Teoria del Carico Cognitivo: la mente umana ha dei limiti in termini di attenzione, memoria ed elaborazione
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Vi è un consenso generale tra gli scienziati sul fatto che il trattamento dell'informazione porta a una richiesta di risorse al cervello. A questo riguardo nel 1991 lo psicologo John Sweller ha elaborato una teoria 'Cognitive Load Theory' che ha introdotto l'importante concetto di carico cognitivo (cognitive load), concetto che è stato definito come “il carico imposto alla memoria di lavoro dall’informazione presentata”.
Ecco alcuni suggerimenti della consulente di elearning Neela Bell agli insegnanti per evitare problemi di carico cognitivo ai loro studenti: (1) Navigazione confusa: cercate di evitare che gli studenti debbano faticare per trovare informazioni importanti. Disporre le informazioni usate frequentemente in documenti a portata di mano, (2) Distrazioni: nei supporti software evitate gif animate danzanti, font arcobaleno e grandi pulsanti lampeggianti ovunque (3) Informazioni non essenziali: evitate tutto ciò che non è essenziale, ad esempio non usate paragrafi quando è sufficiente una frase, (4) Contenuto delle lezioni: piccoli paragrafi, titoli in grassetto, elenchi puntati, ecc. sono utili perchè offrono "interruzioni per gli occhi" agli studenti, (5) Usa elementi visivi: Infografica, immagini e altri media aiutano concetti difficili e cementano l'apprendimento molto più che semplicemente leggendolo nel testo, (6) Esempi e storie: mostrare il significato nelle storie, esempi passo-passo, ecc. Presentare le informazioni in una storia crea "connessioni cerebrali" che costituiscono la conservazione a lungo termine che stiamo cercando nei nostri corsi. Secondo gli esperimenti dei neuroscienziati GiulioTononi e Chiare Cirelli il sonno è il momento migliore per rinormalizzare le sinapsi perché quando dormiamo prestiamo meno attenzione al mondo esterno e non siamo miopicamente focalizzati sui dettagli della situazione attuale. La normalizzazione del volume delle sinapsi offre numerosi vantaggi: le informazioni appena apprese vengono integrate con quello che già sappiamo, ciò che è irrilevante viene dimenticato, e si creano nuovi spazi per ciò che impareremo domani. Il processo di normalizzazione coinvolge l'80% delle sinapsi (quelle più deboli e plastiche).
Le tre componenti del Carico Cognitivo
Punto chiave di questa pagina
DA COSA DIPENDE IL CONSUMO CEREBRALE UMANO: Il consumo cerebrale dell'essere umano ha un ruolo nella crescita infantile: la crescita corporea viene ritardata per alimentare l'enorme fabbisogno energetico del cervello. Questo paradosso energetico è stato messo in luce nel 2014 dall'antropologo Cristopher Kuzawa. I neuroscienziati Giulio Tononi e Chiara Cirelli hanno condotto esperimenti sul cervello dei topi, che gli hanno permesso di constatare che il volume delle spine dendritiche e delle sinapsi si riduce durante il sonno di circa il 18%. Quest'effetto è stato notato nell'80% delle sinapsi più deboli e più plastiche, mentre nel restante 20% di sinapsi più grandi, forti e stabili non è stato notato. Essi scrivono: "L'attività generale e l'elaborazione delle informazioni mentre un animale è sveglio rafforzano le sinapsi. Questo è controbilanciato dall'indebolimento delle sinapsi durante il sonno. Abbiamo usato la microscopia elettronica a scansione seriale per ricostruire l'interfaccia assone-colonna vertebrale e il volume della testa della colonna vertebrale nel cervello del topo. Abbiamo osservato una sostanziale riduzione delle dimensioni dell'interfaccia dopo il sonno. I maggiori cambiamenti relativi si sono verificati tra sinapsi deboli, mentre quelle forti sono rimaste stabili."
Punti di riflessione
La mente umana ha dei limiti in termini di capacità d'attenzione, memoria ed elaborazione di informazioni. Questi limiti, che determinano l'efficacia dell'apprendimento, sono stati presi in considerazione dalla teoria del carico cognitivo.
Il carico cognitivo estraneo, intrinseco e pertinente si influenzano a vicenda. Scopo della progettazione dell'apprendimento (instructional design) è quello di ridurre il carico cognitivo estraneo. Infatti la riduzione del carico cognitivo estraneo libera la memoria di lavoro
Fattori che danneggiano l'apprendimento
Vi è un consenso generale tra gli scienziati sul fatto che il trattamento dell'informazione porta a una richiesta di risorse al cervello. A questo riguardo nel 1991 lo psicologo John Sweller ha elaborato una teoria 'Cognitive Load Theory' (ved. bibliografia) che ha introdotto l'importante concetto di carico cognitivo (cognitive load), concetto che è stato definito come “il carico imposto alla memoria di lavoro dall’informazione presentata”. Inizialmente la teoria di Sweller venne sviluppata per favorire l'apprendimento in campo scolastico e per migliorare la progettazione didattica, espandendosi poi al funzionamento generale della mente e alla psicologia evoluzionistica. Lo stesso Sweller e i suoi colleghi, nel 2019, hanno verificato gli effetti della loro teoria con gli avanzamenti avvenuti negli ultimi venti anni nel settore (vedi bibliografia), notando come la loro teoria sia entrata a far parte della psicologia evoluzionistica. Essa ha alimentato gli studi sull'importanza dell'ambiente fisico, sull'esaurimento delle risorse di memoria e sulla cognizione incarnata.
Il carico cognitivo può essere suddiviso in tre differenti componenti:
1. Intrinseco (intrinsic): è determinato dalla naturale complessità dell’informazione che deve essere processata
2. Estraneo (extraneous): è determinato da una carente progettazione del modo di presentare l'informazione
3. Pertinente (germane): implica la costruzione di modelli di pensiero che aiutino la categorizzazione delle informazioni
Il carico cognitivo è particolarmente dipendente dal concetto di memoria di lavoro, postulato dagli psicologi Alan Baddeley e Graham Hitch nel 1974, che ha arricchito il significato di memoria di breve termine strutturandolo in una serie di sistemi interagenti. Nella memoria di lavoro devono concentrarsi solo le attività fondamentali!
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Come ridurre il carico cognitivo nell'insegnamento
Dal blog di Neela Bell (link nell'immagine a fianco) ecco alcuni alcuni suggerimenti agli insegnanti per evitare problemi di carico cognitivo ai loro studenti:
- Navigazione confusa : cercate di evitare che gli studenti debbano faticare per trovare informazioni importanti. Disporre le informazioni usate frequentemente in documenti a portata di mano
- Distrazioni : nei supporti software evitate gif animate danzanti, font arcobaleno e grandi pulsanti lampeggianti ovunque
- Informazioni non essenziali : evitate tutto ciò che non è essenziale, ad esempio non usate paragrafi quando è sufficiente una frase
- Contenuto delle lezioni : piccoli paragrafi, titoli in grassetto, elenchi puntati, ecc. sono utili perchè offrono "interruzioni per gli occhi" agli studenti
- Usa elementi visivi : Infografica, immagini e altri media aiutano concetti difficili e cementano l'apprendimento molto più che semplicemente leggendolo nel testo
- Esempi e storie : mostrare il significato nelle storie, esempi passo-passo, ecc. Presentare le informazioni in una storia crea "connessioni cerebrali" che costituiscono la conservazione a lungo termine che stiamo cercando nei nostri corsi.
Il carico cognitivo è particolarmente dipendente dal concetto di memoria di lavoro: in essa devono concentrarsi solo le attività fondamentali!
Interventi per ridurre il carico cognitivo
Alcuni principi elaborati da Mayer e Moreno per ridurre il carico cognitivo in caso di apprendimento multimediale sono i seguenti:
Per un quadro di sintesi andare alla pagina Qualità della lettura.
- Principio della divisione dell'attenzione (Split Attention Principle): i discenti imparano meglio quando il materiale didattico consente loro di non ripartire l'attenzione fra diverse fonti di informazioni che fanno riferimento alla stessa modalità cognitivo-sensoria
- Principio della modalità (Modality Principle): i discenti imparano meglio quando le informazioni verbali sono presentate per via vocale-auditiva come narrazione parlata piuttosto che in modalità visiva come testo scritto
- Principio di ridondanza (Redundancy Principle): i discenti imparano meglio da animazioni e narrazioni parlate, piuttosto che da animazioni, narrazioni parlate e testo scritto, se le informazioni visive sono presentate insieme alle informazioni verbali
- Principio di contiguità spaziale (Spatial Contiguity Principle): i discenti imparano meglio quando il testo scritto e il materiale visivo sono fisicamente integrati piuttosto che separati
- Principio di contiguità temporale (Temporal Contiguity Principle): i discenti imparano meglio quando i materiali visivi e verbali sono sincronizzati (presentati contemporaneamente) piuttosto che separati nel tempo (sequenzializzati)
- Principio di coerenza (Coherence Principle): i discenti imparano meglio quando i materiali estranei sono esclusi dalle spiegazioni multimediali
Nel caso di apprendimento multimediale il carico cognitivo si riduce quando il testo scritto e il materiale visivo sono fisicamente integrati piuttosto che separati
Minimizzare, Gestire, Massimizzare
Il carico cognitivo estraneo, intrinseco e pertinente si influenzano a vicenda. Scopo della progettazione dell'apprendimento (instructional design) è quello di ridurre il carico cognitivo estraneo. Infatti la riduzione del carico cognitivo estraneo libera la memoria di lavoro. Inoltre una buona progettazione è essenziale nell'apprendimento multimediale perchè permette di ridurre il carico cognitivo intrinseco in caso di contenuti molto complessi.
Efficienza energetica del cervello
Il consumo cerebrale è elevato quando si impara un compito nuovo (o si legge un testo impegnativo), ma si riduce quando il compito è stato appreso ed è diventato routine. Ad esempio il consumo del cervello del campione del mondo di scacchi Garry Kasparov, durante la sfida del 1997 con il calcolatore della IBM Deep Blue, venne stimato (dal neuroscienziato Read Montague) in soli 25 Watt, e mentre la temperatura corporea dello scacchista rimase pressochè normale quella del computer salì alle stelle. Secondo l'opinione del neuroscienziato David Eagleman (In Incognito - La vita segreta della mente p.82):
Kasparov opera a così bassa potenza perchè per una vita intera ha impresso strategie scacchistiche negli economici algoritmi cerebrali, fino a farli diventare routine.
Il consumo cerebrale dell'essere umano ha un ruolo nella crescita infantile: la crescita corporea viene ritardata per alimentare l'enorme fabbisogno energetico del cervello. Questo paradosso energetico è stato messo in luce nel 2014 dall'antropologo Cristopher Kuzawa.
I neuroscienziati Giulio Tononi e Chiara Cirelli hanno condotto esperimenti (vedi bibliografia 2017) sul cervello dei topi, che gli hanno permesso di constatare che il volume delle spine dendritiche e delle sinapsi si riduce durante il sonno di circa il 18%. Quest'effetto è stato notato nell'80% delle sinapsi più deboli e più plastiche, mentre nel restante 20% di sinapsi più grandi, forti e stabili non è stato notato. Essi scrivono:
L'attività generale e l'elaborazione delle informazioni mentre un animale è sveglio rafforzano le sinapsi. Questo è controbilanciato dall'indebolimento delle sinapsi durante il sonno. Abbiamo usato la microscopia elettronica a scansione seriale per ricostruire l'interfaccia assone-colonna vertebrale e il volume della testa della colonna vertebrale nel cervello del topo. Abbiamo osservato una sostanziale riduzione delle dimensioni dell'interfaccia dopo il sonno. I maggiori cambiamenti relativi si sono verificati tra sinapsi deboli, mentre quelle forti sono rimaste stabili.
Sfida Kasparov - Deep Blue IBM
il sonno è il costo che il cervello deve pagare per essere in grado ogni mattino, al risveglio, di imparare nuove cose e affrontare un ambiente che cambia continuamente
Il sonno è il momento migliore per rinormalizzare le sinapsi perché quando dormiamo prestiamo meno attenzione al mondo esterno e non siamo miopicamente focalizzati sui dettagli della situazione attuale. La normalizzazione del volume delle sinapsi offre numerosi vantaggi: le informazioni appena apprese vengono integrate con quello che già sappiamo, ciò che è irrilevante viene dimenticato, e si creano nuovi spazi per ciò che impareremo domani. Il processo di normalizzazione coinvolge l'80% delle sinapsi (quelle più deboli e plastiche)
Conclusioni (provvisorie): una buona progettazione è essenziale nell'apprendimento multimediale perchè permette di ridurre il carico cognitivo intrinseco in caso di contenuti molto complessi, inoltre la riduzione del carico cognitivo estraneo libera la memoria di lavoro.
Negli ultimi trent'anni, dominati dall'avvento di internet e dall'incremento di informazioni disponibili, la ricerca cognitiva si è orientata verso la comprensione dei meccanismi mentali che attengono alla gestione del sovraccarico informativo. La mente umana ha dei limiti in termini di capacità d'attenzione, capacità di memoria e di elaborazione. Questi limiti, che determinano l'efficacia dell'apprendimento, sono stati presi in considerazione dalla teoria del carico cognitivo. Questa teoria suddivide il carico cognitivo della mente umana in tre componenti: carico intrinseco (che attiene alla intrinseca complessità dei contenuti ed è influenzato dalle precedenti esperienze e competenze del discente). Non si può far molto per ridurre tale carico tranne cercare di gestirlo riducendo/frammentando la complessità del contenuto da trasmettere (ma non sempre ciò è possibile). La seconda componente è il carico estraneo (che attiene a un design disordinato del materiale da apprendere come: argomenti irrilevanti, uso di elementi multimediali distraenti, interfacce inutilmente complicate, ecc). Questo carico può essere ridotto con opportune misure. La terza componente è il carico pertinente (germane) che implica la costruzione di modelli di pensiero che aiutino la categorizzazione delle informazioni.
Il carico cognitivo estraneo, intrinseco e pertinente si influenzano a vicenda. Scopo della progettazione dell'apprendimento (instructional design) è quello di ridurre il carico cognitivo estraneo. Infatti la riduzione del carico cognitivo estraneo libera la memoria di lavoro. Inoltre una buona progettazione è essenziale nell'apprendimento multimediale perchè permette di ridurre il carico cognitivo intrinseco in caso di contenuti molto complessi.
La razionalità richiede impegno personale!
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Bibliografia (chi fa delle buone letture è meno manipolabile)
P.Chandler, J.Sweller (1991), Cognitive Load Theory and the format of instruction (PDF) [3245 citazioni ]
- J.Sweller, J.G.van Merrienboer, F.G.W.C.Paas (1998), Cognitive architecture and Instructional design (PDF) [5734 citazioni]
- R.Mayer, R.Moreno (2003), Nine ways to reduce cognitive load in multimedia learning (PDF) [3980 citazioni]
- A.Calvani (2009), Teorie dell'istruzione e carico cognitivo - Erickson
- John Sweller, Jeroen J. G. van Merriënboer, Fred Paas (2019), Cognitive Architecture and Instructional Design: 20 Years Later (PDF) [74 citazioni]
- Jacek Gwizdka (2009), Assessing Cognitive Load on Web Search Tasks (PDF) [33 citazioni]
- Yi-Hung Huang (2018), Influence of Instructional Design to Manage Intrinsic Cognitive Load on Learning Effectiveness (PDF) [2 citazioni]
- Nicolas Debue, Cécile van de Leemput (2014), What does germane load mean? An empirical contribution to the cognitive load theory [95 citazioni]
- Giulio Tononi, Chiara Cirelli (2017), Il sonno riequilibra l'attività delle sinapsi - Le Scienze
- Piergiorgio Strata (2017), Ecco quanto consuma il cervello - La Stampa
- Giulio Tononi et Al. (2017), Ultrastructural evidence for synaptic scaling across the wake/sleep cycle (PDF) - Science [225 citazioni]
- Cristopher Kuzawa (2014), Evolution, developmental plasticity, and metabolic disease
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Pagina aggiornata il 7 giugno 2023