Почему виртуальное обучение может быть лучше реального

Я преподаю один из самых популярных в мире МООК (массовый открытый онлайн-курс, massive online open course/MOOC), «Учимся учиться» [Learning How to Learn] совместно с нейробиологом Терренсом Сежновски из института Фрэнсиса Крика в институте биологических исследований им. Салка. На основе нейробиологии, когнитивной психологии и теории образования наш курс объясняет, как мозг человека впитывает и обрабатывает информацию, с тем, чтобы мы все могли улучшить наши возможности обучения. С момента его запуска на сайте Coursera в августе 2014 года на наш курс записалось почти миллион учеников из 200 стран мира. Нас смотрели кардиологи, инженеры, юристы, лингвисты, 12-летние подростки и беженцы из Судана. Мы получали разные письма, например: «Буду краток. Я недавно закончил ваш МООК и он уже изменил мою жизнь так, что вы даже не можете себе представить. Мне только что исполнилось 29, я нахожусь в процессе смены карьеры на работу в области информатики, и мне ещё никогда не было так здорово учиться».

Мне очень приятно получать такие отзывы, как и любому учителю в любой части мира. Они не только доставляют удовольствие, но и показывают на оказываемое МООК влияние. Мы все знаем о важности системы образования и о преимуществах, которое может получить общество, улучшив эту систему, особенно в области обучения отстающих в развитии людей. Онлайн-курсы позволяют нам расширять эти возможности – обучение лучшего качества за меньшие деньги. Цифры уже впечатляют. Более 500 колледжей и университетов и 200 организаций и институтов предлагают свои МООК, которыми пользуются более 30 млн человек.

И пока курс «Учимся учиться» оказывается одним из самых приятных впечатлений моей 20-летней карьеры учителя – а сейчас я преподаю инженерное дело в Окландском университете в Мичигане – я признаюсь, что чувствую, будто я пытаюсь оправдываться. Успех и образовательный потенциал МООК ущемляется вышедшими в популярных изданиях за последние пару лет критическими статьями. В статье «В ловушке виртуальной классной комнаты» в New York Review of Books, Дэвид Бромвич, стерлингский профессор английского языка из Йельского университета, заявлял, что «движение МООК сотрудничает с тенденцией к механизации», и «мешает комплексному мышлению по поводу содержания и целей образования». В некоторых исследованиях было подсчитано, что онлайн-курсы бросают до 90% подписчиков. Роберт Земский, председатель альянса высшего образования в Пенсильванском образовательном университете писал, что перспективы МООК уменьшаются, и они «были неинтересны как с педагогической, так и с технической точки зрения».

Рискну заявить, что большинство отрицающих МООК людей не имеют опыта по созданию и преподаванию онлайн-курсов. На самом деле МООК тоже могут быть прекрасно оформлены с художественной и технической точек зрения, и у них могут быть удивительные педагогические преимущества. Особенно хорошо это видно в такой сложной области, как STEM [Science, Technology, Engineering, Math – наука, инженерное дело, технологии, математика – собирательное название точных наук в США – прим. перев.]. Трудные для восприятия пояснения в таких областях иногда просто-таки просятся к повторному просмотру и перемотке, требуют возможности остановить лекцию, чтобы понимание предмета смогло проникнуть в сознание. По поводу процентов людей, бросающих курсы, Киф Девлин, математик из Стэнфорда, отметил, что некоторые работы, связанные с МООК, основывались на традиционных метриках высшего образования, «вводящих в заблуждение». Причины, по которым люди подписываются на МООК, отличаются от тех, по которым они подписываются на обычные классы. «Очень многие не собираются заканчивать курс, – пишет Девлин. – Они ищут только образование.»

На лучших курсах ученики и правда получают материал, вдохновляющий на комплексное мышление по поводу целей обучения. Онлайн курсы могут удерживать внимание учеников, и иногда даже лучше, чем живые учителя. Создание курса «Учимся учиться» обеспечило возможность взглянуть на обучение и преподавание со стороны. Нам с Терри онлайн-среда помогла преодолеть некоторые проблемы, связанные с обучением по традиционной методике, а студентам дала взглянуть на процесс обучения по-другому.

Барбара Окли и нейробиолог Терренс Сейновский меньше чем за $5000 создали онлайн-курс, посвящённый мозгу и обучению

Чилийские пауки-отшельники — одни из самых опасных пауков-отшельников. Вас может убить один укус такого паука. Они здоровенные – до 3-4 см. Также они очень быстрые. Представьте, что вы заметили чилийского паука-отшельника в 6 метрах от вас на полу. Ещё один взгляд – и вот он уже в полуметре от вас. Такое поведение привлечёт ваше внимание, не так ли?

Мы начинаем изучать нейросети с того, почему движение – особенно движение приближающегося к вам объекта – привлекает внимание. Когда мозг обнаруживает приближающийся объект, нейроны отправляют каскад информации в миндалевидную железу мозга, центр обработки эмоций и мотивации. Приближающееся движение имеет большое значение с точки зрения филогенетики — на него реагируют настолько разные существа, как насекомые, рептилии, птицы и люди [Skarratt, P.A., Gellatly, A.R., Cole, G.G., Piling, M., & Hulleman, J. Looming motion primes the visuomotor system. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance 40, 566-579 (2014)].

Человеческий мозг в результате эволюции научился быстро и часто переключать своё внимание. Те, кто слишком сильно концентрировался на преследуемой добыче, сам становился добычей хищников. Так что неудивительно, что люди не предназначены для того, чтобы долго сидеть в одном месте и постоянно фокусировать внимание на учителе. Независимо от того, насколько нам интересен предмет обучения, порядок лекции не соответствует тому, как работает мозг.

В этом состоит проблема обучения. Вопрос о том, помогают ли нам учителя учиться, считается чуть ли не еретическим. Интуиция говорит, что они должны. И они на самом деле помогают – лучшие из учителей, кажется, проникают в наши головы, чтобы понять, что именно нам необходимо, чтобы испытать тот самый момент «ага!» – момент понимания. Они могут очаровывать, околдовывать, вдохновлять на обучение – даже в тех предметах, освоение которых кажется слишком сложным. Понятные объяснения, вдохновение, юмор, концентрация на определённых точках давления на непонимание – всё это помогает нам двигаться дальше.

Однако контринтуитивное исследование показало, что учителя не очень-то хорошо помогают нам учиться. В работе от 1985 года «Начальное состояние знаний по физике студентов колледжей», выполненной профессором физики Ибрагимом Абу Халуном и Дэвидом Хестенесом, было показано, что поместив студентов в класс к традиционному учителю с доской и мелом, мы можем добиться лишь небольшого их продвижения в предмете – даже, если этот учитель обладает наградами [Halloun, I.A. & Hestenese, D. The initial knowledge state of college physics students. American Journal of Physics 53, 1043 (1985)].

Работа Халуна и Хестенеса всколыхнула сообщество научного образования. Как же так получилось, что традиционные методы так плохо работают? Исследователи, разбиравшиеся со следствиями этого, начали проверять новые, улучшенные методы обучения. Плодотворное исследование физика Ричарда Хэйка и других открыло, что интерактивное участие в классе, включая большие классы по 100 студентов, улучшает показатели усвоенного за семестр, по сравнению с традиционным подходом [Hake, R.R. Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics test data for introductory physics courses. American Journal of Physics 66, 64 (1998)]. Судя по всему, внимание учащихся можно удерживать, позволяя им говорить и работать друг с другом по ходу дела.

Многие классы в колледжах перешли на этот метод обучения. Мета-анализ результатов, который выполнил Скот Фриман с коллегами для Proceedings of the National Academy of Sciences, показал, что «активное обучение» настолько улучшает обучение точным наукам, что не пользоваться им – это педагогическая преступная халатность [Freeman, S., et al. Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics. Proceedings of the National Academy of Sciences 111, 8410-8415 (2014)]. Но обучение – это не только взаимодействие. Иногда чем больше взаимодействий, тем медленнее мы продвигаемся. Обычно сторонники активного обучения (и я одна из них) считают, что для хорошего обучения необходим баланс между временем на объяснения и «активным» временем, во время которого студенты сами справляются с материалами, часто при помощи взаимодействия с однокурсниками [Oakley, B., Brent, R., Felder, R.M., & Elhajj, I. Turning student groups into effective teams. Journal of Student Centered Learning 2, 9-34 (2004)].

Решение парадокса по поводу ценности учителей находится в контексте научных работ, изучающих процесс обучения. Репетиторы могут удерживать внимание учеников, не только давая чёткие объяснения, но меняя темы, задавая вопросы, организовывая по необходимости перерывы. В традиционных учебных классах даже лучшие учителя не могут не вызывать скуку во время длительного урока.

Эти открытия демонстрируют природу нашего мозга, любящего переключать внимание. Им управляют малозаметные и подсознательные факторы, причём их влияние сильнее, чем мы готовы признать. Наша невозможность сохранять концентрацию на длительных промежутках времени, вкупе с нашим желанием попробовать всё самим и обсудить всё с другими, уменьшает нашу возможность использовать традиционное преподавание на полную катушку.

С развитием интернета появился ещё один подход к обучению – «перевёрнутый» класс. Профессора записывают выступление на видео, чтобы его можно было посмотреть дома, синтезировать знание и выработать ключевые идеи. В классе же время тратится на ответы на вопросы и совместную работу: решение задач, обсуждение проблем и концепций в командах, работа над тем, что ученики поняли неправильно, занимаясь в одиночку. В такого рода персональных взаимодействиях высока роль как учителя, так и учеников.

Разработка «перевёрнутого» класса привела к созданию МООК, как следующего рубежа в обучении.

Моим, возможно, крупнейшим ресурсом для создания «Учимся учиться» стало то, что я сама была очень плохим учеником. Я как-то пробилась через уроки математики и точных наук. Дополнительными занятиями по математике я занялась только в возрасте 26 лет, когда вернулась из армии. Плохие перспективы по работе – отличный мотиватор для смены карьеры. Я не могла учиться, слушая лекции – в классе моё внимание привлекало всё, кроме учителя. Я могла достичь успеха, только превратившись в стенографа – а позже изучая записанное с нужной скоростью и своим способом.

Начав изучать математику во взрослом возрасте, часто я была на грани отчаяния. Иногда мне казалось, что учебники и учителя сговорились, чтобы объяснять всё самым загадочным из доступных способов. Когда какой-нибудь профессор, всю жизнь занимавшийся преобразованиями Фурье или Лапласа, говорил что-то вроде: «Конечно, очевидно, что…», меня охватывала дрожь, поскольку я знала, что мне это очевидно не будет. Я медленно обучаюсь – часто мне требовалось много времени, чтобы понять, что какая-то вещь на самом деле довольно простая.

Мы с Терри создали «Учимся учиться», чтобы студенты сами схватывали эту простоту предмета. Мы хотели сочетать преимущества занятий с репетитором с уроками, полученными от разработчиков игр и создателей телепередач. От быстрого развития событий в Grand Theft Auto до перекатывающихся в сушильной машинке денег из сериала «Во все тяжкие» [Breaking Bad], движение – важная часть получения доступа к подсознанию учеников и удержания их внимания.

В нашем курсе мы постоянно используем движение. Используя экран хромакея, я могу внезапно перемещаться с одного края экрана на другой, или переходить от изображения в полный рост до картинки с одним лицом. Или, в то время как я смеюсь сбоку экрана, я могу ускоренно прокрутить в одной из частей изображения видео, на котором моя дочь, двигая автомобиль по дорожке, загоняет его на газон – прекрасный пример того, что может случиться, когда ты ещё не выработал навыки управления. Это всё трюки с видео, но они работают, удерживая внимание учеников.

Один из трюков, используемый многими великими учёными – попытаться представить, что ты переносишься в то, что пытаешься понять. Эйнштейн представлял, как он гонится за лучом света, чтобы лучше формулировать теорию относительности. Нобелевский лауреат Барбара Макклинток представляла себя в королевстве «прыгающих генов», за открытие которых её наградили. Мы можем помочь нашим ученикам разработать интуицию, не уступающую интуиции нобелевских лауреатов, оживляя в видео объекты таким образом, которого нельзя достичь в классе. Мы можем войти в митохондрию клетки, или наблюдать взаимодействие ионов, или же попасть в спираль уравнения Эйлера.

Сейчас в классах часто используется технология двух изображений – на экране демонстрируют слайды из PowerPoint, а инструктор стоит рядом с ним. Часто на видео мы наблюдаем имитацию такого подхода, когда в углу экрана есть говорящая голова (похожая из-за ограниченных возможностей движения на неподвижное изображение), а основная картинка показывается на весь экран.

Но такой подход увеличивает когнитивную нагрузку. Две разные картинки на экране приходится обрабатывать одновременно. Но при использовании хромакея профессор может притвориться, что обходит кругом греческую вазу размером с него самого. В видео по биологии профессор может указывать на сильно увеличенные клеточные структуры. В видео по инженерному делу – на встречный поток в теплообменнике. Такое объединение профессора и обсуждаемого объекта уменьшает когнитивную нагрузку и концентрирует внимание учеников на важных деталях – даже если эти детали в реальной жизни очень маленькие. Всё это упрощает понимание ключевых идей учениками.

Метафоры и аналогии – такие же важные вещи, как уменьшение когнитивной нагрузки. В теории «повторного нейронного использования» говорится о том, что для понимания метафор или аналогий мы часто используем те же нейронные цепи, что и для понимания самой обсуждаемой концепции [Anderson, M.L. Precis of after phrenology: Neural reuse and the interactive brain. Behavioral and Brain Sciences 16, 1-22 (2015)]. Преподаватели точных наук могут иногда презрительно относиться к тому, чтобы низводить их материал до глупых аналогий. Но такие инструменты преподавания чрезвычайно важны – они служат в качестве интеллектуальных лестниц, помогающих студентам разобраться со сложными идеями, используя уже существующие нейронные цепи.

Хорошие онлайн-курсы создают впечатление, что профессор говорит непосредственно с учеником. Концентрация на камере выглядит, как внимание, оказываемое ученику. Ученики вырабатывают чувство знакомства – нас расценивают, как дружественных репетиторов. Мы, конечно, не заменяем учителей в классах. Мы лишь служим дополнительным персонализированным ресурсом, несмотря на то, что мы объясняем довольно обширные области знаний. Также хочу отметить, что каждая из лекций, записанных мною для курса – это лучшая лекция из всех, что я давала в своей жизни.

Онлайн-классы позволяют проводить продвинутые опросы. Тестирование – один из самых лучших способов обучения [Keresztes, A., Kaiser, D., Kovacs, G., & Racsmany, M. Testing promotes long-term learning via stabilizing activation patterns in a large network of brain areas. Cerebral Cortex 24, 3025-3035 (2014)]. Тесты в ключевых местах видео, десятки вопросов для проверки в конце каждого модуля могут серьёзно улучшить понимание материала учениками. Иногда учителя указывают на исследование, показавшее, что ученики, изучающие физику, обучаются не во время объяснения, а на своих ошибках. Но физика, в отличие от большинства тем, изобилует ошибочными представлениями, из-за которых ученики склонны пропускать объяснения, думая, что они уже понимают какой-то вопрос [Bilalic, M., McLeod, P., & Gobet, F. Why good thoughts block better ones: The mechanism of the pernicious Einstellung (set) effect. Cognition 108, 652-661 (2008)]. Ошибки, допускаемые в промежуточных онлайн-опросниках, могут заставить изучающих физику – или любой другой предмет – вернуться к объяснению снова.

В общем, онлайн-видео позволяют учащимся делать то, к чему предрасположен их мозг – сначала концентрация, потом повторение самых сложных мест материала, потом перерыв. Они могут сами проходить тесты, или я могу их опрашивать. Они могут остановить видео и уставиться в никуда, раздумывая, до тех пор, пока в голове у них не щёлкнет. Они могут обсудить предмет на форуме с приятелями из Зимбабве или Чили. В обычном двухчасовом уроке это невозможно осуществить.

Не все МООК такие замечательные. Но с увеличением их разнообразия и качества повышается и возможность выбора у учащихся. Они могут прочувствовать богатство материала и выбор уроков, и если им что-то не понравится, то двигаться дальше. Сами по себе МООК не являются панацеей для улучшения обучения. Оно будет результатом многих усилий: МООК, новые учебники, сами учителя. Онлайн-ресурсы не заменяют персональных инструкторов – они служат инструментами для высококачественного персонального обучения и хорошими материалами для проверки знаний.

Мы с Терри потратили на создание «Учимся учиться» не более $5 000, и сделали его по большей части у меня в подвале. Опыта редактирования видео у меня не было – до того я была способна разве что нажать на кнопку записи на камере. Большая часть движущихся изображений была создана при помощи слайдов из PowerPoint. Поэтому я взываю к критикам МООК. Создайте свой онлайн-курс. Запишите самую интересную и глубокую лекцию из всех, что вы давали в жизни. Если вам не понравится результат – переснимайте до тех пор, пока не будете удовлетворены. Придумайте вопросы для теста на основе часто встречающихся ошибок. И вы узнаете о возможностях онлайн-курсов больше, чем ожидаете. А что ещё важнее, вы подадите пример открытости для обучения учащимся всего мира.