Przegląd historyczny
Diane F. Halpern
Beth Donaghey

Podejście konstruktywistyczne
Mary Lamon

Teoria schematu
William F. Brewer

Przegląd historyczny

Teorie uczenia się są tak centralne dla dyscypliny psychologii, że niemożliwe jest oddzielenie historii teorii uczenia się od historii psychologii. Uczenie się jest podstawowym procesem psychologicznym, a badania nad zasadami i mechanizmami uczenia się są przedmiotem badań i debat od czasu założenia pierwszego laboratorium psychologicznego przez Wilhelma Wundta w Lipsku (Niemcy) w 1879 roku. Uczenie się jest definiowane jako trwała zmiana w zachowaniu lub przekonaniach, która wynika z doświadczenia. Zdolność do uczenia się zapewnia każdemu żywemu organizmowi możliwość adaptacji do zmieniającego się środowiska. Uczenie się jest nieuniknioną konsekwencją życia – gdybyśmy nie mogli się uczyć, umarlibyśmy.

Ewolucja teorii uczenia się może być postrzegana jako postęp od szerokich teorii opracowanych w celu wyjaśnienia wielu sposobów, w jakie zachodzi uczenie się, do bardziej szczegółowych teorii, które są ograniczone w typach uczenia się, które mają wyjaśniać. Teorie uczenia się dzieli się zasadniczo na dwie perspektywy. Pierwsza z nich twierdzi, że uczenie się można badać poprzez obserwację i manipulowanie związkami bodziec-reakcja. Jest ona znana jako perspektywa behawiorystyczna, ponieważ ściśle trzyma się badania obserwowalnych zachowań. Perspektywa ta została po raz pierwszy wyartykułowana w 1913 roku przez Johna Watsona, który twierdził, że psychologia powinna zajmować się badaniem obserwowalnych zjawisk, a nie badaniem świadomości czy umysłu. Watson uważał, że obiektywny pomiar obserwowalnych zjawisk jest jedynym sposobem na rozwój nauki psychologii.

Drugi rodzaj teorii uczenia się argumentuje, że zmienne interweniujące są właściwymi i niezbędnymi składnikami zrozumienia procesów uczenia się. Perspektywa ta mieści się w szerokim zakresie poznawczej teorii uczenia się i została po raz pierwszy wyartykułowana przez Wilhema Wundta, uznanego za „ojca psychologii”, który wykorzystał introspekcję jako środek do badania procesów myślowych. Chociaż zwolennicy tych dwóch perspektyw różnią się w swoich poglądach na to, jak można badać uczenie się, obie szkoły myślenia zgadzają się, że istnieją trzy główne założenia teorii uczenia się: (1) na zachowanie wpływa doświadczenie, (2) uczenie się jest adaptacyjne dla jednostki i dla gatunku oraz (3) uczenie się jest procesem rządzonym przez naturalne prawa, które można testować i badać.

Teoria behawioru

Perspektywa behawiorystyczna zdominowała badania nad uczeniem się przez pierwszą połowę XX wieku. Teorie behawiorystyczne zidentyfikowały procesy uczenia się, które można zrozumieć w kategoriach relacji między bodźcami oddziałującymi na organizmy a sposobem, w jaki organizmy na nie reagują. Centralnym procesem w teoriach S-R jest ekwipotencjalność. Ekwipotencjalne uczenie się oznacza, że procesy uczenia się są takie same dla wszystkich zwierząt, zarówno ludzkich, jak i nie-ludzkich. Badając uczenie się zwierząt innych niż człowiek, wcześni behawioryści wierzyli, że identyfikują podstawowe procesy, które są ważne w ludzkim uczeniu się. Wierzyli oni również, że uczenie się może być badane jedynie poprzez obserwację zdarzeń w środowisku i mierzenie reakcji na te zdarzenia. Według behawiorystów, wewnętrzne stany psychiczne są niemożliwe do naukowego zbadania, a zatem nie są konieczne w badaniu uczenia się. Dla behawiorystów zmiana w zachowaniu jest jedynym właściwym wskaźnikiem, że nastąpiło uczenie się. Zgodnie z tym poglądem, wszystkie organizmy przychodzą na świat z pustym umysłem lub, bardziej formalnie, z tabula rasa (pustą tablicą), na której środowisko zapisuje historię uczenia się tego organizmu. Uczenie się, z perspektywy behawiorystycznej, jest tym, co dzieje się z organizmem w wyniku jego doświadczeń.

Typy behawioralnego uczenia się. Istnieją dwa główne rodzaje uczenia się w tradycji behawiorystycznej. Pierwszy z nich to warunkowanie klasyczne, związane z pracą Iwana Pawłowa (1849-1936), rosyjskiego fizjologa, który badał procesy trawienne psów. Pawłow zauważył, że psy ślinią się pod nieobecność jedzenia, jeśli obecny jest określony bodziec, który wcześniej został skojarzony z prezentacją jedzenia. Pawłow badał, w jaki sposób dochodzi do skojarzenia pomiędzy bodźcem neutralnym (np. laborant, który karmił psy), bodźcem bezwarunkowym (jedzenie) i odruchem bezwarunkowym (ślinienie się). Klasyczny eksperyment Pawłowa polegał na warunkowaniu ślinienia się na dźwięk dzwonka i inne bodźce, które nie powodowały ślinienia się u psa bez wcześniej wyuczonego skojarzenia z jedzeniem.

W początkowych etapach paradygmatu warunkowania klasycznego, reakcja bezwarunkowa (UCR; w tym przypadku ślinienie się) jest wywoływana przez prezentację bodźca bezwarunkowego (UCS; w tym przypadku jedzenie). Jeśli bodziec neutralny (taki, który nie wywołuje UCR, np. dzwonek) zostanie sparowany z prezentacją UCS w serii prób, wywoła on reakcję warunkową (CR; w tym przypadku również ślinotok), nawet jeśli UCS (jedzenie) jest nieobecny. W paradygmacie warunkowania klasycznego, wcześniej neutralny bodziec (dzwonek) staje się bodźcem warunkowym (CS), który wywołuje uwarunkowaną odpowiedź (CR) w postaci ślinienia się. Innymi słowy, zwierzę w eksperymencie uczy się kojarzyć dzwonek z okazją do jedzenia i zaczyna się ślinić na dzwonek przy braku jedzenia. Jest to tak, jakby zwierzę zaczęło myśleć o dzwonku jako o „rozpalającym usta”, chociaż behawioryści nigdy nie użyliby takich określeń jak myśleć, ponieważ myślenie nie jest bezpośrednio obserwowalnym zachowaniem.

Nawet jeśli oryginalna praca nad warunkowaniem klasycznym została wykonana przy użyciu zwierząt innych niż człowiek, ten typ uczenia się odnosi się również do ludzi. Wyuczone awersje smakowe i rozwój specyficznych fobii są przykładami warunkowania klasycznego u ludzi. Na przykład, gdy człowiek po raz pierwszy słyszy wiertło w gabinecie dentystycznym, prawdopodobnie nie powoduje ono pocenia się dłoni i przyspieszenia bicia serca. Jednak poprzez skojarzenie dźwięku z nieprzyjemnym uczuciem wiercenia ubytku, sam dźwięk może wywoływać objawy strachu i niepokoju, nawet jeśli dana osoba nie znajduje się na fotelu dentystycznym. Uczucia strachu i lęku mogą się uogólniać, tak że ta sama reakcja lękowa jest wywoływana przez widok fartucha dentysty lub fotela dentystycznego.

Drugim rodzajem uczenia się, który jest skategoryzowany w tradycji behawiorystycznej, jest warunkowanie instrumentalne lub operacyjne. Główna różnica między warunkowaniem instrumentalnym a warunkowaniem klasycznym polega na tym, że nacisk kładzie się na zachowanie, które jest dobrowolne (emitowane), a nie odruchowe (wywoływane). Zachowanie docelowe (np. dziobanie dźwigni, jeśli ktoś bada ptaki) pojawia się przed bodźcem warunkującym (np. jedzenie), w przeciwieństwie do modelu klasycznego, który przedstawia bodziec warunkujący (np. dzwonek) przed zachowaniem docelowym (np. ślinienie się).

W paradygmacie instrumentalnym zachowania są wyuczone w wyniku ich konsekwencji. Edward Thorndike (1874-1949) był pionierem w warunkowaniu instrumentalnym, chociaż opierał się etykiecie behawiorysty. W jego ujęciu konsekwencje zachowania się w określony sposób sterowały uczeniem się. Zachowanie było instrumentalne dla osiągnięcia celu, a konsekwencje zachowania odpowiadały za tendencję do wykazywania (i powtarzania) danego zachowania. Thorndike nazwał tę zasadę warunkowania instrumentalnego prawem skutku. Twierdził on, że jeśli zachowanie miało pozytywne konsekwencje lub prowadziło do satysfakcjonującego stanu bycia, reakcja (zachowanie) będzie wzmocniona. Jeśli, z drugiej strony, zachowanie miało negatywną konsekwencję, reakcja będzie osłabiona. Thorndike opracował zasady warunkowania instrumentalnego za pomocą pudełka z puzzlami, które wymagało od zwierzęcia określonego zachowania (popchnięcia zatrzasku), aby uzyskać cel (otworzyć drzwi w celu uzyskania dostępu do jedzenia). Zwierzę miało możliwość, metodą prób i błędów, odkryć wymagane zachowanie, a zachowanie to było wzmacniane poprzez otwarcie drzwi i dostęp do jedzenia. Wraz z praktyką zwierzę skracało czas potrzebny na otwarcie drzwi. W paradygmacie instrumentalnym zwierzę uczyło się skojarzenia między daną sytuacją a reakcją wymaganą do uzyskania celu.

Operacyjne warunkowanie i wzmacnianie. B. F. Skinner (1904-1990) jest uznawany za twórcę paradygmatu warunkowania operacyjnego. Podobnie jak warunkowanie instrumentalne, warunkowanie operacyjne wymaga, aby organizm działał na środowisko w celu osiągnięcia celu. Zachowanie jest wyuczone jako funkcja konsekwencji tego zachowania, zgodnie z harmonogramem wzmocnień lub kar. W przeciwieństwie do Thorndike’a, który posługiwał się pojęciem nagrody i stanów satysfakcjonujących, Skinner kładł nacisk na wpływ czynników wzmacniających. Wzmocnienia to zdarzenia, które następują po reakcji i zwiększają prawdopodobieństwo jej powtórzenia, ale nie sugerują one działania komponentu poznawczego, takiego jak nagroda (lub przyjemność). Uczenie się jest uzależnione od harmonogramu wzmocnień w paradygmacie operacyjnym. Skinner testował teorię operacyjną poprzez dokładne kontrolowanie środowiska w celu badania zachowania i efektów wzmocnienia.

Według Skinnera, warunkowanie operacyjne ma dwa prawa. Pierwszym z nich jest prawo warunkowania, które mówi, że wzmocnienie wzmacnia zachowanie, które je poprzedza, co zwiększa prawdopodobieństwo, że zachowanie zostanie powtórzone. Drugie prawo to prawo wygaszania, które mówi, że brak wzmocnienia dla danego zachowania zmniejsza prawdopodobieństwo jego ponownego wystąpienia. Wzmocnienie składa się z dwóch rodzajów zdarzeń: pozytywnych, co oznacza, że kiedy są one prezentowane (np. prezentujemy smaczne jedzenie), prawdopodobieństwo wystąpienia zachowania wzrasta (np. naciskamy dźwignię, aby otrzymać smaczne jedzenie) oraz negatywnych, co oznacza, że kiedy są one usuwane (np. zatrzymujemy głośny dźwięk lub bolesny wstrząs), prawdopodobieństwo wystąpienia zachowania wzrasta (np. naciskamy dźwignię, aby zatrzymać głośny dźwięk lub bolesny wstrząs). Karę definiuje się jako zdarzenie, które osłabia tendencję do wykonania reakcji. Kara może obejmować prezentację bodźca awersyjnego (np. prezentację głośnego dźwięku lub bolesnego wstrząsu) lub może obejmować usunięcie dostępu do pozytywnego bodźca (np. usunięcie smacznego jedzenia po naciśnięciu dźwigni).

Skinner eksperymentował również z różnymi harmonogramami wzmacniania i odkrył, że różne harmonogramy powodowały różne wzorce reagowania. Ciągłe harmonogramy wzmacniania dostarczają wzmocnienie za każdym razem, gdy zachowanie docelowe jest prezentowane. Te harmonogramy są skuteczne w ustalaniu zachowania docelowego, ale zachowanie szybko znika, jeśli warunek nie jest spełniony. Przerywane harmonogramy wzmacniania dostarczają wzmocnienie w określonych odstępach czasu. Na przykład, eksperymentator może zdecydować się na wzmacnianie co czwartej reakcji zwierzęcia, lub wzmocnienie może być prezentowane po stałym lub losowym odstępie czasu. Dwa rodzaje harmonogramów przerywanych, które utrzymują wysoki wskaźnik odpowiedzi i są bardzo odporne na wygaśnięcie są zmienne proporcje i zmienne harmonogramy interwałowe.

Ścisłe przestrzeganie tradycji behawiorystycznej wykluczyło analizę zdarzeń psychicznych lub wewnętrznych. Skinner uznawał jednak rolę myśli. Utrzymywał, że myśl jest powodowana przez wydarzenia w środowisku, a zatem teoria uczenia się, która dotyczyła wpływu środowiska, była właściwa. Podobnie jak Pawłow i Thorndike, praca Skinnera była prowadzona głównie na zwierzętach, ale zasady warunkowania operacyjnego mogą być stosowane także u ludzi i są szeroko wykorzystywane w terapii behawioralnej i edukacji.

Teorie poznawcze

Ale behawioryzm był płodną i dominującą teorią uczenia się we wczesnych dekadach XX wieku, pewne obawy i obserwacje doprowadziły do odrodzenia się zainteresowania poznawczymi teoriami uczenia się. Jednym z obszarów zainteresowania było rozróżnienie między wykonaniem a uczeniem się – to znaczy, czy behawioryzm opisuje czynniki, które wpływają na wykonanie wyuczonego zachowania, a nie sam akt uczenia się? W literaturze behawiorystycznej istnieją dowody na istnienie elementów poznawczych, takich jak oczekiwanie i kategoryzacja. W ramach harmonogramu wzmocnienia przerywanego, na przykład, zwierzęta zwiększają szybkość reakcji bezpośrednio przed dostarczeniem wzmocnienia, działając w ten sposób tak, jakby się go spodziewały. Podobnie, zwierzęta mogą być szkolone do rozróżniania rodzajów bodźców, które należą do różnych klas. Uczenie się tego typu rozróżniania wydaje się być związane z klasyfikacją, która jest procesem poznawczym. Co najważniejsze, naukowcy badający uczenie się dostrzegli, że teorie behawiorystyczne nie są w stanie wyjaśnić wszystkich rodzajów uczenia się. Ludzie i zwierzęta mogą nauczyć się czegoś bez pokazywania tego, czego się nauczyli, co oznacza, że wydajność nie zawsze odzwierciedla to, czego się nauczono.

Teorie poznawcze wyrosły z troski, że zachowanie obejmuje więcej niż bodziec środowiskowy i odpowiedź, czy to dobrowolną czy odruchową. Teorie te zajmują się wpływem myślenia o i pamiętania doświadczeń lub zachowań. Założenia dotyczące uczenia się w teoriach kognitywnych nie są takie same jak w teoriach behawiorystycznych, ponieważ myślenie i zapamiętywanie są zdarzeniami wewnętrznymi. Można wnioskować o zdarzeniach wewnętrznych, takich jak myślenie i zapamiętywanie, o ile są one połączone z uważną obserwacją zachowania. Teoretycy kognitywni zakładają, że niektóre rodzaje uczenia się, takie jak uczenie się języków, są unikalne dla ludzi, co stanowi kolejną różnicę między tymi dwoma perspektywami. Teorie poznawcze koncentrują się również na organizmie jako aktywnym procesorze informacji, który modyfikuje nowe doświadczenia, odnosi je do doświadczeń z przeszłości i organizuje te informacje w celu ich przechowywania i odzyskiwania. Psychologowie kognitywni uznają również, że uczenie się może mieć miejsce w przypadku braku jawnego zachowania.

Edward Tolman (1886-1959) był jednym z pierwszych psychologów badających organizację zachowania i uczenia się. Prowadził badania w tradycji behawiorystycznej (obiektywne badania na gatunkach innych niż ludzkie), ale do swojego wyjaśnienia uczenia się wprowadził elementy poznawcze. W teorii Tolmana elementy poznawcze opierały się jednak na obserwowanym zachowaniu, a nie na introspekcji. Uważał on, że uczenie się obejmuje coś więcej niż zdarzenia bodźca i odpowiedzi; Polega ono na rozwijaniu zorganizowanego zasobu wiedzy lub oczekiwań dotyczących danej sytuacji. Tolman przeprowadził wiele swoich eksperymentów z uczeniem się na szczurach, których zadaniem było przejście przez labirynt. Zmieniając warunki w labiryncie, doszedł do wniosku, że uczenie się wiąże się z rozumieniem zdarzeń i ich konsekwencji, a to prowadzi do celowego, ukierunkowanego na cel zachowania. Tolman podkreślał rolę oczekiwania i jego wzmacniającego wpływu na powtarzanie zachowań. On spopularyzował pojęcie map poznawczych, które reprezentują organizm zrozumienia relacji między częściami środowiska, jak również organizm relacji do środowiska.

W wyraźnej przerwie z behawiorystów, Tolman zauważyć, że wzmocnienie nie był niezbędny składnik uczenia się, i że organizmy mogą wykazać utajonego uczenia się. Utajone uczenie się jest przejawiane tylko wtedy, gdy organizm jest zmotywowany do jego przejawiania. Tolman był również zaniepokojony różnicami w zachowaniu, które można by przypisać wewnętrznym stanom organizmu, co zostało w dużej mierze odrzucone przez wcześniejszych teoretyków. W identycznych paradygmatach uczenia się, dwa organizmy mogą pokazywać różne zachowania oparte na ich różnych nastrojach, fizjologii lub stanach psychicznych.

Społeczna teoria uczenia się. Teoria społecznego uczenia się koncentruje się na rodzaju uczenia się, które ma miejsce w kontekście społecznym, gdzie modelowanie, czyli uczenie się obserwacyjne, stanowi dużą część sposobu, w jaki organizmy się uczą. Teoretycy społecznego uczenia się zwracają uwagę na to, w jaki sposób oczekiwania, pamięć i świadomość wpływają na proces uczenia się. Zarówno ludzie, jak i nieludzie mogą uczyć się poprzez obserwację i modelowanie. Rozważmy, na przykład, przyswajanie języka migowego przez potomstwo małp szkolonych językowo, które uczy się migać, obserwując swoich wyszkolonych rodziców. Dzieci uczą się wielu zachowań poprzez modelowanie. Klasyczny eksperyment Alberta Bandury (1961) pozwolił jednej grupie dzieci obserwować dorosłego, który agresywnie uderzał w lalkę bobo (nadmuchiwana lalka używana do zadawania ciosów), podczas gdy inna grupa obserwowała nieagresywnego modela, a trzecia grupa nie miała żadnego modela. Dzieci, które widziały agresywnego dorosłego, często naśladowały to zachowanie, gdy miały okazję pobawić się tą samą lalką. Dzieci, które widziały nieagresywnego modela, wykazywały najmniejszą ilość agresywnych zabaw w porównaniu do dwóch pozostałych grup. Teoretycy społecznego uczenia się zachowują behawiorystyczne zasady wzmacniania i warunkowości odpowiedzi, ale rozszerzają też obszar badań nad uczeniem się o komponenty przetwarzania poznawczego, takie jak uwaga, zapamiętywanie, przetwarzanie informacji o środowisku i konsekwencje zachowania.

Akceptacja poznawczych komponentów uczenia się skupiła uwagę na potrzebie zapamiętywania doświadczenia w różnych odstępach czasu. Teorie przetwarzania informacji rozwinęły się z perspektywy kognitywnej i obejmują procesy kodowania, przechowywania i pobierania informacji o środowisku. Przetwarzanie informacji jest wykorzystywane do badania procesów pamięci, centralnego komponentu poznawczego we współczesnych teoriach uczenia się. Teorie przetwarzania informacji są produktem ubocznym rewolucji komputerowej i wykorzystują język komputerów (np. sekwencyjne etapy przetwarzania, wejście, wyjście) do opisu procesów uczenia się i pamięci. Zgodnie z perspektywą ludzkiego przetwarzania informacji, uczenie się przebiega w sekwencyjnych etapach, począwszy od kodowania informacji z otoczenia. Kodowanie informacji obejmuje proces, w którym informacje z otoczenia są przekształcane w informacje użyteczne. Kolejnym etapem jest przechowywanie, które polega na zachowaniu zakodowanych informacji. Przechowywane informacje budują „bazę danych” dotychczasowego uczenia się. Ostatnim etapem w podejściu opartym na przetwarzaniu informacji jest pobieranie, które polega na dostępie do przechowywanych informacji, tak aby można je było wykorzystać do wykonania zadania. W modelu przetwarzania informacji organizmy są postrzegane jako aktywni uczestnicy. Nie doświadczają one środowiska biernie lub po prostu wchłaniają informacje, ale zamiast tego poszukują pewnych informacji, a następnie manipulują nimi, modyfikują je i przechowują w celu późniejszego wykorzystania.

Teorie uczenia się były często wykorzystywane do zapewnienia przewodnika dla edukacji. Wcześniejsze zastosowania dotyczyły stosowania odpowiednich nagród i kar, obaw, które odzwierciedlały główne założenia teorii behawiorystycznych. W ostatnim czasie perspektywa poznawcza ukształtowała dziedzinę edukacji i wzrosła troska o metody uczenia się, które zwiększają długoterminową retencję oraz przenoszenie informacji i umiejętności nabytych w szkole na nowe problemy w środowisku pozaszkolnym. Na przykład zmienność w kodowaniu (uczenie się materiału na różne sposoby, np. za pomocą wideo i tekstu) prowadzi do trwalszego i bardziej długotrwałego zapamiętywania, mimo że jest to bardziej wysiłkowy (i ogólnie mniej przyjemny) sposób uczenia się. Ponadto, uczniowie mogą stać się lepszymi myślicielami, jeśli otrzymają konkretne instrukcje dotyczące umiejętności myślenia – i jeśli te instrukcje są zaprojektowane w taki sposób, by zwiększać transfer. Strategie nauczania, które zwiększają transfer, obejmują rozłożoną w czasie praktykę (przeglądanie materiału w czasie zamiast zapamiętywania), używanie różnorodnych przykładów, aby uczniowie mogli rozpoznać, gdzie dana koncepcja ma zastosowanie, oraz praktykę w odzyskiwaniu (wielokrotne zapamiętywanie materiału w czasie) z informacyjną informacją zwrotną.

Teorie uczenia się stoją przed nowymi wyzwaniami, ponieważ ludzie zmagają się z rosnącą ilością dostępnych informacji, które trzeba przyswoić, szybko zmieniającymi się technologiami, które wymagają nowych typów odpowiedzi na nowe problemy, oraz potrzebą kontynuowania nauki przez całe życie, nawet do późnej starości. Współczesne teorie uczenia się, poparte badaniami empirycznymi, oferują obietnicę ulepszonego uczenia się i lepszego myślenia – oba te czynniki są krytyczne w szybko zmieniającym się i złożonym świecie.