Pourquoi l'apprentissage virtuel peut être meilleur que réel

J'enseigne l'un des MOOC les plus populaires au monde (cours ouvert en ligne massif, cours ouvert en ligne massif / MOOC), Learning How to Learn, avec le neuroscientifique Terrence Sezhnowski du Francis Crick Institute du Biological Research Institute. Salka. Basé sur la neurobiologie, la psychologie cognitive et la théorie de l'éducation, notre cours explique comment le cerveau humain absorbe et traite les informations afin que nous puissions tous améliorer nos opportunités d'apprentissage. Depuis son lancement sur Coursera en août 2014, près d'un million d'étudiants de 200 pays se sont inscrits à notre cours. Nous avons été surveillés par des cardiologues, des ingénieurs, des avocats, des linguistes, des enfants de 12 ans et des réfugiés du Soudan. Nous avons reçu diverses lettres, par exemple: «Je serai bref. J'ai récemment terminé votre MOOC et cela a déjà changé ma vie d'une manière que vous ne pouvez même pas imaginer. Je viens d'avoir 29 ans, je suis en train de changer de carrière pour travailler dans le domaine de l'informatique, et je n'ai jamais été aussi cool à étudier. "

Je suis très heureux de recevoir des commentaires comme n'importe quel enseignant dans n'importe quelle partie du monde. Ils donnent non seulement du plaisir, mais montrent également l'influence exercée par les MOOC. Nous connaissons tous l'importance du système éducatif et les avantages que la société peut retirer de l'amélioration de ce système, notamment dans le domaine de la formation des personnes en retard de développement. Les cours en ligne nous permettent d'élargir ces opportunités - former la meilleure qualité pour moins d'argent. Les chiffres sont déjà impressionnants. Plus de 500 collèges et universités et 200 organisations et instituts proposent leurs MOOC, qui sont utilisés par plus de 30 millions de personnes.

Et bien qu'apprendre à apprendre soit l'une des expériences les plus agréables de ma carrière d'enseignant de 20 ans - et maintenant j'enseigne l'ingénierie à l'Université d'Auckland dans le Michigan - j'avoue que j'ai l'impression d'essayer de trouver des excuses. Le succès et le potentiel éducatif des MOOC sont minés par des articles critiques publiés dans des publications populaires au cours des deux dernières années. Dans un article «Trapped in a Virtual Classroom» dans la New York Review of Books, David Bromwich, professeur d' anglais à l'Université de Yale, a déclaré que «le mouvement MOOC collabore avec une tendance à la mécanisation» et «interfère avec la réflexion intégrée sur le contenu et les objectifs. l'éducation. " Certaines études ont estimé que jusqu'à 90% des abonnés abandonnent les cours en ligne. Robert Zemsky, président de la Higher Education Alliance de la Pennsylvania State University, a écrit que les perspectives du MOOC diminuaient et qu'elles étaient "sans intérêt à la fois d'un point de vue pédagogique et technique".

J'ose affirmer que la majorité des personnes qui nient les MOOC n'ont pas d'expérience dans la création et l'enseignement de cours en ligne. En fait, les MOOC peuvent également être magnifiquement conçus d'un point de vue artistique et technique, et ils peuvent présenter des avantages pédagogiques incroyables. Cela est particulièrement évident dans un domaine aussi complexe que STEM [Science, Technology, Engineering, Math - sciences, ingénierie, technologie, mathématiques - le nom collectif des sciences exactes aux États-Unis - env. trad.]. Difficile de comprendre les explications dans de tels domaines, il suffit parfois de demander une relecture et un rembobinage, il faut pouvoir arrêter la conférence pour que la compréhension du sujet puisse pénétrer la conscience. En ce qui concerne le pourcentage d'abandons, Keeff Devlin, un mathématicien de Stanford, a noté que certains des travaux liés au MOOC étaient basés sur des mesures traditionnelles «trompeuses» de l'enseignement supérieur. Les raisons pour lesquelles les gens s'inscrivent aux MOOC sont différentes des raisons pour lesquelles ils s'inscrivent aux cours réguliers. "Beaucoup ne vont pas finir le cours", écrit Devlin. "Ils ne recherchent que l'éducation."

Dans les meilleurs cours, les étudiants reçoivent vraiment du matériel qui inspire une réflexion intégrée sur les objectifs de l'apprentissage. Les cours en ligne peuvent retenir l'attention des étudiants, et parfois même mieux que les professeurs en direct. La création du cours «Apprendre à apprendre» a permis de regarder l'apprentissage et l'enseignement de l'extérieur. Avec Terry, l'environnement en ligne m'a aidé à surmonter certains des problèmes associés à l'apprentissage par la méthode traditionnelle et a donné aux élèves un regard différent sur le processus d'apprentissage.


Barbara Oakley et le neuroscientifique Terrence Seinovsky pour moins de 5 000 $ ont créé un cours en ligne sur le cerveau et l'apprentissage

Les araignées ermites chiliennes sont l'une des araignées ermites les plus dangereuses. Vous pouvez être tué par une piqûre d'une telle araignée. Ils sont lourds - jusqu'à 3-4 cm et ils sont également très rapides. Imaginez que vous avez remarqué une araignée ermite chilienne à 6 mètres de vous sur le sol. Un autre regard - et maintenant il est déjà à un demi-mètre de vous. Ce genre de comportement attirera votre attention, non?

Nous commençons à étudier les réseaux de neurones pour savoir pourquoi le mouvement - en particulier le mouvement d'un objet qui s'approche de vous - attire l'attention. Lorsque le cerveau détecte un objet qui s'approche, les neurones envoient une cascade d'informations à l'amygdale du cerveau, un centre de traitement des émotions et de la motivation. Le mouvement qui approche est d'une grande importance du point de vue de la phylogénétique - donc différentes créatures comme les insectes, les reptiles, les oiseaux et les gens y répondent [Skarratt, PA, Gellatly, AR, Cole, GG, Piling, M., & Hulleman, J.Looming motion amorce le système visuomoteur. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance 40, 566-579 (2014)].

À la suite de l'évolution, le cerveau humain a appris à changer rapidement et souvent d'attention. Ceux qui se sont trop concentrés sur les proies poursuivies sont devenus eux-mêmes des proies prédatrices. Il n'est donc pas surprenant que les gens ne soient pas destinés à rester assis longtemps au même endroit et à se concentrer constamment sur l'enseignant. Peu importe à quel point le sujet d'étude est intéressant pour nous, l'ordre de la conférence ne correspond pas au fonctionnement du cerveau.

C'est le problème de l'apprentissage. La question de savoir si les enseignants nous aident à apprendre est considérée comme presque hérétique. L'intuition dit qu'ils devraient. Et ils aident vraiment - les meilleurs professeurs semblent entrer dans nos têtes pour comprendre exactement ce dont nous avons besoin pour vivre le moment même "aha!" - un moment de compréhension. Ils peuvent fasciner, envoûter, inspirer à apprendre - même dans ces matières dont le développement semble trop compliqué. Explications claires, inspiration, humour, concentration sur certains points de pression sur les malentendus - tout cela nous aide à avancer.

Cependant, une étude contre-intuitive a montré que les enseignants ne sont pas très bons pour nous aider à apprendre. Dans un ouvrage de 1985, «Un état initial des connaissances en physique des étudiants», réalisé par le professeur de physique Ibrahim Abu Halun et David Hestenes, il a été démontré qu'en plaçant les étudiants dans une salle de classe avec un professeur traditionnel avec tableau noir et craie, nous ne pouvons réaliser qu'un petit progrès dans le sujet. - même si ce professeur est récompensé [Halloun, IA & Hestenese, D. L'état de connaissance initial des étudiants en physique des collèges. American Journal of Physics 53, 1043 (1985)].

Le travail de Halun et Hestenes a remué la communauté de l'enseignement des sciences. Comment se fait-il que les méthodes traditionnelles fonctionnent si mal? Les chercheurs qui ont compris les conséquences de cela ont commencé à tester de nouvelles méthodes d'enseignement améliorées. Une étude fructueuse menée par le physicien Richard Hake et d'autres a révélé que la participation interactive à une classe, comprenant de grandes classes de 100 élèves chacune, améliore les résultats d'apprentissage par semestre par rapport à l'approche traditionnelle [Hake, RR Interaction interactive par rapport aux méthodes traditionnelles: six mille étudiants étude des données des tests de mécanique pour les cours d'introduction à la physique. American Journal of Physics 66, 64 (1998)]. Apparemment, les élèves peuvent être maintenus dans leur attention en les laissant parler et travailler ensemble au fur et à mesure de leur progression.

De nombreuses classes universitaires sont passées à cette méthode d'enseignement. Une méta-analyse des résultats par Scott Freeman et ses collègues des Actes de la National Academy of Sciences a montré que «l'apprentissage actif» améliore tellement l'enseignement des sciences exactes que ne pas l'utiliser est une négligence criminelle pédagogique [Freeman, S., et al. . L'apprentissage actif augmente le rendement des élèves en sciences, en génie et en mathématiques. Actes de l'Académie nationale des sciences 111, 8410-8415 (2014)]. Mais l'apprentissage est plus qu'une simple interaction. Parfois, plus il y a d'interactions, plus nous nous déplaçons lentement. En règle générale, les partisans de l'apprentissage actif (et je suis l'un d'entre eux) croient qu'un bon apprentissage nécessite un équilibre entre le temps consacré à l'explication et le temps «actif», au cours duquel les élèves gèrent eux-mêmes le matériel, souvent par le biais d'interactions avec leurs camarades de classe [Oakley, B., Brent, R., Felder, RM et Elhajj, I. Transformer les groupes d'élèves en équipes efficaces. Journal of Student Centered Learning 2, 9-34 (2004)].

La solution au paradoxe de la valeur des enseignants se situe dans le cadre d'ouvrages scientifiques étudiant le processus d'apprentissage. Les tuteurs peuvent retenir l'attention des étudiants, non seulement donner des explications claires, mais changer de sujet, poser des questions, organiser des pauses si nécessaire. Dans les classes traditionnelles, même les meilleurs professeurs ne peuvent s'empêcher de s'ennuyer pendant une longue leçon.

Ces découvertes démontrent la nature de notre cerveau épris d'esprit. Elle est contrôlée par des facteurs subtils et inconscients, et leur influence est plus forte que nous ne sommes prêts à l'admettre. Notre incapacité à rester concentré pendant de longues périodes, couplée à notre désir de tout essayer nous-mêmes et de tout discuter avec les autres, réduit notre capacité à utiliser l'enseignement traditionnel au maximum.

Avec le développement d'Internet, une autre approche de l'apprentissage est apparue - une classe «inversée». Les professeurs enregistrent la présentation sur vidéo afin qu'elle puisse être visionnée à la maison, synthétiser les connaissances et développer des idées clés. En classe, on passe du temps à répondre aux questions et à travailler ensemble: résoudre des problèmes, discuter de problèmes et de concepts en équipe, travailler sur ce que les élèves ont mal compris, faire seul. Dans ce type d'interaction personnelle, le rôle de l'enseignant et des élèves est élevé.

Le développement de la classe «inversée» a conduit à la création de MOOC comme prochaine frontière d'apprentissage.

Ma plus grande ressource pour créer Learning to Learn était peut-être que j'étais moi-même un très mauvais élève. J'ai en quelque sorte fait mon chemin à travers les leçons de mathématiques et de sciences exactes. Je n'ai suivi des cours supplémentaires de mathématiques qu'à l'âge de 26 ans, à mon retour de l'armée. Les mauvaises perspectives d'emploi sont une grande motivation pour un changement de carrière. Je ne pouvais pas étudier en écoutant des conférences - en classe, mon attention était attirée par tout sauf le professeur. Je ne pouvais réussir que si je devenais sténographe - et plus tard j'étudiais l'enregistrement à la bonne vitesse et à ma manière.

Commençant à apprendre les mathématiques à l'âge adulte, j'étais souvent au bord du désespoir. Parfois, il me semblait que les manuels et les enseignants conspiraient pour tout expliquer de la manière la plus mystérieuse qui soit. Quand un professeur qui avait été engagé dans la transformation de Fourier ou de Laplace toute sa vie a dit quelque chose comme: "Bien sûr, il est évident que ..." un tremblement m'a envahi, parce que je savais que ce ne serait évidemment pas pour moi. J'apprends lentement - il m'a souvent fallu beaucoup de temps pour réaliser qu'une chose est en fait assez simple.

Terry et moi avons créé «Apprendre à apprendre», afin que les élèves eux-mêmes saisissent cette simplicité du sujet. Nous voulions combiner les avantages du tutorat avec des tutoriels de développeurs de jeux et de créateurs de télévision. Des événements trépidants de Grand Theft Auto à l'argent de l'émission Breaking Bad TV dans un sèche-linge, le mouvement est un élément important pour accéder au subconscient des élèves et le garder concentré.

Dans notre cours, nous utilisons constamment le mouvement. En utilisant l'écran chromakey, je peux soudainement passer d'un bord de l'écran à l'autre, ou passer d'une image en taille réelle à une image simple face. Ou, pendant que je ris sur le côté de l'écran, je peux accélérer pour faire défiler dans une partie de l'image une vidéo dans laquelle ma fille, en déplaçant une voiture le long d'un chemin, la conduit sur une pelouse - un excellent exemple de ce qui peut arriver quand vous n'avez pas travaillé compétences en gestion. Ce sont toutes des astuces avec la vidéo, mais elles fonctionnent, en gardant l'attention des élèves.

L'une des astuces utilisées par de nombreux grands scientifiques est d'imaginer que vous êtes transporté dans ce que vous essayez de comprendre. Einstein a imaginé comment il poursuivait un rayon de lumière afin de mieux formuler la théorie de la relativité. La lauréate du prix Nobel Barbara McClintock s'est représentée dans le royaume des "gènes sauteurs", pour la découverte de laquelle elle a été récompensée. Nous pouvons aider nos élèves à développer une intuition qui n'est pas inférieure à l'intuition des lauréats du prix Nobel en animant des objets dans une vidéo d'une manière qui ne peut pas être réalisée en classe. Nous pouvons entrer dans les mitochondries de la cellule, ou observer l'interaction des ions, ou tomber dans la spirale de l'équation d'Euler.

Maintenant, dans les salles de classe, la technologie de deux images est souvent utilisée - des diapositives de PowerPoint sont affichées à l'écran et l'instructeur se tient à côté de lui. Souvent dans la vidéo, nous voyons une imitation de cette approche, quand il y a une tête parlante dans le coin de l'écran (similaire en raison des possibilités limitées de mouvement vers une image fixe), et l'image principale est affichée sur tout l'écran.

Mais cette approche augmente la charge cognitive. Deux images différentes à l'écran doivent être traitées simultanément. Mais lorsqu'il utilise un chromakey, un professeur peut faire semblant de contourner un vase grec de la taille de lui-même. Dans une vidéo de biologie, un professeur peut pointer vers des structures cellulaires très élargies. Dans la vidéo sur l'ingénierie - sur le contre-courant dans l'échangeur de chaleur. Une telle combinaison du professeur et du sujet en discussion réduit la charge cognitive et concentre les étudiants sur des détails importants - même si ces détails sont très petits dans la vie réelle. Tout cela permet aux étudiants de comprendre plus facilement les idées clés.

Les métaphores et les analogies sont tout aussi importantes que la réduction de la charge cognitive. La théorie de «l'utilisation neuronale répétée» dit que pour comprendre les métaphores ou les analogies, nous utilisons souvent les mêmes circuits neuronaux que pour comprendre le concept lui-même [Anderson, ML Precis d'après-phrénologie: réutilisation neuronale et cerveau interactif. Sciences du comportement et du cerveau 16, 1-22 (2015)]. Les professeurs de sciences exactes peuvent parfois dédaigneusement réduire leur matériel à des analogies idiotes. Mais ces outils d'enseignement sont extrêmement importants - ils servent d'échelles intelligentes pour aider les élèves à gérer des idées complexes en utilisant les circuits neuronaux existants.

De bons cours en ligne donnent l'impression que le professeur parle directement à l'étudiant. La mise au point sur la caméra ressemble à l'attention accordée à l'élève. Les élèves développent un sentiment de connaissance - ils nous considèrent comme des tuteurs amicaux. Bien sûr, nous ne remplaçons pas les enseignants dans les salles de classe. Nous ne servons que de ressource personnalisée supplémentaire, malgré le fait que nous expliquions des domaines de connaissances assez étendus. Je tiens également à noter que chacune des conférences que j'ai écrites pour le cours est la meilleure conférence que j'ai jamais donnée de ma vie.

Les cours en ligne vous permettent de mener des enquêtes avancées. Les tests sont l'un des meilleurs moyens d'apprendre [Keresztes, A., Kaiser, D., Kovacs, G., & Racsmany, M. Les tests favorisent l'apprentissage à long terme en stabilisant les modèles d'activation dans un vaste réseau de zones cérébrales. Cortex cérébral 24, 3025-3035 (2014)]. Des tests dans des endroits clés de la vidéo, des dizaines de questions à vérifier à la fin de chaque module peuvent sérieusement améliorer la compréhension du matériel par les étudiants. Parfois, les enseignants indiquent une étude qui a montré que les étudiants qui étudient la physique n'apprennent pas pendant l'explication, mais à partir de leurs erreurs. Mais la physique, contrairement à la plupart des sujets, regorge d'idées erronées, à cause desquelles les étudiants ont tendance à sauter des explications, pensant qu'ils comprennent déjà une question [Bilalic, M., McLeod, P., & Gobet, F. les pensées en bloquent de meilleures: le mécanisme de l'effet pernicieux de l'Einstellung (set). Cognition 108, 652-661 (2008)]. Les erreurs commises dans les questionnaires intermédiaires en ligne peuvent amener les étudiants en physique - ou tout autre sujet - à revenir à l'explication.

En général, les vidéos en ligne permettent aux élèves de faire ce que leur cerveau est prédisposé à faire - d'abord se concentrer, puis répéter les endroits les plus difficiles du matériel, puis faire une pause. Ils peuvent passer les tests eux-mêmes, ou je peux les interviewer. Ils peuvent arrêter la vidéo et regarder nulle part, en réfléchissant, jusqu'à ce qu'elle clique dans leur tête. Ils peuvent discuter du sujet dans le forum avec des amis du Zimbabwe ou du Chili. Dans la leçon habituelle de deux heures, ce n'est pas possible.

Tous les MOOC ne sont pas si merveilleux. Mais avec l'augmentation de leur diversité et de leur qualité, les choix des étudiants augmentent. Ils peuvent ressentir la richesse du matériel et le choix des cours, et s’ils n’aiment pas quelque chose, alors continuez.Les MOOC ne sont pas à eux seuls une panacée pour améliorer l'apprentissage. Il sera le résultat de nombreux efforts: MOOCs, nouveaux manuels, enseignants eux-mêmes. Les ressources en ligne ne remplacent pas les instructeurs personnels - elles servent d'outils pour une formation personnelle de haute qualité et de bons supports pour tester les connaissances.

Terry et moi n'avons pas dépensé plus de 5 000 $ pour créer Learning to Learn, et pour la plupart, je l'ai fait dans mon sous-sol. Je n'avais aucune expérience du montage vidéo - avant cela, je ne pouvais qu'appuyer sur le bouton d'enregistrement de la caméra. La plupart des images animées ont été créées à l'aide de diapositives PowerPoint. Par conséquent, je lance un appel aux critiques des MOOC. Créez votre cours en ligne. Notez la leçon la plus intéressante et la plus profonde de tout ce que vous avez donné dans la vie. Si vous n'aimez pas le résultat - recommencez jusqu'à ce que vous soyez satisfait. Trouvez des questions de test basées sur des erreurs courantes. Et vous en apprendrez plus sur les possibilités de cours en ligne que vous ne le pensez. Et plus important encore, vous montrerez un exemple d'ouverture pour l'enseignement aux étudiants du monde entier.