Kennis van cognitieve wetenschap kan helpen bij het ontwerpen en evalueren van innovatieve educatieve tools.
De belangrijkste inzichten die ik opdeed uit het Engelstalige How We Learn, van de Franse neurowetenschapper Stanislas Dehaene.
De vier ingrediënten voor succesvol leren zijn:
- gerichte aandacht (focused attention)
- actieve engagement
- error feedback
- cyclus van herhaling overdag en consolidatie gedurende de slaap ’s nachts.
1. Gerichte aandacht (focused attention)
Bij aandacht focussen gaat het over drie systemen:
- alarmeren (alerting). Oftewel wanneer moet ik alert zijn?
- oriënteren. Oftewel op wat moet ik alert zijn, waaraan moet ik aandacht geven? Alleen die zaken die ik opmerk, zullen mijn geest vorm. Een selectieve aandacht. Selectie van relevante informatie is fundamenteel voor leren. Focus op relevante delen door te filteren en te selecteren. Selectieve aandacht is ook aandacht besteden door keuzes te maken in wat genegeerd mag worden.
- uitvoerende aandacht. Oftewel hoe moet ik de informatie verwerken? Het vermogen om zich te concentreren en te beheersen, ontwikkelt zich met leeftijd en opleiding.
Een van de beste educatieve investeringen is op jonge leeftijd kinderen leren wat de (vier) fundamenten zijn van leren en deze aandacht geven.
“I learn from what you teach me”
Anderen iets leren en leren van anderen zijn fundamentele evolutionaire aanpassingen van het menselijk ras. De collectieve cultuur van de mensheid of een groep mensen kan veel verder reiken en komen dan wat een enkel individu ooit alleen zou kunnen ontdekken.
Lesgeven is aandacht schenken aan de kennis van iemand anders.
Optimaal leren gaat zonder afleiding. Een grote diversiteit en variëteit van leerervaringen bieden, optimaliseert cognitieve training.
Zonder aandacht, moeite en diepe reflectie vloeien de lessen weg zonder veel spoor na te laten in ons brein.
Videogames verhogen de mogelijkheid tot concentratie; trainen het concentratievermogen.
2. Actieve engagement
Leren bestaat uit het vormen van een intern model van de wereld. Zoals miniatuurmodellen. Leren is redeneren als een detective. Leren vereist twee structuren: een immense set aan potentiële modellen en een efficiënt algoritme om ze aan te passen aan de realiteit.
De mens bezit de unieke eigenschap in het aandachtsysteem: te weten het delen van aandacht als sociale activiteit (social attention sharing). Kinderen volgen iemands ogen wat leidt tot gedeelde aandacht. Sociale vaardigheden spelen een fundamentele rol bij leren.
Er zijn twee leermodi:
- actieve modus waarbij we als onderzoekers hypotheses testen.
- receptieve modus waarbij we aannemen en absorberen met anderen ons overbrengen zonder dat we het zelf verifiëren. We nemen aan dat de leraar/ander het weet en de waarheid vertelt. Hierin ligt een kwetsbaarheid voor nepnieuws en desinformatie.
Motivatie is essentieel. We leren alleen goed als we een duidelijk doel voor ogen hebben en we gecommitteerd zijn het te bereiken.
“No surprise no learning”
Actieve engagement begint bij nieuwsgierigheid opwekken. En deze blijven aanwakkeren. The desire to learn, de dorst naar kennis aanwakkeren. Dat is de sleutel in succesvol onderwijs.
Lesstof dat dieper gaat en meer betrokkenheid van de leerder vraagt, faciliteert de retentie van informatie. Alle toepassingen en oplossingen in een cursus die de leerder dwingen zijn of haar passiviteit op te geven, zijn effectief.
Wat is nieuwsgierigheid? De hersenen worden aangemoedigd om onophoudelijk hypothesen te testen. Constante zoektocht naar nieuwigheid, actief ontdekken van de omgeving naar nieuwe dingen die we kunnen leren. Het is een kracht die ons op ontdekking stuurt en ons aanmoedigt. We worden nieuwsgierig als er een gat zit tussen dat wat we weten en dat wat we willen weten – het potentiële leergebied. Nieuwsgierigheid is het onweerstaanbare verlangen om te weten.
Wanneer een kind ver achterblijft of ver vooruit loopt op school, raken ze soms ontmoedigd. Herstel hun leergierigheid door stimulerende problemen aan te bieden die zorgvuldig zijn afgestemd op hun huidige niveau. Dan herontdekken ze het plezier van iets nieuws leren, waarna hun metacognitieve systeem leert dat ze kunnen leren, waardoor hun nieuwsgierigheid back-on-track komt.
3. Error feedback
Tolereer fouten maar corrigeer snel en geef accurate feedback. Alleen een cijfer geven zonder uitleg is een slechte vorm van error feedback. Helemaal als er weken overheen gaan; bij nakijken van toetsen.
We hoeven als leerder de fout niet echt te maken. We leren al als we de discrepantie zien tussen wat we verwachten en wat we hebben gekregen. Wat er toe doet is expliciete feedback ontvangen dat onze onzekerheden verminderen.
Stress en angst zijn obstakels in het leerproces. Kinderen verliezen hun zelfvertrouwen en nieuwsgierigheid als fouten worden bestraft in plaats van gecorrigeerd. Negatieve emoties verpletteren het leerpotentieel van onze hersenen. Een angstvrije omgeving kan de poorten van neuronale plasticiteit heropenen. Beloon nieuwsgierigheid in plaats van het te bestraffen.
4. Cyclus van herhaling overdag en consolidatie gedurende de slaap
Herhaling (meerdere keren met intervallen) van dezelfde stof, overtuigt ons brein van het belang en waarde van de stof.
Automatische en onbewuste handelingen en consolidatie maken ons werkgeheugen vrij voor andere zaken. Iedere nacht consolideren onze hersenen wat we overdag leren. Slaap voorkomt vergeten. Slaap zorgt voor extra en additioneel leren. Voor nieuwe en versterkte verbanden.
Slaap is een integraal onderdeel van ons leeralgoritme. Onze hersenen maken ’s nachts geen nieuwe informatie aan, maar spelen alleen af wat we hebben ervaren. Echter, we slaan niet alleen op maar hercoderen informatie in een abstractere en algemene vorm. En spelen informatie in een andere volgorde af: via een top-to-bottom verwerking, waardoor ruwe data soms tot nuttige en exploiteerbare kennis kan leiden. Dit nachtelijk afspelen wanneer we slapen, vermenigvuldigt ons potentieel.
Baby’s hebben niet meer dan één of twee herhalingen nodig om een nieuw woord te leren.
“Neurons that fire together, wire together”
Wanneer twee neuronen tegelijkertijd of kort na elkaar worden geactiveerd, wordt hun verbinding sterker. Bij trauma worden de verbindingen tussen de hippocampus en de amygdala een hardwire.
Elke herstelde herinnering is een reconstructie. Een poging om hetzelfde neuronale afvuurpatroon af te spelen. ‘S Nachts spelen de hersenen herinneringen af en verplaatsen ze naar een nieuwe locatie in de cortex.
Overige opmerkelijke zaken
De hersenen beschikken al over een aanzienlijke kennis die ze hebben geërfd van hun lange evolutionaire geschiedenis. Baby’s hebben voorkennis van objecten, getallen, waarschijnlijkheden, gezichten, taal, natuurkundige wetten en een mentale module voor ruimtelijke navigatie. Dit staat gegraveerd in de kern van onze hersenen, door miljoenen jaren van evolutie. Ook als ze blind geboren zijn.
Onze hersencircuits behouden een sluimerend spoor van ons begin. Van wat we als kinderen hebben geleerd. De moedertaal wordt in het eerste jaar gegraveerd (in het fonologische gebied van de linkerhersenhelft) en wordt daarna nooit meer volledig teruggedraaid. Zo blijkt uit onderzoek bij adoptiekinderen.
Het leren van talen begint in de baarmoeder. Baby’s onthouden de melodie van taal. Premature baby’s die 2,5 maand voor de uitgerekende termijn ter wereld komen, reageren op gesproken taal. De onvolgroeide hersenen reageren op veranderingen in lettergrepen en in stemmen. Premature kinderen hebben een hoger risico op dyscalculie.
Dyslexie is sterk genetisch bepaald. Bij kinderen kan deze ontwikkelingsstoornis al vanaf 6 maanden oud in de hersenen gezien worden, waarvan genetisch een achterstand bekend is. Als iemand dyslexie heeft, is de kans dat een zus of broer dat ook heeft 50%. Maar de omgeving is sterk van invloed op het pad van ontwikkeling; op de breinplasticiteit.
De ontdekking van nieuwe, voorheen onbekende informatie geeft een neurobiologische beloning: dopamine (net als voedsel, seks en drugs dat geeft).
Voeding: vitamine B1 thiamine is belangrijk. Zelfs een paar weken onthouden van deze vitamine bij baby’s en kinderen, leidt tot permanente schade en tekorten in het hersengebied van taal (woordenschat en grammatica).
Space out learning: iedere dag een beetje is beter dan one-shot.
Wanneer we ouder worden, neemt plasticiteit af en wordt leren, hoewel niet volledig bevroren, steeds moeilijker. Het verlies van de plasticiteit treedt geleidelijk op. Plasticiteit vermindert maar verdwijnt nooit.
Bij elke goede lezer worden geschreven woorden verwerkt als gesproken woorden. Geletterdheid creëert een nieuwe visuele toegangspoort tot onze taalcircuits. Karakters worden vertaald naar geluid en betekenis.
Laat leerders niet aan hun lot over op hun device. Pure ‘discovery learning’ is een mythe. En ook ‘digital native’ is een mythe. De beheersing is vaak oppervlakkig. Leraren en ontwerpers moeten studenten voorzien van gestructureerde leeromgeving en een curriculum om ze stap voor stap naar de top te leiden, zo snel mogelijk. Ideale scenario is het aanbieden van begeleiding in een gestructureerd(e) opvoeding of onderwijsprogramma, terwijl je kinderen aanmoedigt hun creativiteit te gebruiken door hen te laten weten dat er nog 1000 dingen te ontdekken zijn.
Belonen werkt met materieel en sociaal, met een glimlach en aanmoediging. Het gevoel dat je gewaardeerd wordt en je eigen progressie kunt zien of je bewust bent van je eigen progressie, zijn essentieel bij de ontwikkeling van breinplasticiteit.