Научить невозможному. Как помочь ученикам освоить любой предмет и не бояться экзаменов

3. Активное обучение. Декларативный путь

Намучавшись с учениками, похожими на Катину и Джареда, – теми, кто много занимается, но плохо справляется с экзаменом, – вы можете задуматься: а нет ли простого и научно обоснованного способа углубить понимание и повысить их продуктивность?

Один всеобъемлющий метаанализ преподавания дисциплин STEM^[18] в университете выявил такой способ. Студенты в аудиториях, где применялся традиционный подход «словом и мелом» (преподаватель объяснял тему и записывал на доске необходимую информацию), в полтора раза чаще показывали неудовлетворительные результаты, чем те, кто занимался активным обучением. Средний балл при активном обучении также вырос на целых 6 % по сравнению с баллами остальных студентов – впечатляющий результат для запутанных инженерных дисциплин.

Великолепно! Значит, мы, учителя, должны давать на занятиях только активные задания, так?

Не торопитесь. В этом ключевом исследовании мелким шрифтом спрятано наблюдение, проливающее новый свет на рекомендации по активному обучению. Вскоре мы к этому вернемся. Для начала давайте удостоверимся, что мы одинаково понимаем значение слова «активный».

Что такое активное обучение

Иногда учителя совершают распространенную ошибку, решив, что при активном обучении ученики должны быть активно вовлечены в изучение материала, то есть должны делать что-то руками. Например, на уроке истории, проходя культуру Древней Греции, учитель может попросить учеников смастерить древнегреческую вазу из папье-маше. Конечно, такое демонстративно активное обучение должно быть педагогичным, не правда ли?

Но вот что пишет владелица популярного блога «Культ педагогики»^[19] Дженнифер Гонсалес:

Оборачивая мокрую липкую газету вокруг воздушного шарика, вы не научитесь понимать, как устроены другие общества и культуры… Я повидала слишком много таких «греческих ваз» – проектов, которые кажутся креативными, а учителя зовут их практическим, междисциплинарным или проектным обучением, или внедрением в учебный процесс искусства и технологий. Но для учеников это ничего не значит и ничему их не учит. Еще хуже то, что такая деятельность отнимает много времени, которое ученики могли бы потратить на выполнение более увлекательных и сложных задач.

Так что же такое активное обучение? Скотт Фриман (зоолог, ставший специалистом по активному обучению) и его коллеги (авторы упомянутого метаанализа) провели опрос среди университетских преподавателей и получили такое рабочее определение: «Активное обучение вовлекает студентов в процесс обучения посредством деятельного участия и (или) обсуждения в аудитории вместо пассивного восприятия слов педагога. Особое значение придается мышлению высшего порядка и групповой работе».

Как выглядит активное обучение с позиции нейронаук? Мы полагаем, что хорошо организованное активное обучение способствует формированию и особенно консолидации в долговременной памяти нейронных связей, которые лежат в основе как базового, так и высшего концептуального понимания материала. Активное обучение нередко, в первую очередь при освоении сложных тем (мы еще обсудим это в пятой главе), играет необычайно важную роль во время второй фазы процесса «новые знания, новые связи». (Напоминаем, что во время фазы «новые знания» нейроны находят друг друга и начинают образовывать связи, а фаза «новые связи» означает укрепление и распространение этих связей.) Облегчить процесс активного обучения может групповая работа, но есть и другие способы. Как мы скоро узнаем, не всякое обучение можно назвать активным.

Почему мы акцентируем внимание на важности как базового фактологического знания, так и концепций высшего порядка для активного обучения да и обучения в целом? Потому что нейронауки показали, что для успешного обучения в долговременной памяти учеников должна находиться фундаментальная, хоть на первый взгляд и несущественная, информация, включающая определения и примеры. Такие нейронные связи служат основанием концептуального понимания и отправной точкой креативного мышления. Натали Уэкслер в пророческой книге «Разрыв в знаниях»^[20] отмечает:

Дело не только в том, что какие-то куски информации незаменимы сами по себе – хотя какие-то действительно незаменимы. Скорее людям нужно иметь в голове достаточно фактов, чтобы обладать тем, что один комментатор назвал «блоком знаний», – горстью набранных ассоциаций, позволяющих поглощать, запоминать и анализировать новую информацию.

Чтобы лучше понять, почему такое, казалось бы, элементарное обучение необходимо, давайте рассмотрим пример, в котором активное обучение пошло наперекосяк. Скажем, ваши ученики уже обсудили (активно!) концепцию Гражданской войны. Дискуссия получилась богатой вопросами, информацией, объяснениями. Вы были рады видеть, сколько всего узнали ученики. Пока не…

Заглянем в будущее: неожиданное событие в мире вызывает импровизированное обсуждение движения за гражданские права. Слушая учеников, вы понимаете, что они путают Гражданскую войну с гражданскими правами. Они даже думают, что Авраам Линкольн и доктор Мартин Лютер Кинг – младший были современниками!

Очевидно, что активное обучение пошло наперекосяк. Почему? Во время предыдущей запланированной дискуссии ученики вовсе не обязательно поместили что-то в долговременную память. Они ничего не записывали, чтобы в дальнейшем упростить повторение, а учитель не следил, чтобы ученики закрепили основы истории Гражданской войны в долговременной памяти. А что с концепциями высшего порядка, такими как рабство и гражданские права? Дети ничего не запомнили.

Активное обучение часто связано с процессами извлечения, то есть, как мы уже упоминали, с вытягиванием идей из долговременной памяти. Психолог Джеффри Карпик и когнитивист Филипп Гримальди сформулировали это лучше всего:

Процессы извлечения задействованы во всех ситуациях, в которых проявляются знания, включая ситуации, когда учащиеся должны ответить на практический вопрос, объяснить концепцию, сделать заключение, применить знания к решению новой проблемы или придумать креативную, новаторскую идею. Во всех этих случаях учащиеся черпают знания из прошлого для достижения насущных целей; таким образом, во всех этих ситуациях применяется извлечение.

Теперь давайте заглянем поглубже и посмотрим, что происходит в мозге, когда ученики активно работают с материалом, который вы только что преподали. Но сперва нам надо разобраться в архитектуре нервной системы.

Два важных способа запоминания

Декларативная память охватывает факты и события, которые мы можем осознанно вспомнить или «декларировать». К примеру, ученики могут припомнить неудачные сельскохозяйственные практики, которые привели к череде пыльных бурь в 1930-х годах в США – Пыльному котлу. Или они могут вспомнить квадратное уравнение. Система декларативной памяти связана с рабочей памятью, гиппокампом и долговременной памятью в новой коре, о чем мы расскажем в этой главе.

Процедурная память содержит знания о том, как выполнять какие-либо действия: печатать на клавиатуре, завязывать шнурки или поэтапно решать математические задачи. Процедурная система связана с базальными ядрами и новой корой. Мы узнаем больше о процедурной системе в шестой главе.

Как мы скоро увидим, две эти системы памяти позволяют освоить одну и ту же идею двумя разными способами, тем самым помогая ученикам освоить материал на более глубоком уровне.

Декларативная система обучения: рабочая память, гиппокамп и новая кора

Исследователям давно известно, что в обучение вовлечены три фундаментальные зоны мозга: рабочая память, гиппокамп и новая кора. (Вы узнаете о последней структурной единице систем обучения – базальных ядрах – в шестой главе.) Рабочая память, гиппокамп и новая кора^[21] трудятся вместе, чтобы сформировать декларативную систему обучения. Обучение при помощи декларативной системы по большей части^[22] проходит осознанно (можете «декларировать» то, что вы выучили). Прямо как повествовательные (декларативные) предложения с уроков английского: они повествуют о чем-то, то есть декларируют информацию, например факты или события.

Кстати, хотя мы говорим «гиппокамп» так, будто это только одна структура мозга, гиппокампа у нас два – по одному с каждой стороны, как показывает рисунок на следующей странице. По гиппокампу над каждым ухом, на глубине чуть меньше четырех сантиметров. Вместе оба гиппокампа занимают объем, приблизительно равный двум большим луновидным фасолинам: по одной у каждого уха. (В коре головного мозга, неподалеку от гиппокампа, также есть два участвующих в декларативном обучении поля, которые называются гиппокамповая формация. Для простоты говоря «гиппокамп», будем подразумевать совокупность этих близлежащих зон.)

В мозге располагаются две важнейшие структуры, которые «учатся» у рабочей памяти: гиппокамп и новая кора.

Новая кора покрывает весь головной мозг. Толщиной она всего несколько миллиметров, а в длину и ширину – как ресторанная салфетка (примерно 60 × 60 см). Салфетка новой коры окутывает все изгибы и складки поверхности мозга – бÓльшая часть новой коры скрывается в таких складках. Невзирая на свою тонкость, новая кора гораздо больше гиппокампа. Вполне наглядно, поскольку именно в новой коре находится необъятное вместилище долговременной памяти.

Во время декларативного обучения рабочая память собирает новую информацию и помещает ее в долговременную память в новой коре. Но новая кора огромна! Как рабочей памяти удается снова и снова находить нужный кусочек информации?

Решение – предметный указатель!

Как вы помните, в книге вся информация содержится в тексте, а предметный указатель подсказывает вам, как ее найти.

Как вы помните, на рисунке на странице 13 каждая точка изображала нейрон. Кружки, очерченные вокруг цепочки нейронных связей (точки связей), представляют собой разнообразные новые концепции, которые ученик осваивает и помещает в долговременную память. Слева: рабочая память посылает информацию точкам связей в долговременную память в основном через гиппокамп. Справа: когда ученик освоил материал, рабочая память получает возможность выхватить информацию напрямую из долговременной памяти без помощи гиппокампа.

Оказывается, гиппокамп немного напоминает предметный указатель: он не хранит новую информацию непосредственно, а лишь указывает, где она располагается. Сигналы, которые гиппокамп отправляет новой коре, могут извлекать и связывать вместе информацию, распределенную по ней^[23]. Таким образом, каждый раз, когда ученик извлекает информацию, гиппокамп укрепляет связи между ее кусками, хранящимися в неокортексе. Наконец, после того как воспоминания консолидировались в коре (а этот процесс протекает в основном во время сна и может длиться не один месяц), рабочая память может извлечь информацию напрямую из новой коры, не обращаясь к гиппокампу в качестве предметного указателя.

Способность гиппокампа создавать связи ограничена: он может вспоминать события, ситуации и впечатления, случившиеся не раньше нескольких месяцев назад – как раз столько времени нужно, чтобы консолидировать связи в коре. Область мозга, в которой информация (то есть наши долговременные воспоминания) хранится в дальнейшем, – это новая кора.

Процесс, отвечающий за передачу информации из рабочей памяти в долговременную через гиппокамп, немного запутанный, так что давайте придумаем историю, которая поможет нам лучше разобраться в происходящем.

Притча о хоре: как использовать декларативную систему, чтобы поместить информацию в долговременную память

Чтобы понять основной механизм перемещения информации из рабочей памяти в долговременную (декларативное обучение), лучше начать с метафорической истории о трех персонажах, у каждого из которых свои достоинства и недостатки. Персонажи представляют собой рабочую память и две системы обучения мозга – гиппокамп и новую кору, а также их взаимодействие.

В нашей истории рабочая память будет дирижером крошечного хора из двух певцов: Гипа, или гиппокампа, и Новы, или новой коры.

Разумеется, сама дирижер не поет. Вместо этого она молча кивает и указывает Нове, где и когда задействовать нужные ноты. (Иными словами, дирижер помещает цепочки связей, лежащие в основе нового материала, в долговременную память.) Одновременно с этим дирижер вкладывает в Гипа информацию по предметному указателю (указующие связи), которая поможет найти связи долговременной памяти в Нове.

Вложенная информация может быть о чем угодно: о самой ранней известной письменной истории Нубии, о последовательности событий в «Благодаря Винн-Дикси», о дороге к дому нового друга, об особенностях смены велосипедной шины, и о пении тоже.

Как мы знаем, рабочая память – наш дирижер – довольно забывчива. Хотя именно она проводит репетицию, рабочая память легко может забыть, что она говорила Нове и Гипу всего пару секунд назад.

Мозг похож на маленький хор, состоящий из дирижера (рабочая память), Гипа (гиппокамп) и Новы (новая кора). На рисунке Гип поет Нове свою указующую песню и помогает ей вспомнить, какую из множества разбросанных новых связей ей нужно усилить, а какую – ослабить.

Проблема бедняжки Новы в том, что ей сложно следовать за дирижером. Тот, кто не очень хорошо с ней знаком, легко сочтет Нову неуклюжей дилетанткой. Она весьма рассеянная особа. Дирижер велела ей разместить информацию по разным местам. Обычно Нова еле-еле повторяет за дирижером или вообще не подает голос, если только не слышала песню много раз. Она вечно просит дирижера: «Не могли бы вы повторить?»

В свою очередь, Гип сообразителен и внимателен. Он может запомнить и исполнить бÓльшую часть указующей песни по сигналу дирижера. Но у Гипа тоже есть небольшая проблема. Честно говоря, он довольно поверхностный. Его песня короче – все-таки это лишь указатель. Цель указующей песни – помочь Нове усвоить, какие из ее многочисленных связей по изучаемым темам нуждаются в укреплении, а какие, утратившие свою важность, стоит ослабить.

Итак, у нас есть два певца – точнее, два разных типа учащихся, – и они следуют за дирижером. Гип учится быстро, но ему интересны только самые поверхностные детали информации, которые войдут в предметный указатель. Поскольку Нова формирует невероятное количество связей, учеба дается ей медленно и с трудом. Но она может выучить прорву информации, хорошо усвоить материал, и у нее обширный репертуар песен из прошлого.

После тренировок с Гипом Нова может петь громко и ясно; помощь Гипа ей уже не нужна. Богатый репертуар Новы также позволяет ей привнести и другие ноты из своей необычайно объемной долговременной памяти.

А здесь, с точки зрения учителя, начинается самое интересное. Несмотря на различия между ними, Гип и Нова – друзья и помогают друг другу учиться. Когда Гип не занят добавлением новой информации в предметный указатель, он поворачивается к Нове, информация которой разбросана там и сям, и поет ей. Гип просит Нову извлечь и связать вместе отдельные части ее информации – спеть новую песню, которую она разучивает. Так гиппокамп обучает новую кору «в режиме офлайн» (в основном пока вы спите). Этот аспект декларативного обучения чрезвычайно важен: он позволяет новой коре формировать крепкие нейронные связи.

Новая кора учится не только тогда, когда повторяет материал с гиппокампом. Часть информации попадает в нее напрямую из рабочей памяти. Но при декларативном обучении гиппокамп – главный учитель, поскольку новой коре не хватает скорости оперативно следовать за рабочей памятью. Гип снова и снова помогает Нове распознать, какие связи закрепить, а какие ослабить. Обработка связей в новой коре гиппокампом может занять много дней, недель и даже месяцев – этот процесс, как мы уже упоминали, зовется консолидация.

Что происходит, когда дирижер не обучает хор чему-то новому, а призывает его спеть песню? Другими словами, что происходит, когда рабочая память пытается извлечь информацию, а не передать ее?

Здесь все становится еще интереснее. Если рабочая память запрашивает недавно усвоенную информацию, Нова пока плохо выучила песню, так что Гип присоединяется к пению, чтобы напомнить Нове, где расположены все разнообразные составляющие ее песни, – теперь она исполнит ее увереннее. Но когда Нова и Гип тщательно отрепетировали какую-то песню, помощь Гипа уже не столь необходима. Хотя информация Новы очень сложна (гораздо сложнее поверхностного указателя Гипа), постепенно она мастерски овладевает материалом. Сейчас она превосходно распевает песню и без посторонней помощи.

Это подсказывает нам, что материал освоен хорошо: чтобы извлечь его, уже нет нужды подключать гиппокамп. Чем лучше ученица знает материал, тем дальше в новую кору может дотянуться ее рабочая память, чтобы извлечь этот материал без помощи гиппокампа.

Оказывается, гиппокамп – своего рода «костыль». Помните, что часть учеников пытается вызубрить весь материал в ночь перед экзаменом, чтобы хорошо его сдать, а потом все забывает? Это потому, что их рабочая память создала множество указующих связей в гиппокампе вместе с обычными слабыми связями в новой коре. Указующие связи гиппокампа еще достаточно свежие, чтобы ученики успели сдать экзамен. Но они быстро испаряются, и, если новая кора не консолидировала информацию посредством многократной практики, вы все забудете! Если ученик хочет извлечь информацию из новой коры через месяц или позже, у него не получится: ее уже нет в предметном указателе гиппокампа, и найти несколько исчезающих связей, которые еще держатся в долговременной памяти, невозможно.

Нова должна тренироваться снова и снова, чтобы спеть любую песню как надо. Однако у нее есть преимущество: прослушав и повторив песню достаточно раз, она запомнила ее и может исполнить умело и звонко. Более того, у нее гигантский репертуар. Она может целую жизнь собирать воспоминания, но место в ее памяти никогда не заканчивается. На самом деле Нова невероятно талантлива, но иначе, чем поверхностно талантливый Гип, который занимается исключительно составлением указателя.

И как же все это связано с обучением в классе?

Образно говоря, Гип может занимать одно из двух положений. В первом положении он стоит лицом к дирижеру и узнает что-то новое (перенимает указующие связи). Во втором положении – на протяжении передышки для мозга – Гип смотрит на Нову. Он призывает ее связать части песни (последовательность нот, тон голоса, интонацию, эмоции), чтобы она смогла объединить их в одном виртуозном исполнении. Гип не может одновременно учиться и повторять материал.

Как использовать небольшие паузы в классе, чтобы помочь Гипу

Нова и Гип помогают нам сделать еще одно любопытное наблюдение: важно устраивать краткие передышки для мозга во время преподавания, чтобы у детей была возможность отдохнуть. Эти передышки выступают в качестве тихих перерывов, в течение которых гиппокамп сможет прошептать подсказку новой коре и повторить с ней новую тему. Таким образом, ученикам выпадает шанс повторить материал и потихоньку очистить указатель гиппокампа.

Сколько должны длиться перерывы? Ночью наш мозг устраивает восьмичасовую передышку, чтобы консолидировать воспоминания в глобальном масштабе^[24]. Но значительная часть подготовки к этой консолидации проводится во время небольших перерывов в течение дня. Одно исследование показало, что после изучения материала участники эксперимента, отдыхавшие четверть часа с закрытыми глазами, запомнили гораздо больше, чем те, кто сразу перешел к следующей задаче. Но пятнадцать минут такого отдыха невозможно устроить в современном классе!

К счастью, есть доказательства, что более короткие перерывы также способствуют обучению. Даже пауза меньше минуты творит чудеса и может помочь ученикам лучше осмыслить материал. Для чего нужна передышка? Она позволяет нейронам консолидироваться. Специалист по когнитивным нейронаукам Эрин Уэмсли отмечает:

Консолидация происходит во время многочисленных коротких перерывов на отдых, разбросанных между дневными делами. Действительно, было установлено, что даже несколько секунд отдыха во время обучения запускают связанные с памятью процессы, влияющие на последующую проверку знаний. Таким образом, «отдых» в течение периода бодрствования вовсе не является пустой тратой времени; его недооцененный вклад вполне может оказаться критически важным для формирования долговременной памяти в повседневной жизни.

Передышки для мозга могут длиться не дольше сорока секунд, например когда ученики прерываются и поворачиваются друг к другу, как во время групповой работы, и еще от двадцати до сорока секунд после завершения задания, когда вы снова обращаете на себя внимание класса. Разумеется, групповая работа помогает сама по себе – не только благодаря межличностным связям между учениками, но и потому, что она часто включает важные упражнения на повторение: ученица бормочет себе под нос: «И как же мы должны были решить эту задачу?»

Когда вы объясняете тему слишком долго, то почти осязаете, как в классе нарастает напряжение вкупе со скукой. Хорошее практическое правило: ученик может поддерживать концентрацию внимания приблизительно одну минуту плюс столько минут, сколько ему лет. Так, семилетний ребенок сможет внимательно слушать вас примерно восемь минут, а потом ему понадобится короткий перерыв на что-то попроще или активная пауза. Но, конечно, это зависит от возраста и концентрации внимания ваших учеников (повезет, если детсадовцы смогут уделить вам пять минут безраздельного внимания), а также от сложности темы.

Пауза, необходимая, чтобы ученики переключились на выполнение группового задания, играет важную роль в обучении. Однако вам непременно стоит сохранять бдительность непосредственно во время групповой работы. Пройдитесь по классу и прислушайтесь к разговорам учеников, чтобы объяснить им что-то при необходимости. К сожалению, существует большой соблазн организовать групповую работу, чтобы тем временем проверить почту или подготовиться к следующей части урока. Но именно в такие моменты ученики начинают постепенно отклоняться от задания и теряют концентрацию. В конце концов, если не обращаете на работу учеников внимания, вы непреднамеренно сигнализируете, что им тоже можно отвлечься. Даже хуже: без вашего пристального внимания ученики могут к концу урока так и не понять тему.

Нейроны в долговременной памяти со временем консолидируются, пока гиппокамп помогает связям принять более простую и эффективную форму.

Впоследствии можно получить доступ в консолидированную долговременную память в новой коре без помощи гиппокампа.

Когда ученики только начинают осваивать концепцию, нейронные связи в их долговременной памяти организованы беспорядочно: эта структура совсем не так проста, как хотелось бы.

Процесс консолидации. Когда ученик узнает что-то впервые, нейронные цепочки связей еще слабые и неорганизованные, как показано на рисунке слева. Стабилизация и укрепление этих связей может занять несколько дней. Во время часов, дней и месяцев, занятых процессами консолидации, связи постепенно меняются и перестраиваются. Гиппокамп, в котором хранится предметный указатель, руководит этим процессом^[25].

Обратите внимание, что знания, полученные учеником изначально (самый большой кружок), потихоньку истаяли до центрального ядра (самый маленький кружок). Вы можете спросить: почему тогда в начале изложения темы учителя добавляют все эти дополнительные сведения, если они все равно выветрятся из головы учащегося? Стоит помнить, однако, что не преподаватель создает связи в мозге учеников. Только сами учащиеся способны на это, хотя, конечно, учителя упрощают эту задачу. Как и все мы, ученики не идеальны. Они не могут сложить полную картину правильно с первой попытки. Они путаются в понятиях, попадают в молоко, неправильно понимают идеи или попросту чрезмерно усложняют себе обучение. Таким образом формируются лишние связи, от которых ученик должен избавиться по мере того, как консолидирует свое понимание материала.

С течением времени воспоминания склонны «семантизироваться»: первоначальный контекст воспоминания стирается, оставляя после себя только смысл. Так что вы можете знать, что у вас есть браслет (семантическое знание), но забываете обстоятельства, при которых он у вас оказался. Такие семантизированные воспоминания (контекст исчез, остался только смысл или факт) – обычно глубоко похоронены в долговременной памяти в новой коре.

Подводя итоги: теперь вы знаете, как активное обучение предоставляет критически важный период затишья, во время которого ученики извлекают и осваивают новый материал как самостоятельно, так и совместно. Другими словами, активное обучение обязательно включает короткие передышки для мозга, способствующие консолидации. И это вовсе не бессмысленная «греческая ваза» или поверхностное ознакомление с важными темами (такими, как Гражданская война или гражданские права). Неудивительно, что при продуманном внедрении в урок активное обучение может оказаться столь действенным!

Теперь вы!

Идеи коротких упражнений, которые помогут ученикам освежить мозг

Время, которое уходит у детей на переключение между лекцией и групповой работой, может разгрузить гиппокамп в процессе декларативного обучения. Но и само выполнение групповых заданий также способствует разгрузке, так как ученики ориентируются на работу в команде и размышляют не так напряженно, что помогает им закрепить тему. Торопясь пройти как можно больше тем, мы часто приносим в жертву стратегии, которые дали бы Гипу возможность разгрузить данные на Нову. Теперь, когда вы узнали, почему такие стратегии эффективны с позиции нейронаук, мы рассчитываем, что вы будете регулярно находить время для их применения.

«Подумай, обсуди в паре и поделись со всеми». Ученики думают пару минут, потом разбиваются на пары и делятся своими мыслями. Первая фаза этого упражнения – время спокойно подумать – весьма полезна для разгрузки гиппокампа, особенно если ученики устраивают передышку для мозга перед тем, как сфокусироваться на текущем задании.

Минутка подведения итогов. Ученики записывают, что они поняли из урока.

Минутка неясных моментов. Ученики записывают, что они недопоняли.

Взаимообучение. Пусть ученики «научат» других учеников или соседей по парте тому, что вы им только что рассказали, а потом поменяются местами: так каждый ученик проработает материал с партнером.

Краткое разыгрывание ролей. Например, ученики начальной школы могут разыграть, как Земля вращается вокруг Солнца или как электрон вращается вокруг ядра.