Richard Hamming: Capítulo 22. Aprendizaje basado en computadora (CAI)

"Lo que aprendes de otros lo puedes usar para seguir;
Lo que aprendes por ti mismo lo puedes usar para liderar ”.
- Richard Hamming

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Instrucción asistida por computadora (CAI) : aprendizaje automático. El uso de computadoras en el proceso educativo. La computadora en modo interactivo ofrece al alumno material en forma de textos e imágenes gráficas, asigna tareas y verifica su cumplimiento, y permite realizar experimentos educativos.

Traducción de Islam Rasulov

Como las computadoras se instalaron en muchas universidades, tarde o temprano surgiría la pregunta sobre el uso de computadoras para la capacitación. Antes de pasar a las afirmaciones modernas, sería útil estudiar teorías anteriores sobre este tema.

Desde la antigüedad griega, hay una historia sobre las matemáticas, que le cuenta al gobernante sobre la existencia de caminos reales para pasear, mensajeros reales para enviar correo al gobernante, pero no había forma de geometría. También sabe que el dinero y el entrenamiento no ayudarán mucho si quiere correr una milla en 4 minutos. No hay una manera fácil de hacer esto. Y esto se aplica a absolutamente todas las personas.

La historia conoce a un gran número de personas que buscaban formas fáciles de aprender algo. Aldous Huxley en su libro "Brave New World" discute la idea de aprender durante el sueño cuando pones un micrófono debajo de la almohada y tocas algo a través de ella. También revela las serias limitaciones de tal proceso.

Durante mi trabajo en el laboratorio de Bell Telephone, Dianética surgió en el mundo, que prometía que podría "despejar" su mente de todos sus errores, después de lo cual puede razonar perfectamente. Todavía hay institutos de Dianética, pero su principal problema es que las personas creadas por ellos no parecen haber tenido éxito en ninguna área de la vida humana, por no mencionar todas las áreas. Otra organización promete revelar los secretos de los pueblos antiguos (que quizás eran mucho más inteligentes que nosotros ahora). A nuestro alrededor, hay un número infinito de anuncios sobre la enseñanza de la lectura rápida, las técnicas de aprendizaje rápido, etc., cada una de las cuales promete, en un grado u otro, mejorar significativamente nuestra mente, sin hacer los esfuerzos que la mayoría de nosotros estamos obligados a realizar para lograr el éxito. Las pruebas de tales propuestas mostraron que ninguna de ellas ha dado lugar a la aparición de un número significativo de personas destacadas (que, de hecho, lo sabemos en este momento). Como dijo Fermi sobre la inteligencia supramundana y los extraterrestres ovni: "¿Dónde están y por qué no los hemos conocido?"

En consecuencia, toda la historia, con sus muchas acusaciones de aprendizaje fácil, habla elocuentemente contra el aumento actual de promesas, pero esto, por supuesto, no significa que algún nuevo truco no funcione. Debe tener cuidado con cada una de estas propuestas, pero al mismo tiempo, la aparición de cosas nuevas, hasta ahora desconocidas, y nuevas herramientas, como computadoras baratas, que actualmente están ampliamente disponibles, pero recientemente no fue así. Y estas herramientas pueden variar. A menudo leo o escucho que tengo que creer que la computadora cambiará nuestra vida drásticamente a pesar de todas las promesas pasadas que obviamente fallaron. Tenga cuidado con la tentación de las ilusiones: le gustaría que fuera verdad, ¡así que asume que es verdad!

Hay otro factor importante que debe explicarse: el efecto Hawthorne. Hace mucho tiempo, en varias plantas de Western Electric en Hawthorne, varios psicólogos intentaron aumentar la productividad de los trabajadores a través de diversos cambios ambientales. Pintaron las paredes en un color atractivo y la productividad de los trabajadores aumentó. Hicieron la iluminación más suave y la productividad de los trabajadores mejoró. Cada cambio contribuyó al aumento de la productividad. Uno de los hombres, un poco sospechoso, devolvió el cambio a su estado original, ¡y la productividad mejoró nuevamente! Por qué Resultó que cuando cuidas a una persona, él responde de la misma manera. Todos los trabajadores creían que los cambios se hicieron para bien y reaccionaron en consecuencia.

Con respecto al proceso de aprendizaje, cuando les dices a los estudiantes que estás usando un nuevo método en el entrenamiento, aumentarán su efectividad en la respuesta, que, por cierto, es realizada por el profesor. El nuevo método puede o no ser mejor, de hecho, incluso puede ser peor que los métodos de enseñanza existentes, pero el efecto Hawthorne, que no es tan insignificante en el campo de la educación, probablemente indica un método de enseñanza nuevo, importante y mejor. Y no importa cuál sea este método, si los estudiantes entienden que este método es para su beneficio, ciertamente conducirá a mejoras.

Por lo tanto, el efecto Hawthorne distorsiona la mayoría de los experimentos educativos. Recordemos mi discusión anterior, discutida en el Capítulo 20, sobre la necesidad de experimentos "doble ciego" en medicina, por lo que esta es la misma sensación cuando los encuestados sienten una actitud especial y un cuidado especial. Aquellos que luego evalúen las consecuencias también deben ignorar quién sintió o no esa actitud particular. Tales experimentos son un hecho innegable en la vida, pero generalmente se ignoran. Por lo tanto, nunca debe creer los resultados de experimentos realizados descuidadamente cuando involucran personas. La credibilidad del experimentador, la complejidad del equipo, el grado de compresión de datos y, especialmente, su fe, no deberían sacudirlo. Una vez más, tenga mucho cuidado al realizar tales experimentos.

El efecto Hawthorne nos muestra que el método de enseñanza correcto siempre estará en un estado de cambio experimental, a pesar de lo que ya se ha hecho. Lo único que importa es que tanto el profesor como los estudiantes crean en el cambio.

Permítanme pasar a la historia del uso de las computadoras para mejorar el proceso de aprendizaje. En 1960, cuando estaba en licencia creativa en Stanford, un programa de grado trabajó allí. Cualquier tarea de programación para los estudiantes requería que el profesor proporcionara un programa de computadora completo, los nombres de los parámetros de entrada, el rango del valor de los parámetros de entrada, así como los valores de salida aceptables. Cuando los estudiantes sintieron que sus programas estaban listos para la entrega, llamaron al maestro, confirmaron su identidad, después de lo cual la computadora generó algunos parámetros de entrada válidos y ejecutó ambos programas (profesores y estudiantes), y luego comparó los resultados. Cada parámetro de salida se etiquetó como verdadero o falso. Por lo tanto, el profesor podía evaluar fácilmente el tiempo de compilación y el tiempo de ejecución del programa, ya que los parámetros eran números normales, pero no necesitaba juzgar el estilo de implementación del programa.

Este método era flexible, fácilmente adaptable a los cambios, y de año en año se aplicaba para resolver ciertos problemas. El programa guardó el diario en una base de datos cerrada, a solicitud del profesor proporcionó datos brutos, mientras dejaba la definición de estimaciones reales a merced del profesor. Por supuesto, a partir de esta base de datos, el profesor podría obtener calificaciones promedio, la diferencia en las calificaciones y la distribución de las calificaciones en grupos.

Cuando visité Stanford unos años más tarde, pregunté sobre el destino de este programa. Y resultó que ya no se usa. ¿Preguntas por qué? Porque, como me dijeron, el primer profesor que comenzó a usar este programa se había ido, ¡y los cambios realizados en el sistema de monitoreo requerirían algunos cambios en el programa! La observación cuidadosa y las encuestas mostraron que una situación similar se ha desarrollado en muchos campus. La computadora está programada para ayudar, aparentemente, al profesor, pero pronto el programa fue olvidado.

Permítanme pasar ahora al proyecto PLATO, desarrollado por mi amigo en la Universidad de Illinois. A menudo lo encuentro en varias conferencias, una vez que él y yo volamos en un avión durante mucho tiempo, y cada vez que me cuenta sobre su maravilloso proyecto PLATO. Por ejemplo, una vez me dijo que según el sistema PLATO, un estudiante de Escocia, Canadá y Kentucky está estudiando simultáneamente. Le dije que una compañía telefónica normal podría hacer lo mismo, pero lo que me respondió no tenía nada que ver con cuánto PLATO funcionaba mejor que las personas. Nunca, en mi memoria, proporcionó ninguna evidencia seria de que PLATO mejore significativamente el proceso de aprendizaje; esto es lo que esperará del efecto Hawthorne.

Una de las acusaciones fue que un estudiante que usa el sistema es un 10% más alto en su nivel de educación que alguien que no usa el sistema. Cuando pregunté si el 10% de crecimiento es típico de todo el sistema educativo o es inherente solo a un tema en particular, ¡no pudo responder esta pregunta por mí! ¿Qué hizo con el efecto Hawthorne? Nada! Por lo tanto, no sé si se alcanzaron o no esos objetivos por los que se gastaron millones y millones de dólares del presupuesto federal.

Una vez, cuando era editor en jefe de ACM Publications, el libro "Programmable Book" apareció en mi publicación. Este libro regularmente hacía preguntas a su lector, y luego, dependiendo de la respuesta, el lector fue redirigido a una de las páginas del libro. En principio, los errores en las respuestas fueron capturados y explicados, después de lo cual las respuestas correctas fueron enviadas al lector como material nuevo. Eso suena genial! Cada estudiante trabajó en su propio programa. Pero mire, con este enfoque, no había forma de rastrear y buscar lo que el estudiante ya había leído varias páginas atrás y por el momento no está claro cómo y dónde llegó a su posición actual. No había una manera sensata de rastrear esto a través del texto. Esto no es realmente un libro, aunque parece así. Otro hecho terrible de la observación cuidadosa de los estudiantes durante la lectura del libro fue que los estudiantes fuertes eligieron las respuestas incorrectas a las preguntas simplemente por aburrimiento o por entretenimiento. Así que querían averiguar a dónde los enviaría el libro. Basado en esto, el libro no siempre cumplió la función que se suponía que debía cumplir; ¡los estudiantes fuertes no necesariamente mostraron un progreso significativo en el aprendizaje en comparación con los estudiantes débiles!

No quería negarme a imprimir este libro, confiando solo en mi propia opinión, así que fui al departamento de psicología del laboratorio de Bell Telephone y encontré un experto local allí. Entre otras cosas, dijo que se planeó una gran conferencia sobre el "Libro Programable" la próxima semana y sugirió que asistiera, lo cual hice. El primer día de la conferencia, nos sentamos uno al lado del otro. Me empujó y dijo: "Note, ninguno de ellos proporcionó ninguna evidencia concreta a favor del libro, solo afirman que el texto programado es mejor". Y tenía razón: todos simplemente expresaron su opinión sin proporcionar ninguna evidencia. Me negué a imprimir el libro y, mirando hacia atrás, creo que hice lo correcto. Ahora tenemos discos de computadora que están diseñados para hacer lo mismo que un "libro programable", pero sospecho que el formato del disco tiene diferencias significativas, aunque pueden rastrear el camino que ha recorrido.

Examinamos el lado negativo de CAI. Ahora pasemos a lo positivo. No tengo dudas de que enseñar aritmética aburrida, por ejemplo, tablas de suma y multiplicación, es mejor que una computadora que un maestro, especialmente después de incluir un programa simple para detectar errores y generar más ejemplos, como la multiplicación por 7. Creo que en estas de acuerdo conmigo Desafortunadamente, en el futuro esperamos que las corporaciones y otras grandes organizaciones rechacen este método de capacitación (las computadoras lo enfrentarán mejor y más barato), y la decisión de adoptar este enfoque dependerá completamente de usted.

Ahora considere el proceso de entrenamiento de un piloto de avión en simuladores modernos. Los simuladores muestran buenos resultados en comparación con cualquier experiencia de vida y, como regla, durante el entrenamiento, los pilotos tienen poca experiencia en el entrenamiento de interacciones interactivas. La huida, en gran medida, y señalo esto, es un reflejo condicionado que se incorpora a una persona en el proceso de aprendizaje. No piensan mucho en ello, aunque a veces es necesario, pero el entrenamiento, mental y físico, contribuye a una reacción rápida y correcta en caso de emergencias imprevistas.

Me parece que tal entrenamiento, en el que el reflejo condicionado se inculca en una persona, se realiza muy bien en las computadoras. Dio la casualidad de que en la infancia me dedicaba a la esgrima. No hay tiempo para pensar en un duelo, debes actuar rápidamente reflexivamente. De hecho, un duelo generalmente se planifica cuidadosamente, pero en el momento crucial es necesario actuar sin demora para pensar.

Cuando llegué a la Escuela Naval de Graduados en 1976, el decano del departamento trabajaba allí, preocupado por la educación. En algunos temas candentes relacionados con la educación, nuestros puntos de vista eran diferentes. Un día llegué a su oficina y dije que les enseñé a los estudiantes a levantar pesas (él sabía que esto no era cierto). Les dije a los estudiantes que solo uno que pudiera empujar 250 libras pasaría el examen del curso. Mis palabras desanimaron a muchos estudiantes, y se dieron por vencidos, algunos fueron a entrenar y solo unos pocos completaron con éxito el curso. Continué mi historia. Anoche, pensé durante mucho tiempo y decidí simplificar la tarea simplemente dividiendo el peso por la mitad: se considerará que los estudiantes completaron el curso si pueden levantar 125 libras, fijar el peso, y una vez más levantar las 125 libras restantes, totalizando 250 libras.

Esperé un poco hasta que dejó de reír (igual que tú), después de lo cual me di cuenta cuando encontré una prueba más simple del teorema y utilicé a los estudiantes para esto, ¿reduje el peso a la mitad o no? ¿Cuál será tu respuesta? ¿No hay verdad en el hecho de que cuanto más fácil hacemos el proceso de aprendizaje para los estudiantes, más reducimos el peso a la mitad? De esto no se deduce que los estudiantes deben recibir tareas más fáciles para que puedan trabajar más duro. La evidencia de la capacidad de las personas para hacer una contribución significativa nos lleva a la conclusión: el famoso profesor era un profesor terrible, y los estudiantes necesitan trabajar más duro para estudiar sus propios temas.

Nuevamente, propongo prestar atención a la regla:

Lo que has aprendido de otros, puedes usarlo para seguir.
Lo que has aprendido, lo puedes usar para liderar.

¿Hasta qué punto será correcto comparar los músculos físicos con los músculos "mentales"? Claro, estos dos tipos de músculos no son lo mismo, pero ¿hasta cuándo serán considerados análogos? Piensa en esta pregunta tú mismo.

Mi otro argumento en la confrontación con el mismo decano fue su creencia de que a los estudiantes se les debería permitir tomar cursos de forma independiente en su área de responsabilidad. En respuesta a esto, respondí que la velocidad de aprendizaje desempeña un papel importante para las organizaciones: ceteris paribus, los estudiantes que dominan rápidamente el material tienen mayor valor que aquellos que lo aprendieron lentamente; Una de las tareas de nuestro trabajo fue precisamente aumentar la velocidad de capacitación y destacar a esos estudiantes para la sociedad. Nuevamente, esta es una opinión, pero es seguro que no querrá tratar con estudiantes muy lentos. Por supuesto, la velocidad para aprender cosas nuevas no lo es todo, pero me parece que este es un elemento importante.

El principal problema al evaluar el valor de CAI es que no estamos listos para decir qué es una persona educada y cómo estamos llegando a este estado (si es que lo somos). Podemos decir QUÉ hacemos, pero no es lo mismo que deberíamos hacer. Por lo tanto, solo puedo contar algunos chistes más.

Considere esta afirmación: un buen material gráfico proporciona una asistencia significativa en el estudio de conceptos básicos. Suena genial, pero volvamos a la historia que te conté sobre mi amigo Kaiser. Él, después de estudiar la teoría de los filtros en términos de tiempo y voltaje, no pudo hacer frente a una variable independiente: la energía. Cabe señalar aquí que Kaiser era una persona muy inteligente, pero su educación lo limitó en lo que estudió. Cuanto mejor implementemos la idea con imágenes dibujadas por el profesor, más evitaremos que el estudiante luego difunda ideas a áreas completamente nuevas en las que el profesor no pensó (y que él no estableció en las imágenes).

Permítanme contarles una historia sobre la llamada teoría de la "transferencia de capacitación": la aplicación de ideas de un campo de conocimiento a las ideas de otro campo de conocimiento. Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, impartí un curso de informática en la Escuela de Ingeniería de Louisville.Los estudiantes tuvieron problemas con un curso de termodinámica, que fue impartido por el decano de la Facultad de Ingeniería, un ex comandante de submarinos, y que también asustaba a los estudiantes. Con el permiso del decano, decidí asistir a una lección para comprender las razones del bajo rendimiento de los estudiantes. Y así, el decano escribe la siguiente fórmula en la pizarra:



y pregunta qué significa. Hubo silencio en la audiencia, nadie sabía la respuesta. Unas horas más tarde, en mi lección, escribí en la pizarra



y los alumnos ya sabían la respuesta: era el logaritmo de x más una constante. Cuando escribí en la pizarra



Los estudiantes volvieron a saber la respuesta. "¿Por qué no respondiste esta pregunta en la lección del decano?", Les pregunté a los estudiantes. El hecho es que lo que sabían en una clase en particular a una hora en particular de un profesor en particular no se transfirió al conocimiento a otra hora en particular en otra clase de otro profesor. Suena extraño, pero también se llama "transferencia de aprendizaje", es decir, la capacidad de usar las mismas ideas en una nueva situación. Gracias a esta teoría, hice una contribución significativa al desarrollo de los Laboratorios Bell Telephone, lo hice con bastante frecuencia, aunque, por supuesto, no sé cuántas oportunidades perdí.

Volvamos ahora a mi curso de informática, que enseñé a menudo en la Escuela Naval de Graduados, aunque estos pensamientos se formaron en mí mucho antes. Los estudiantes pueden memorizar sus caminos notablemente a través de una gran cantidad de clases de matemáticas, y muchos lo hacen. Pero cuando recurro a la integración analítica (les doy a los estudiantes una función y les pregunto acerca de su integral indefinida), no pueden recordar su camino del curso en el que les enseño. Deben aprender a reconocer



en cualquier situación interminable Por primera vez en su carrera, se ven obligados a aprender a reconocer formas que no dependen de una idea específica, que a su vez es la característica principal de las matemáticas y la inteligencia general. Eliminar la integración analítica de un curso o transferirla a rutinas informáticas en subrutinas significa el colapso de la idea de la etapa de estudio, en mi opinión, algo significativo hasta que se inventa e implementa algo equivalentemente complejo. Los estudiantes deben aprender técnicas de reconocimiento de imágenes abstractas si desean progresar más y utilizar modelos matemáticos a lo largo de sus futuras carreras.

Un error muy similar se cometió hace muchos años cuando era estudiante en la Universidad de Chicago. El Departamento de Educación ha lanzado una escuela primaria para la investigación. Descubrieron que los estudiantes aprenden a leer por sílabas en lugar de letras, por lo que decidieron dejar de aprender el alfabeto y comenzar a leer de inmediato. Lo cual, de hecho, hicieron. Todo salió bastante bien hasta el final de la escuela secundaria, cuando descubrieron que los estudiantes no sabían el alfabeto por completo y, por lo tanto, no podían usar efectivamente diccionarios, directorios telefónicos, etc. A su edad actual, era casi imposible hacer que memorizaran el alfabeto para que pudieran usar fácilmente tales fuentes de información. Por lo tanto, desconfío de los cambios propuestos siempre quehasta que las consecuencias de estos cambios se estudien a fondo a través de pronósticos a largo plazo de todos los requisitos necesarios para omitir el material.

Para resumir. Creo que en situaciones de bajo nivel, generalmente asociadas con la capacitación, donde se requiere un reflejo condicionado, las computadoras harán una contribución significativa para mejorar el proceso de aprendizaje. En cuanto al pensamiento de alto nivel, es decir Soy escéptico aquí, principalmente porque nosotros mismos no tenemos idea de lo que queremos hacer o de lo que estamos haciendo actualmente. Ahora simplemente no sabemos a qué nos referimos cuando decimos "persona educada", sin mencionar el significado de esta expresión para 2020. Sin este conocimiento, ¿cómo puedo juzgar el éxito de las soluciones propuestas? Las organizaciones y universidades deberían explorar el vasto campo de conocimiento que existe entre la educación de bajo nivel y la educación de alto nivel. Los expertos rara vez hacen una contribución significativa al desarrollo de esta área,El progreso significativo generalmente proviene del exterior. Discutiremos esto con usted en el Capítulo 26. El papel de CAI en las organizaciones que utilizan ampliamente los programas de capacitación aumentará, a medida que el progreso conduzca a la obsolescencia constante de los antiguos y a la creación de nuevas herramientas, generalmente más difíciles de usar técnicamente.

Considere los programas de computadora que están diseñados para enseñar disciplinas como la gestión empresarial o, aún más en serio, los asuntos militares. Las computadoras pueden asumir una gran cantidad de tareas pequeñas, aislar al jugador de ellas y, al mismo tiempo, proporcionar soluciones útiles de alto nivel. También es necesario incluir algunos elementos de capacitación de bajo nivel en el proceso, así como un pensamiento de nivel superior. Como se señaló en los tres capítulos dedicados a la simulación, también necesitamos saber si la simulación es adecuada para resolver problemas futuros, para lo cual, de hecho, la capacitación está destinada. ¿La presencia y, posiblemente, la distribución de los programas de juego conducirán a un deterioro en la calidad de la capacitación? Sin embargo, puede estar seguro de que incluso si las personas que ofrecen dichos programas no pueden responder estas preguntas,seguirán creando y publicitando programas relevantes. ¡Puede ser víctima del aprendizaje equivocado!

Hace unos cientos de años, la educación superior estándar consistía en enseñar lectura, escritura y latín hablado, así como, en menor medida, enseñar griego y conocimiento de los clásicos. Esta fue la formación básica con la que los británicos, por ejemplo, crearon un imperio. Nuestro sistema educativo actual tiene muy, muy poco en común con el sistema clásico. Estoy firmemente convencido de que la educación futura tendrá muy poco en común con el sistema educativo actual, en la medida en que el sistema actual difiere del clásico. Un intento de hacer cambios menores en nuestro sistema educativo actual no ayudará a resolver el problema que enfrentamos al preparar a los estudiantes para 2020, cuando las computadoras de escritorio se vuelven igualmente accesibles y tienen grandes capacidades para almacenar y procesar información.Sin una idea clara de qué educación será relevante para entonces, ¿cómo debemos evaluar los proyectos de CAI propuestos? El hecho de que se pueda hacer algo, especialmente usando computadoras, no significa que deba hacerse. Debemos crear una visión de lo que será una persona educada en el futuro, y solo entonces podremos abordar con confianza los problemas que surgen con CAI.

Continuará ...

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