Warum virtuelles Lernen besser sein kann als real

Ich unterrichte zusammen mit der Neurowissenschaftlerin Terrence Sezhnowski vom Francis Crick Institute des nach ihm benannten Biological Research Institute eines der weltweit beliebtesten MOOCs (Massive Open Online Course, Massive Open Open Course / MOOC), Learning How to Learn Salka. Basierend auf Neurobiologie, kognitiver Psychologie und pädagogischer Theorie erklärt unser Kurs, wie das menschliche Gehirn Informationen aufnimmt und verarbeitet, damit wir alle unsere Lernmöglichkeiten verbessern können. Seit dem Start auf Coursera im August 2014 haben sich fast eine Million Studenten aus 200 Ländern für unseren Kurs angemeldet. Wir wurden von Kardiologen, Ingenieuren, Anwälten, Linguisten, 12-Jährigen und Flüchtlingen aus dem Sudan beobachtet. Wir haben verschiedene Briefe erhalten, zum Beispiel: „Ich werde mich kurz fassen. Ich habe kürzlich Ihr MOOC fertiggestellt und es hat mein Leben bereits auf eine Weise verändert, die Sie sich nicht einmal vorstellen können. Ich bin gerade 29 Jahre alt geworden, bin gerade dabei, meine Karriere in die Informatik zu verwandeln, und ich war noch nie so cool zu studieren. "

Ich freue mich sehr über solche Rückmeldungen wie jeder Lehrer in irgendeinem Teil der Welt. Sie bereiten nicht nur Freude, sondern zeigen auch den Einfluss, den MOOCs ausüben. Wir alle wissen um die Bedeutung des Bildungssystems und die Vorteile, die die Gesellschaft durch die Verbesserung dieses Systems erzielen kann, insbesondere im Bereich der Ausbildung von Menschen, die in der Entwicklung hinterherhinken. Mit Online-Kursen können wir diese Möglichkeiten erweitern und die beste Qualität für weniger Geld trainieren. Die Zahlen sind bereits beeindruckend. Mehr als 500 Hochschulen und Universitäten sowie 200 Organisationen und Institute bieten ihre MOOCs an, die von mehr als 30 Millionen Menschen genutzt werden.

Und während Lernen lernen eine der angenehmsten Erfahrungen meiner 20-jährigen Lehrerkarriere ist - und jetzt unterrichte ich Ingenieurwissenschaften an der Universität von Auckland in Michigan -, gebe ich zu, dass ich das Gefühl habe, Ausreden zu finden. Der Erfolg und das Bildungspotential von MOOCs werden durch kritische Artikel untergraben, die in den letzten Jahren in populären Publikationen veröffentlicht wurden. In dem Artikel „Gefangen in einem virtuellen Klassenzimmer“ in der New York Review of Books erklärte David Bromwich, ein Professor für Sterling- Englisch an der Yale University, dass „die MOOC-Bewegung mit einem Trend zur Mechanisierung zusammenarbeitet“ und „das integrierte Denken über Inhalte und Ziele beeinträchtigt Bildung. " Einige Studien haben geschätzt, dass bis zu 90% der Abonnenten Online-Kurse abbrechen. Robert Zemsky, Vorsitzender der Higher Education Alliance an der Pennsylvania State University, schrieb, dass die Aussichten des MOOC abnehmen und „sowohl aus pädagogischer als auch aus technischer Sicht uninteressant sind“.

Ich wage zu behaupten, dass die Mehrheit der Menschen, die MOOCs ablehnen, keine Erfahrung in der Erstellung und dem Unterrichten von Online-Kursen hat. Tatsächlich können MOOCs auch aus künstlerischer und technischer Sicht wunderschön gestaltet werden und erstaunliche pädagogische Vorteile haben. Dies zeigt sich insbesondere in einem so komplexen Bereich wie STEM [Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen, Mathematik - Naturwissenschaften, Ingenieurwesen, Technologie, Mathematik - der Sammelbegriff der exakten Wissenschaften in den USA - ca. übersetzt.]. Schwierig zu verstehende Erklärungen in solchen Bereichen erfordern manchmal nur ein erneutes Betrachten und Zurückspulen. Sie erfordern die Fähigkeit, die Vorlesung anzuhalten, damit das Verständnis des Themas das Bewusstsein durchdringen kann. In Bezug auf den Prozentsatz der Schulabbrecher stellte Keeff Devlin, ein Mathematiker aus Stanford, fest, dass einige der MOOC-bezogenen Arbeiten auf traditionellen „irreführenden“ Hochschulmetriken basierten. Die Gründe, warum sich Menschen für MOOCs anmelden, unterscheiden sich von den Gründen, warum sie sich für reguläre Kurse anmelden. "So viele werden den Kurs nicht beenden", schreibt Devlin. "Sie suchen nur nach Bildung."

Bei den besten Kursen erhalten die Schüler wirklich Material, das zum integrierten Denken über die Lernziele anregt. Online-Kurse können die Aufmerksamkeit der Schüler auf sich ziehen und manchmal sogar besser als Live-Lehrer. Die Schaffung des Kurses „Lernen zu lernen“ bot die Gelegenheit, das Lernen und Lehren von außen zu betrachten. Mit Terry half mir die Online-Umgebung, einige der Probleme zu überwinden, die mit dem Lernen nach der traditionellen Methode verbunden sind, und gab den Schülern einen anderen Blick auf den Lernprozess.


Barbara Oakley und die Neurowissenschaftlerin Terrence Seinovsky haben für weniger als 5.000 US-Dollar einen Online-Kurs über Gehirn und Lernen erstellt

Chilenische Einsiedlerspinnen sind eine der gefährlichsten Einsiedlerspinnen. Sie können durch einen Biss einer solchen Spinne getötet werden. Sie sind kräftig - bis zu 3-4 cm. Sie sind auch sehr schnell. Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine chilenische Einsiedlerspinne 6 Meter von Ihnen entfernt auf dem Boden bemerkt. Noch ein Blick - und jetzt ist es schon einen halben Meter von dir entfernt. Diese Art von Verhalten wird Ihre Aufmerksamkeit erregen, richtig?

Wir beginnen, neuronale Netze zu untersuchen, warum Bewegung - insbesondere die Bewegung eines sich Ihnen nähernden Objekts - Aufmerksamkeit erregt. Wenn das Gehirn ein sich näherndes Objekt erkennt, senden Neuronen eine Informationskaskade an die Amygdala des Gehirns, ein Zentrum für die Verarbeitung von Emotionen und Motivation. Die sich nähernde Bewegung ist aus Sicht der Phylogenetik von großer Bedeutung - daher reagieren verschiedene Kreaturen wie Insekten, Reptilien, Vögel und Menschen darauf [Skarratt, PA, Gellatly, AR, Cole, GG, Piling, M. & Hulleman, J. Drohende Bewegung bereitet das visuomotorische System vor. Journal of Experimental Psychology: Menschliche Wahrnehmung und Leistung 40, 566-579 (2014)].

Infolge der Evolution hat das menschliche Gehirn gelernt, seine Aufmerksamkeit schnell und häufig zu wechseln. Diejenigen, die sich zu sehr auf verfolgte Beute konzentrierten, wurden selbst zu Raubtierbeute. Es ist daher nicht verwunderlich, dass die Menschen nicht lange an einem Ort sitzen und sich ständig auf den Lehrer konzentrieren sollen. Egal wie interessant das Thema für uns ist, die Reihenfolge der Vorlesung entspricht nicht der Funktionsweise des Gehirns.

Dies ist das Problem des Lernens. Die Frage, ob Lehrer uns beim Lernen helfen, wird als fast ketzerisch angesehen. Die Intuition sagt, sie sollten. Und sie helfen wirklich - die besten Lehrer scheinen in unseren Kopf zu kommen, um zu verstehen, was genau wir brauchen, um den Moment „Aha!“ Zu erleben. - ein Moment des Verstehens. Sie können faszinieren, verzaubern, zum Lernen inspirieren - auch in solchen Fächern, deren Entwicklung zu kompliziert erscheint. Klare Erklärungen, Inspiration, Humor, Konzentration auf bestimmte Druckpunkte auf Missverständnisse - all dies hilft uns, weiterzumachen.

Eine kontraintuitive Studie hat jedoch gezeigt, dass Lehrer uns nicht sehr gut beim Lernen helfen können. In einer Arbeit von 1985, „Ein erster Wissensstand in der Physik von Studenten“, die von den Physikprofessoren Ibrahim Abu Halun und David Hestenes durchgeführt wurde, wurde gezeigt, dass wir durch die Unterbringung von Schülern in einem Klassenzimmer mit einem traditionellen Lehrer mit Tafel und Kreide nur geringe Fortschritte in diesem Fach erzielen können - auch wenn dieser Lehrer belohnt wird [Halloun, IA & Hestenese, D. Der anfängliche Wissensstand von Physikstudenten. American Journal of Physics 53, 1043 (1985)].

Die Arbeit von Halun und Hestenes hat die Wissenschaftsgemeinschaft aufgewühlt. Wie kommt es, dass traditionelle Methoden so schlecht funktionieren? Forscher, die die Konsequenzen herausfanden, begannen, neue, verbesserte Lehrmethoden zu testen. Eine fruchtbare Studie des Physikers Richard Hake und anderer ergab, dass die interaktive Teilnahme an einer Klasse, die große Klassen mit jeweils 100 Schülern umfasst, die Lernergebnisse pro Semester im Vergleich zum traditionellen Ansatz verbessert [Hake, RR Interaktives Engagement im Vergleich zu traditionellen Methoden: Sechstausend Schüler Übersicht über die Testdaten der Mechanik für Einführungskurse in die Physik. American Journal of Physics 66, 64 (1998)]. Anscheinend können die Schüler in ihrer Aufmerksamkeit gehalten werden, indem sie im Laufe des Fortschritts miteinander sprechen und arbeiten.

Viele College-Klassen haben auf diese Lehrmethode umgestellt. Eine Metaanalyse der Ergebnisse von Scott Freeman und Kollegen in den Proceedings der National Academy of Sciences zeigte, dass „aktives Lernen“ den Unterricht in den exakten Wissenschaften so stark verbessert, dass eine Nichtanwendung eine pädagogische kriminelle Nachlässigkeit darstellt [Freeman, S., et al . Aktives Lernen steigert die Leistung der Schüler in Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften und Mathematik. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften 111, 8410-8415 (2014)]. Lernen ist jedoch mehr als nur Interaktion. Manchmal bewegen wir uns umso langsamer, je mehr Interaktionen stattfinden. In der Regel glauben Befürworter des aktiven Lernens (und ich bin einer von ihnen), dass gutes Lernen ein Gleichgewicht zwischen Erklärungszeit und „aktiver“ Zeit erfordert, in der die Schüler mit den Materialien selbst umgehen, häufig durch Interaktion mit Klassenkameraden [Oakley, B., Brent, R., Felder, RM und Elhajj, I. Studentengruppen in effektive Teams verwandeln. Journal of Student Centered Learning 2, 9-34 (2004)].

Die Lösung des Paradoxons über den Wert von Lehrern liegt im Kontext wissenschaftlicher Arbeiten, die den Lernprozess untersuchen. Die Tutoren können die Aufmerksamkeit der Schüler auf sich ziehen und nicht nur klare Erklärungen geben, sondern auch Themen wechseln, Fragen stellen und gegebenenfalls Pausen organisieren. In traditionellen Klassenzimmern können sich selbst die besten Lehrer während eines langen Unterrichts langweilen.

Diese Entdeckungen zeigen die Natur unseres geistesliebenden Gehirns. Es wird von subtilen und unbewussten Faktoren gesteuert, und ihr Einfluss ist stärker, als wir zugeben wollen. Unsere Unfähigkeit, lange Zeit konzentriert zu bleiben, und unser Wunsch, alles selbst auszuprobieren und alles mit anderen zu diskutieren, verringern unsere Fähigkeit, den traditionellen Unterricht in vollem Umfang zu nutzen.

Mit der Entwicklung des Internets hat sich ein anderer Lernansatz herausgebildet - eine „umgekehrte“ Klasse. Professoren zeichnen die Präsentation auf Video auf, damit sie zu Hause angesehen, Wissen synthetisiert und Schlüsselideen entwickelt werden können. Im Klassenzimmer wird Zeit für die Beantwortung von Fragen und die Zusammenarbeit aufgewendet: Probleme lösen, Probleme und Konzepte in Teams diskutieren, daran arbeiten, was die Schüler missverstanden haben, alleine tun. Bei dieser Art der persönlichen Interaktion ist die Rolle von Lehrern und Schülern hoch.

Die Entwicklung der „umgekehrten“ Klasse führte zur Schaffung von MOOCs als nächste Grenze des Lernens.

Meine vielleicht größte Ressource für das Erstellen von Learning to Learn war, dass ich selbst ein sehr armer Schüler war. Ich habe mich irgendwie durch den Mathematikunterricht und die exakten Wissenschaften geschlagen. Erst im Alter von 26 Jahren, als ich von der Armee zurückkam, nahm ich zusätzlichen Mathematikunterricht auf. Schlechte Berufsaussichten sind ein guter Motivator für einen Karrierewechsel. Ich konnte nicht lernen, indem ich Vorlesungen hörte - im Klassenzimmer wurde meine Aufmerksamkeit von allem außer dem Lehrer angezogen. Ich konnte nur dann Erfolg haben, wenn ich mich in einen Stenographen verwandelte - und später die Aufnahme mit der richtigen Geschwindigkeit und auf meine eigene Weise studierte.

Als Erwachsener begann ich Mathe zu lernen und war oft am Rande der Verzweiflung. Manchmal schien es mir, als hätten sich die Lehrbücher und Lehrer verschworen, um alles auf mysteriöseste Weise zu erklären. Als ein Professor, der sein ganzes Leben damit beschäftigt war, Fourier oder Laplace zu transformieren, etwas sagte wie: "Natürlich ist es offensichtlich, dass ..." Ein Zittern überkam mich, weil ich wusste, dass es offensichtlich nichts für mich sein würde. Ich lerne langsam - es hat oft lange gedauert, bis mir klar wurde, dass etwas eigentlich ganz einfach ist.

Terry und ich haben „Learning to Learn“ entwickelt, damit die Schüler diese Einfachheit des Fachs selbst verstehen. Wir wollten die Vorteile von Nachhilfe mit Tutorials von Spieleentwicklern und TV-Entwicklern kombinieren. Von den rasanten Ereignissen bei Grand Theft Auto bis zum Geld aus der Breaking Bad-TV-Serie, die in einem Wäschetrockner gerollt wird, ist Bewegung ein wichtiger Bestandteil, um Zugang zum Unterbewusstsein der Schüler zu erhalten und ihre Aufmerksamkeit zu behalten.

In unserem Kurs verwenden wir ständig Bewegung. Mit dem Chromakey-Bildschirm kann ich plötzlich von einem Rand des Bildschirms zum anderen wechseln oder von einem Bild in voller Größe zu einem einseitigen Bild. Oder, während ich an der Seite des Bildschirms lache, kann ich beschleunigen, um in einem Teil des Bildes ein Video zu scrollen, in dem meine Tochter, die ein Auto auf einem Pfad bewegt, es auf einen Rasen fährt - ein großartiges Beispiel dafür, was passieren kann, wenn Sie nicht trainiert haben Managementfähigkeiten. Dies sind alles Tricks mit dem Video, aber sie funktionieren und halten die Aufmerksamkeit der Schüler aufrecht.

Einer der Tricks vieler großer Wissenschaftler besteht darin, sich vorzustellen, dass Sie in das versetzt werden, was Sie zu verstehen versuchen. Einstein stellte sich vor, wie er einem Lichtstrahl nachjagte, um die Relativitätstheorie besser zu formulieren. Die Nobelpreisträgerin Barbara McClintock vertrat sich im Königreich der "springenden Gene", für deren Entdeckung sie ausgezeichnet wurde. Wir können unseren Schülern helfen, eine Intuition zu entwickeln, die der Intuition von Nobelpreisträgern nicht unterlegen ist, indem wir Objekte in einem Video auf eine Weise animieren, die im Klassenzimmer nicht erreicht werden kann. Wir können in die Mitochondrien der Zelle eintreten, die Wechselwirkung von Ionen beobachten oder in die Spirale der Euler-Gleichung fallen.

In den Klassenzimmern wird häufig die Technologie von zwei Bildern verwendet - Folien aus PowerPoint werden auf dem Bildschirm angezeigt, und der Ausbilder steht neben ihm. Oft sehen wir im Video eine Nachahmung dieses Ansatzes, wenn sich in der Ecke des Bildschirms ein sprechender Kopf befindet (ähnlich aufgrund der begrenzten Bewegungsmöglichkeiten für ein Standbild) und das Hauptbild auf dem gesamten Bildschirm angezeigt wird.

Dieser Ansatz erhöht jedoch die kognitive Belastung. Zwei verschiedene Bilder auf dem Bildschirm müssen gleichzeitig verarbeitet werden. Aber wenn ein Professor eine Chromakey benutzt, kann er so tun, als würde er eine griechische Vase von der Größe seiner selbst umrunden. In einem Biologievideo kann ein Professor auf stark vergrößerte Zellstrukturen verweisen. Im Video zur Technik - am Gegenstrom im Wärmetauscher. Eine solche Kombination des Professors und des diskutierten Fachs verringert die kognitive Belastung und konzentriert die Schüler auf wichtige Details - auch wenn diese Details im wirklichen Leben sehr klein sind. All dies erleichtert es den Schülern, wichtige Ideen zu verstehen.

Metaphern und Analogien sind ebenso wichtig wie die Reduzierung der kognitiven Belastung. Die Theorie des „wiederholten neuronalen Gebrauchs“ besagt, dass wir zum Verständnis von Metaphern oder Analogien häufig dieselben neuronalen Schaltkreise verwenden wie zum Verständnis des Konzepts selbst [Anderson, ML Precis von After Phrenology: Neuronale Wiederverwendung und das interaktive Gehirn. Behavioral and Brain Sciences 16, 1-22 (2015)]. Lehrer exakter Wissenschaften können ihr Material manchmal verächtlich auf dumme Analogien reduzieren. Solche Lehrmittel sind jedoch äußerst wichtig - sie dienen als intelligente Leitern, um den Schülern zu helfen, mit komplexen Ideen unter Verwendung vorhandener neuronaler Schaltkreise umzugehen.

Gute Online-Kurse erwecken den Eindruck, dass der Professor direkt mit dem Studenten spricht. Das Fokussieren auf die Kamera sieht aus wie die Aufmerksamkeit, die dem Schüler geschenkt wird. Die Schüler entwickeln ein Gefühl der Bekanntschaft - sie betrachten uns als freundliche Lehrer. Natürlich ersetzen wir keine Lehrer in den Klassenräumen. Wir dienen nur als zusätzliche personalisierte Ressource, obwohl wir ziemlich umfangreiche Wissensbereiche erläutern. Ich möchte auch darauf hinweisen, dass jede der Vorlesungen, die ich für den Kurs geschrieben habe, die beste Vorlesung ist, die ich jemals in meinem Leben gehalten habe.

In Online-Kursen können Sie erweiterte Umfragen durchführen. Testen ist eine der besten Methoden zum Lernen [Keresztes, A., Kaiser, D., Kovacs, G. & Racsmany, M. Testen fördert das langfristige Lernen durch Stabilisierung von Aktivierungsmustern in einem großen Netzwerk von Gehirnbereichen. Cerebral Cortex 24, 3025 & ndash; 3035 (2014)]. Tests an wichtigen Stellen des Videos, Dutzende von Fragen, die am Ende jedes Moduls zu prüfen sind, können das Verständnis der Schüler für das Material erheblich verbessern. Manchmal verweisen Lehrer auf eine Studie, die zeigte, dass Schüler, die Physik studieren, nicht während der Erklärung lernen, sondern aus ihren Fehlern. Aber die Physik ist im Gegensatz zu den meisten Themen voller falscher Ideen, die die Schüler dazu bringen, Erklärungen zu überspringen, weil sie denken, dass sie bereits eine Frage verstehen [Bilalic, M., McLeod, P. & Gobet, F. Warum gut? Gedanken blockieren bessere: Der Mechanismus des schädlichen Einstellungseffekts. Cognition 108, 652 & ndash; 661 (2008)]. Fehler in Online-Zwischenfragebögen können dazu führen, dass Physikstudenten - oder ein anderes Fach - wieder zur Erklärung zurückkehren.

Im Allgemeinen ermöglichen Online-Videos den Schülern, das zu tun, wozu ihr Gehirn bereit ist - sich zuerst zu konzentrieren, dann die schwierigsten Stellen im Material zu wiederholen und dann eine Pause einzulegen. Sie können die Tests selbst machen oder ich kann sie interviewen. Sie können das Video anhalten und nachdenklich ins Nirgendwo starren, bis es in ihrem Kopf klickt. Sie können das Thema im Forum mit Freunden aus Simbabwe oder Chile diskutieren. In der üblichen zweistündigen Lektion ist dies nicht möglich.

Nicht alle MOOCs sind so wunderbar. Mit zunehmender Vielfalt und Qualität nehmen jedoch die Auswahlmöglichkeiten der Schüler zu. Sie können den Reichtum des Materials und die Wahl des Unterrichts spüren. Wenn ihnen etwas nicht gefällt, fahren Sie fort. MOOCs allein sind kein Allheilmittel zur Verbesserung des Lernens. Es wird das Ergebnis vieler Bemühungen sein: MOOCs, neue Lehrbücher, Lehrer selbst. Online-Ressourcen ersetzen keine persönlichen Ausbilder - sie dienen als Werkzeuge für ein qualitativ hochwertiges persönliches Training und als gute Materialien zum Testen von Wissen.

Terry und ich gaben nicht mehr als 5.000 US-Dollar für die Schaffung von Learning to Learn aus und taten dies größtenteils in meinem Keller. Ich hatte keine Erfahrung mit der Bearbeitung von Videos - vorher konnte ich nur die Aufnahmetaste an der Kamera drücken. Die meisten bewegten Bilder wurden mit PowerPoint-Folien erstellt. Deshalb appelliere ich an Kritiker von MOOCs. Erstellen Sie Ihren Online-Kurs.Schreiben Sie den interessantesten und tiefsten Vortrag von allem auf, was Sie im Leben gehalten haben. Wenn Ihnen das Ergebnis nicht gefällt, schießen Sie erneut, bis Sie zufrieden sind. Überlegen Sie sich Testfragen, die auf häufigen Fehlern basieren. Und Sie erfahren mehr über die Möglichkeiten von Online-Kursen als erwartet. Und was noch wichtiger ist, Sie werden ein Beispiel für die Offenheit für den Unterricht von Schülern auf der ganzen Welt geben.