vervolgens op basis van onze eigen voorkennis;
• Indien er geen andere bronnen voor handen zijn (alleen in dat geval aangewezen) verwerven we kennis door (random) primaire generieke oplossingsstrategieën te hanteren;
• Ons werkgeheugen is beperkt in tijd en ruimte voor nieuwe kennis. Deze limieten kunnen deels opgeheven worden door samen te werken en de creatie van een collectief werkgeheugen;
• De beperking van ons werkgeheugen geldt niet voor info die we uit ons LTG ophalen om te gebruiken in dit werkgeheugen. Onderwijs zou er dus in eerste instantie dienen op gericht te zijn zo veel mogelijk BSK op te slaan in het LTG voor later gebruik.
• Het samen creëren en uitwisselen van informatie, in relatie met anderen (peers en lesgevers) kan hierbij een hulpmiddel zijn.

Ontwerp van instructie

Cognitive load (CL), is de hoeveelheid belasting die er gelegd wordt op het werkgeheugen in het uitvoeren van een leertaak. Hierbij wordt er uitgegaan van een werkgeheugen enerzijds en een LTG anderzijds.

CL kan verder onderverdeeld worden in twee categorieën (soms wordt er een derde aan toegevoegd, germane load, maar er is veel overlap tussen germane en intrinsic load, het artikel beschouwt dit als één geheel):

• Intrinsic load: de belasting eigen aan de te leren taak. Deze belasting is groter naargelang de complexiteit van de opdracht. Dit wordt, bijvoorbeeld, bepaald door hoeveelheden aan nieuwe gegevens die tegelijk dienen verwerkt of gelinkt te worden ... Voorkennis speelt hier een belangrijke rol. Zoals vermeld onder punt 5 van de 'menselijke cognitieve architectuur', gelden de beperkingen van ons werkgeheugen niet voor info die opgehaald wordt uit het LTG. Dien je een zin in een vreemde taal te schrijven en liggen de grammaticale regels reeds opgeslagen in ons LTG, zal het schrijven van die zin minder intrinsic load met zich meebrengen;
• Extraneous load: dit is belasting voor het werkgeheugen die het overbrengen van de nieuwe info met zich meebrengt. Deze dient door de lesgever onder controle gehouden te worden. de belasting is dus niet rechtstreeks gerelateerd aan de inhoud of complexiteit van de taak zelf. In het artikel wordt het voorbeeld gegeven van werken met uitgewerkte voorbeelden bij het oplossen van problemen, waarbij de strategie stap voor stap uitgewerkt wordt. Dit in tegenstelling tot wanneer studenten het probleem zélf dienen op te lossen, waarbij ze meer random generieke probleemoplossingen dienen te gebruiken wat meer extraneous load met zich meebrengt.

Relatie met samenwerkend leren

In samenwerkend leren, krijgen twee of meer studenten een bepaalde (al dan niet helder omschreven) leertaak voorgeschoteld, waarbij ze in samenwerking domeinspecifieke kennis trachten te verwerven door de leertaak tot een goede einde te brengen.

Samenwerkend leren is voordelig, indien de leertaak op die manier voor de individuele groepsleden minder extraneous load met zich meebrengt dan wanneer ze de opdracht alleen dienden af te werken.

Dit kan, als we ervan uitgaan dat er een soort van collectief werkgeheugen ontstaat, waarbij de individuele werkgeheugens ontlast worden, doordat er een uitwisseling plaatsvindt van gedeelde schema's van kennis (uit het LTG) van de verschillende groepsleden. Samenwerking krijgt zo de functie van scaffolding (het aanbieden van steigers: je biedt tijdelijk voldoende hulp zodat een lerende een 'niet uit te voeren taak' toch kan afwerken; eigen toevoeging).

Lerenden dienen hierbij aangemoedigd te worden te steunen op elkaar bij het uitvoeren van de leertaak en om informatie aan elkaar uit te wisselen.

Een dergelijk collectief werkgeheugen kan ook bekomen worden op basis van Computer Supported Cognitive Learning (CSCL).

Samenwerkend leren en evolutionaire categorieën van kennis

Samenwerken kan (mede door het bestaan van taal) gezien worden als een biologisch primaire vaardigheid. Dat wil echter niet zeggen dat samenwerken steeds effectief en efficiënt verloopt. Dit geldt misschien zeker in de context van CSCL, waar mimiek, lichaamstaal ... niet aanwezig zijn. SL is anders in verschillende contexten, en kan soms aangewezen zijn en soms ook niet.

Indien de groepsgenoten een erg verschillend niveau van voorkennis hebben en geen ervaring in het samenwerken (maken van afspraken, delen van kennis, ...) of hierin niet begeleid worden, gaat het groepswerk op zich zorgen voor extraneous load en wordt het aanleren van biologisch secundaire skills net bemoeilijkt in plaats van gefaciliteerd.

Dit is ook gebleken in onderzoek naar de effectiviteit van CSCL, welke hoger was in een context waarin deze voorzien waren van duidelijk gestructureerde scripts voor de deelnemers.

We dienen dus in ons achterhoofd te houden, dan zowel leren samenwerken als het verwerven van domeinspecifieke skills een doel kunnen zijn, maar dat de ene eigenlijk extraneous load kan zijn voor de andere doelstelling.

Maar samenwerkend leren kan dus wel degelijk effectief zijn, wanneer lerenden individueel onvoldoende voorkennis hebben en hun cognitieve belasting te groot zou zijn én ze beschikken over de vaardigheden om samen te werken. Ook wanneer ze voldoende voorkennis hebben, maar geen ervaring in samenwerken, kan SL voordelig zijn.

Echter, indien ze én voldoende voorkennis hebben én ervaren zijn in het samenwerken, kan het zogenaamde expertise reversal effect optreden (het feit dat een expertn vergeleken met een novice, net géén positief effect ervaart van een bepaalde instructiemethode, zie ook in mijn samenvatting over 'minimal guidance', onder de alinea 'Onderzoek waarin guided en unguided instruction met elkaar vergeleken worden'; eigen toevoeging).

Ook communicatie en coördinatie in SL kunnen onderverdeeld worden in biologisch primair (zoals bijvoorbeeld het lezen van non-verbaal gedrag) en specifiek school, biologisch secundaire activiteiten. Primaire vormen van communicatie zullen minder CL veroorzaken.

Ook het kanaal waarlangs gecommuniceerd wordt speelt een rol: face-to-face kanalen, waarbij er mogelijkheid is tot mimiek, zullen cognitief minder belastend zijn.

Coördinatie en communicatie

In een groep dienen afspraken gemaakt te worden over taakverdelingen, omgaan met conflicten, bereiken van consensus en stappenplannen. Ook coördinatie en communicatie hebben invloed op de CL. Dit kan zelfs van die aard zijn, dat de winst in het werkgeheugen door samen te werken, kan teniet gedaan worden. Bijvoorbeeld als de deelnemers niet weten hoe samen te werken, afspraken niet duidelijk zijn of ze krijgen een taak toebedeeld die ze niet kunnen uitvoeren. Groepen van lerenden die ervaring hebben in het samenwerkend leren, mogen verondersteld worden beter te presteren in een andere leertaak waarin SL als werkvorm gehanteerd wordt.

Binnen CSCL bestaan er tools die hierbij (bijvoorbeeld het in kaart brengen van elkaars expertise) ondersteunend kunnen zijn voor de groep en aldus hun CL kunnen helpen verminderen.

De context van samenwerkend leren

Deze context is de interactie tussen de leertaak, het individu en het team.

Kenmerken van de leertaak: kan een project, probleem, taak ... zijn. Dient net moeilijk genoeg te zijn om SL te bevorderen en te rechtvaardigen. In een leertaak, en zeker in het geval van SL, dient er voldoende ondersteuning en begeleiding te zijn. Dit kan in het geval van CSCL zijn door het gebruik van scripts.

Ondersteuning kan gericht zijn op zowel het proces als het product en zorgt ervoor dat de hoeveelheid extraneous cognitive load beperkt wordt;

Kenmerken van de individueel lerende: het betreft hier vooral het niveau van domeinspecifieke kennis en ervaring van de lerende in samenwerken. De cognitieve belasting (door search-based problem solving) zal voor 'novices' hoger zijn dan voor lerenden die reeds ruime voorkennis hebben, omdat deze beter beroep kunnen doen op hun gedeelde expertise. Er kan wel een grotere toename zijn in collectief werkgeheugen bij novices. Hetzelfde geldt voor groepen waarin de lerenden weinig of geen ervaring en skills hebben verworven in het SL; voor hen zal de cognitieve belasting door het afspraken maken, coördineren ... groter zijn.

Kenmerken van de groep: Des te groter de groep, des te moeilijker de samenwerking tussen de verschillende leden zal zijn en des te kleiner de kans op effectief leren. De coördinatie en communicatie tussen de leden zal immers een grotere belasting vormen. Deels wordt dit gecompenseerd door een groter collectief werkgeheugen.

Het toekennen van teamrollen (notulist, voorzitter, ...) kan eveneens zorgen voor een reductie in cognitieve belasting. Wat betreft de samenstelling van teams, kunnen novices er baat bij hebben deel uit te maken van teams waarin eveneens experten aanwezig zijn (ze kunnen beroep doen op hun voorkennis). Experten hebben minder baat bij ingedeeld zijn in homogene groepen, omdat ze dan eigenlijk zelf voldoende voorkennis hebben om een opdracht individueel af te werken.

Algemeen kan gesteld worden, dat als er een zekere, degelijke basiskennis over een probleem aanwezig is, individueel leren mogelijk beter is dan wanneer het gaat om novices. Het samenwerken bij groepen van experten kan eerder een belasting vormen dan wel een voordeel.

De cognitieve belasting zal voor teams die reeds hebben samengewerkt in gelijkaardige taken lager liggen dan wanneer zij deze onderlinge ervaring niet delen.

Conclusie

De principes van cognitive load, intrinsic en extraneous, zijn toepasbaar in zowel de context van individueel als samenwerkend leren. Alsook de concepten van biologisch primaire en secundaire skills en kennis.

Samenwerken kan als voordeel hebben dat de beperkingen van het werkgeheugen deels opgeheven worden door het ontstaan van een collectief werkgeheugen. Wel dient er stil gestaan te worden bij het feit dat (zeker bij niet ervaren 'samenwerkers') het communiceren en coördineren ook een cognitieve  belasting kunnen vormen. Lesgevers dienen bij het (al dan niet) toepassen van samenwerkend leren onder andere stil te staan bij het niveau van domeinspecifieke kennis en ervaring in samenwerkend leren, het als dan niet heterogeen samenstellen van groepen en de complexiteit van de taak.

Referenties

Kirschner, P. A., Sweller, J., Kirschner, F., & Zambrano, J. (2018). From Cognitive Load Theory to Collaborative Cognitive Load Theory. International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning, 1-21.