Cognitive load theory in gezondheidszorg onderwijs: principes van ontwerp en strategieën

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

Inleiding

In het artikel 'Cognitive load theory in health professional education: design principles and strategies' (vrij beschikbaar) staan van Merriënboer en Sweller (2010) stil bij 15 richtlijnen voor het ontwerpen van onderwijs binnen de medische sector.
Deze principes zijn gebaseerd op de architectuur van de menselijke cognitie, waarbij er sprake is van (1) een beperkt werkgeheugen en (2) een onbeperkt langetermijngeheugen (LTG). Leren vindt plaats als er niet alleen schema's geconstrueerd, maar ook geautomatiseerd worden in het langetermijngeheugen.

Hierbij dient de beperkte capaciteit van het werkgeheugen zo efficiënt mogelijk ingezet te worden, zeker in complexe leercontexten, zoals vaak in het gezondheidszorg onderwijs het geval is.

Menselijke cognitie en cognitive load

Het werkgeheugen bij de mens is niet alleen beperkt qua capaciteit (maximaal vijf tot negen elementen tegelijk vasthouden) maar ook wat betreft tijd (maximaal 20 seconden vasthouden, indien geen herhaling plaatsvindt).
Deze beperking geldt echter alléén voor nieuwe info die binnenkomt via ons zintuiglijke geheugen, maar niet voor info die reeds als schema's opgeslagen ligt in het LTG.
In het kader van studie in de gezondheidszorg, noemt men deze schemata 'illness scripts', waarbij eenvoudige principes en concepten gecombineerd/geautomatiseerd worden tot complexe schema's. Het werkgeheugen kan dus slechts een beperkt aantal elementen tegelijk verwerken, waarbij zo'n schema slechts als één element kan beschouwd worden.
Het is dus zaak ruimte in het werkgeheugen te creëren, door stelselmatig schema's op te bouwen (bijvoorbeeld door geschematiseerde info te verwerven van experten) en te automatiseren (door herhaalde toepassing van schemata).

Soorten cognitieve belasting:

• Intrinsic load: belasting eigen aan de leertaak zelf, afhankelijk van het aantal elementen en de interactiviteit tussen elementen (er is sprake van lage interactiviteit, indien het element op zich goed behapbaar is, voorbeeld, leren van een woord in een andere taal). Deze belasting kan dus in principe alleen verlaagd worden door de taak zelf aan te passen/eenvoudiger te maken. de load voor eenzelfde leertaak, is verschillend voor een beginneling (weinig geautomatiseerde schema's) en een expert (veel geautomatiseerde schema's);
• Extraneous load: deze belasting is niét eigen aan de leertaak, maar wordt veroorzaakt door de instructie. Indien een beginneling zelfstandig, zonder voorkennis, een taak via probleemoplossing (trail and error) dient aan te pakken, zal dit een hoge mate aan extraneous load veroorzaken, vergeleken met wanneer dit gebeurt op basis van een efficiënte begeleiding. Een ander voorbeeld: indien een presentatie gegeven wordt, waarbij de informatie volledig binnenkomt via het visuele kanaal (tekst en afbeelding) is de belasting groter dan wanneer er een afbeelding getoond wordt en men uitleg geeft 'middels het gesproken woord';
• Germane load: belasting die besteed wordt aan het automatiseren van schema's, het koppelen  en inpassen van nieuwe informatie in bestaande schema's. Germane load is dus eigenlijk de belasting door het 'leren' op zich.

(soms lees je ook de mening dat er maar twee soorten CL zijn, alleen extraneous en intrinsic, zie ook Debue en van de Leemput (2014) over 'germane load'; eigen toevoeging)

Extraneous load zal dus best zo laag mogelijk gehouden worden, zodat er voldoende ruimte is voor de intrinsic load van de leertaak (men kan dus stellen dat als de leertaak zeer eenvoudig is, het minder relevant is de extraneous load te beperken: er is toch genoeg ruimte), zodat het mogelijk is germane cognitive load voor leren te induceren.

Richtlijnen voor ontwerpen van instructie

Deze richtlijnen zijn er op gericht cognitive overload te beperken en germane load te optimaliseren. Hierbij dient men ervan uit te gaan dat instructie voor beginners niet op dezelfde manier kan toegepast worden voor experten (hierbij spreekt men zelfs van een mogelijk negatief effect, het zogenaamde expertise reversal effect).

Beperken van extraneous load

• het gebruiken van niet specifieke doelen (in plaats van 'zoek de meest waarschijnlijke uit leg voor ...' ... 'vind zoveel mogelijk uitleg voor ...') => zo vermijd je dat lerenden redeneren vanuit het doel, een zogenaamd backward search process, wat hoge extraneous load met zich meebrengt;
• het gebruiken van uitgewerkte voorbeelden: bijvoorbeeld, in plaats van lerenden zelf een behandelplan te laten bedenken, geef een behandelplan en laat hen kritisch evalueren;
• het principe van vervolledigen: net zoals bij voorgaande, wordt extraneous load veroorzaakt door weinig efficiënte probleemoplossende methodes, beperkt door leerlingen deels uitgewerkte oplossingen voor te leggen die verder uitgewerkt dienen te worden (in plaats van helemaal 'vanaf nul');
• principe van gesplitste aandacht: beperk de bron van informatie in tijd en ruimte. Geef informatie over een bepaald te hanteren instrument op het ogenblik dat deze uitleg effectief nodig is, niet op voorhand. Of op een dia: zet de tekst bij een afbeelding op de plaats waar deze relevant is (niet een cijfer die een deel op de tekening aanduidt, en de uitleg van het onderdeel staat helemaal elders op de dia, zie figuur 2). Gesplitste aandacht zorgt weer voor extraneous load;

• het modaliteitsprincipe: er bestaan twee aparte verwerkingskanalen (gesproken en visueel) in het werkgeheugen. Gebruik beide: beter een animatie van de spijsvertering, waarbij je gesproken uitleg geeft, dan een animatie waarbij er tegelijk geschreven tekst uitleg geeft;
• het principe van redundantie: gebruik één bron, in plaats van twee bronnen tegelijk die dezelfde info aanbieden (die apart reeds te begrijpen zijn). Voorbeeld een animatie waarbij de bloedsomloop duidelijk uitgelegd wordt, in plaats van de animatie én begeleidende tekst die zegt wat je reeds ziet.

(voor mijn collega's in de school heb ik eens dit filmpje gemaakt over principes van een presentatie gebaseerd op cognitive load, geheugen, zie ook Mayer; eigen toevoeging)

Beheersen van intrinsic load

Ook al zorg je ervoor dat de extraneous load tot een minimaal beperkt is, toch kan een taak zo complex zijn, dat deze op zich zorgt voor cognitive overload. Hierbij is het nodig een strategie te hanteren waarbij het complexe concept uiteindelijk wel in zijn geheel behandeld wordt, maar stapsgewijs. Hierbij presenteer je eerst de losse elementen part, alvorens ze in hun geheel (met hun interactiviteit) aan te bieden.

Laat bepaalde leertaken uitvoeren, eerst in een context met lage getrouwheid (bijvoorbeeld een casus) en pas later in een 'echte' omgeving (eerst in een simulatie met peers, computersimulatie, ... vervolgens met echte zorgvragers).

Optimaliseren van germane load door het verhogen van intrinsic load

Het kan soms net wenselijk zijn, de intrinsic load te verhogen om de germane load te optimaliseren. 

• Indien je studenten een bepaald klinisch syndroom gaat laten toepassen in variërende situaties (bijvoorbeeld zorgvragers die variëren in leeftijd, geslacht, ...) gaat de intrinsic load van de leertaak toenemen, maar het zet lerenden aan tot het uitbouwen en versterken van hun cognitieve schema's.

• Het principe van contextuele interferentie: laat lerenden verschillende (chirurgische) vaardigheden 'door elkaar' oefenen, in plaats van 'geblokt' (niet vijf keer de zelfde vaardigheid en dan vijf keer de andere ... maar door elkaar, doet me denken aan het principe van interleaving; eigen toevoeging).

• Het aan zichzelf uitleggen van bepaalde principes en mechanismen, impliceert een hogere intrinsic en dus ook germane load, doordat de student onder andere beroep moet doen op voorkennis uit zijn langetermijngeheugen. Maar de leerwinst is op termijn groter. Bijvoorbeeld een animatie van een hart, waarbij er geregeld 'prompts' verschijnen, waarbij de student zelf bepaalde onderliggende processen dient uit te leggen, in plaats van dat de informatie 'passief' verworven wordt.

Het expertise reversal effect

Dit effect betreft het feit dat bepaalde instructiemethodes, rekening houdend met de CLT, weliswaar werken voor beginners, maar niet voor experten (of zelfs omgekeerd).

Indien je voor lerenden, die meer en meer expert worden, nog strikt stapsgewijs werkt, of via sterk uitgewerkte voorbeelden, ... gaat dit voor hen net extraneous load met zich meebrengen.

Je kan van uitgewerkte voorbeelden, stilaan overschakelen naar het principe van 'vervolledigen' waarbij gedeeltelijke oplossingen voor problemen dienen aangevuld te worden, om te eindigen bij taken waarbij lerenden de volledige stappen voor oplossing zelf dienen te geven.

Hetzelfde werd gevonden bij presentaties, waarbij beginners baat hadden bij visuele en auditieve bronnen ter ondersteuning, terwijl dit bij experten leidde tot het principe van redundantie (het auditieve werd overbodig of zelfs nadelig).

Referenties

Debue, N., & van de Leemput, C. (2014). What does germane load mean? An empirical contribution to the cognitive load theory. Frontiers in psychology, 5, 1099. doi:10.3389/fpsyg.2014.01099

Van Merriënboer, J. J., & Sweller, J. (2010). Cognitive load theory in health professional education: design principles and strategies. Medical education, 44(1), 85-93.