Implicaciones de la teoría de la carga cognitiva para el diseño de actividades. Sweller, van Merrienboer y Paas

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Arquitectura cognitiva y diseño didáctico

Os presento una entrada que sigue la pura esencia del blog: un artículo de los autores originales de la teoría de la carga cognitiva que profundiza en las consecuencias que tiene para el diseño instruccional. Es decir, ¿en qué nos ayuda la teoría de la carga cognitiva a la hora de planificar actividades didácticas? Vamos a ello. (Podéis consultar el artículo original al completo pinchando aquí).
 
Como resumen introductorio, los propios autores de la teoría de la carga cognitiva afirman que fue diseñada para aportar orientaciones que promuevan actividades que optimicen el desempeño intelectual. La teoría asume la capacidad limitada de la memoria de trabajo, de forma que lo fundamental será reducir esta “carga” y promover la construcción de esquemas mentales. 

¿Qué es la memoria de trabajo?

La memoria de trabajo puede hoarse equivalente con la consciencia. Los humanos somos conscientes (podemos monitorizar) solo lo que está en la memoria de trabajo. Todo el funcionamiento cognitivo restante está escondido de nuestra vista a menos que consigamos llevarlo a la memoria de trabajo. Las limitaciones de esta memoria de trabajo son bien conocidas y ampliamente aceptadas por la comunidad científica.
 
La memoria de trabajo se usa para procesar la información, en el sentido de organizarla, contrastarla y compararla. Cuando interacción entre elementos que se encuentren en la memoria de trabajo consume capacidad de esta memoria, reduciendo el número de elementos con los que se pueden lidiar simultáneamente.
 
La teoría de Baddeley (1992) divide la memoria de trabajo en un “cuaderno visual y espacial” para procesar la información basada en lo visual y un “bucle fonológico” para la información auditiva, principalmente hablado. Estos dos sistemas se coordinan por un sistema ejecutivo central. De esta división proviene la idea del “Dual coding”, es decir, de la eficacia de presentar la información visual y auditivamente. Toda la actividad cognitiva de los estudiantes ocurre en esta estructura, y por eso conocer sus limitaciones es esencial para los docentes.  Todo diseño de actividades que ignore las limitaciones de la memoria de trabajo es, inevitablemente, deficiente. 
 
Pero el interés de los docentes no puede ser la memoria de trabajo que, como ya hemos dicho, es muy limitada. Nuestro foco debe ser la memoria a largo plazo, que es donde almacenamos las cosas que aprendemos y que por tanto podemos recuperar o evocar después. 
 
El gran ilustrador Oliver Caviglioli nos deja en Twitter esta imagen que resume gran parte de las ideas que vamos a desarrollar en esta entrada:
 

 

La memoria a largo plazo

Los humanos no somos conscientes directamente de la memoria a largo plazo. Solo somos conscientes del contenido y funcionamiento que se filtra a la memoria de trabajo. En un trabajo clásico, De Groot (1966) estudió los factores que distinguen a los grandes maestros del ajedrez. Si a estos jugadores se les enseña durante cinco segundos una configuración de piezas tomadas de una partida real, los grandes maestros son capaces de reproducirla de memoria. Pero si las piezas están dispuestas al azar, su rendimiento no se diferencia del de jugadores aficionados. ¿A qué se debe que recordar configuraciones de ajedrez resulte en una mayor habilidad de juego? Los grandes maestros del ajedrez reconocen la mayoría de las configuraciones reales, y han aprendido los movimientos básicos asociados a cada una. Este conocimiento, adquirido después de años de práctica, se almacena en la memoria a largo plazo, y es el factor determinante en la maestría para jugar al ajedrez.
 
Resultados similares han sido obtenidos en experimentos posteriores, por ejemplo Barfield, 1986; Egan y Schwartz, 1979; Sweller y Cooper, 1985. Todo estos estudios confirman que el factor principal para distinguir la habilidad para resolver problemas no es el conocimiento de estrategias generales y sofisticadas, sino el conocimiento de un número grande de problemas similares y sus resoluciones.
 
Por todo ello, el sistema cognitivo humano puede ser caracterizado como uno que pone su énfasis primario en la habilidad para almacenar cantidad de información de manera aparentemente ilimitada. No hablamos solo de datos aisladas, sino de interacciones complejas y procedimientos sofisticados. Desde este punto de vista, la capacidad intelectual humana viene de este conocimiento almacenado en la memoria a largo plazo. La memoria de trabajo es simplemente incapaz de interacciones complejas, y más con información nueva. 
 
De aquí viene la primera implicación: las actividades que requieren de largas y complejas cadenas de razonamiento basadas en un conocimiento que no se tiene dificultan el aprendizaje.

Los esquemas

Si el conocimiento es la base de la capacidad intelectual, ¿qué forma adopta este conocimiento? De acuerdo con la teoría de los esquemas (Chi, Glaser y Rees, 1982) el conocimiento se almacena en esquemas, en los que la información se categoriza. Por ejemplo, un esquema nos dice que los objetos que son “árboles” tiene características comunes, aunque no haya árboles con características muy diferentes. Cuando leemos, podemos deducir el significado de una variedad de signos porque tenemos esquemas que nos permiten caracterizar letras, palabras y combinaciones de palabras. A menudo, esta adquisición de esquemas es un proceso activo y constructivo. Estos esquemas se almacenan en la memoria a largo plazo, reduciendo la carga cognitiva porque almacenan mucha complejidad. Por ejemplo, nuestro esquema para un restaurante incluye un conocimiento amplio sobre la comida y sus funciones en los asuntos humanos; el dinero y su papel en intercambiar bienes y servicios; la arquitectura básica de los edificios; y muchos otros hechos, funciones, procesos y entidades. Este vasto conjunto de elementos ha sido adquirido con los años pero es almacena en la memoria de trabajo, como una entidad única. Por eso puede “caber” en la memoria de trabajo: es un solo elemento. 
 
Como conclusión a todo esto, podemos afirmar que gracias a la construcción de esquemas, aunque hay límites en el número de elementos que se pueden procesar en la memoria de trabajo, no los hay en la cantidad de información que podemos procesar. 

La automatización de esquemas

La automatización de esquemas es un proceso muy importante en la construcción de esquemas. Toda la información puede ser procesada conscientemente (en la memoria de trabajo) o automáticamente (Shiffrin y Schneider, 1977). Este procesamiento automático descarga a la memoria de trabajo y tiene características diferentes al procesamiento consciente. Para que ocurre tiene que haber existido una práctica habitual y recurrente (por eso nuestro próximo libro será “Retrieval Practice”). Con la práctica suficiente, un proceso puede llevarse a cabo con un mínimo esfuerzo consciente (con una mínima carga para la memoria de trabajo). Por ejemplo, casi todos los adultos somos capaces de leer sin procesar las letras individualmente. Kotovsky, Hayes y Simon (1985) demostraron la importancia de la automatización en la resolución de problemas. 
 
En resumen, la automatización libera memoria de trabajo para poder lidiar con otras actividades. Con la automatización, las tareas familiares se llevan a cabo con fluidez y precisión, liberando a la memoria de trabajo para enfocarse en las partes nuevas.

Un resumen de la arquitectura cognitiva

Tenemos una memoria de trabajo limitada que lidia con todas las actividades conscientes y una memoria a largo plazo en la que se almacenan esquemas de varios grados de automatización. Las habilidades intelectuales son consecuencia de la construcción de esquemas cada vez más sofisticados y complejos con un alto grado de automatización. Así, los esquemas llevan a la memoria de trabajo múltiples elementos y nos permiten ignorar lo irrelevante. De esa forma, la memoria de trabajo se libera, permitiendo procesos complejos que la sobrecargarían.

Implicaciones en el diseño de actividades

La carga sobre la memoria de trabajo puede verse afectada por la naturaleza intrínseca del material (carga intrínseca) o por la manera es que ese material es presentado o las actividades con las que se trabaja (carga extrínseca). Evidentemente entonces, un buen diseño de actividades disminuirá la carga extrínseca.
 
Un pequeño apunte sobre la carga intrínseca: depende esencialmente del número de elementos que interaccionan para comprender una idea. Por ejemplo, podemos aprender que Fe es el símbolo químico del hierro sin saber que Cu es el del cobre. Sin embargo, para comprender el orden de las palabras en una frase en otro idioma necesitamos más interacciones. Las actividades matemáticas son otro ejemplo de alta interactividad. Cuando hay muchos elementos relacionados y nuevos, la memoria de trabajo no da a basto. El material con pocos elementos nuevos, o no relacionados, es más fácil de comprender. Esto es la carga intrínseca.
 
La tesis principal de los autores es que la carga extrínseca impuesta por el diseño de nuestras actividades debería ser la principal consideración que tengamos los docentes a la hora de diséñenlas. Todo lo que hagamos en clase debe ser visto desde la perspectiva de la carga cognitiva.

Recomendaciones para el diseño de actividades

Una vez visto todo lo anterior, ¿qué recomendaciones nos ofrecen los autores a la hora de planificar actividades? Lo que expondremos serán técnicas apoyadas por múltiples experimentos (en algunos casos solapados) utilizando una gran variedad de materiales para una variedad de poblaciones. 

El efecto “sin meta”

Un coche acelera uniformemente desde el reposo durante un minuto. Su velocidad final es de 2 km/min. ¿Cuánta distancia ha recorrido? 
 
Sin un esquema adecuado (basado en la práctica), lo más probable es que el estudiante intente resolver el problema a partir de la meta (el final), y de ahí para atrás. Se ha descubierto que la resolución de problemas por medio del análisis de la meta es eficiente en la ausencia de un esquema, pero es excepcionalmente abrumador para la capacidad de la memoria de trabajo (Sweller, 1988) y no ayuda a la construcción de esquemas que permiten reconocer problemas y soluciones asociadas. 
 
Por eso es recomendable utilizar problemas sin meta, que no permiten extraer diferencias entre el estado actual y el final porque no hay una meta final establecida. Así, hay que encontrar una estrategia alternativa para su resolución. Por ejemplo:
 
Un coche acelera uniformemente desde el reposo durante un minuto. Su velocidad final es de 2 km/min. Calcula el valor de todas las variables que puedas respecto al coche. 
 
Como se puede deducir, el estudiante acaba calculando exactamente las mismas variables y utilizando las mismas ecuaciones, y llegando al mismo resultado final. Sin embargo, las estrategias utilizadas y el procesamiento cognitivo ha sido totalmente diferente.

El efecto de la “Actividad resuelta”

La utilización de actividades resueltas también elimina la búsqueda basada en la meta, así que es otra manera beneficiosa de aprender a resolver problemas. El estudio de ejemplos resueltos facilita la construcción de esquemas y ayuda a la transferencia entre problemas similares. Es importante saber que utilizar muchos ejemplos resueltos pero sin práctica autónoma puede tener un efecto negativo sobre la motivación de los alumnos, y darles un patrón estereotipado que puede inhibir la generación de soluciones nuevas y creativas (Smith, Ward y Schumacher, 1993).

El efecto de “completar un problema”

Se trata de aportar un estado inicial, luego el estado final y una solución parcial que debe ser completada. Hay bastante evidencias (van Merrienboer, 1992) de que, comparado con los problemas convencionales, De esta manera se reduce la carga extrínseca. Completar problemas puede ayudar a los alumnos y alumnas a mantener la motivación y a vocalizar su atención a cada paso de la resolución.

El efecto de la “atención dividida”

Cuando se utilizan imágenes y texto, se puede reducir la carga extrínseca integrando físicamente ambas. Por ejemplo, escribiendo el texto en la imagen, en lugar de en una leyenda o pie de foto. De esta manera se reduce la necesidad de integrarlo en la memoria de trabajo. Os dejo con un ejemplo de los muchísimos que se pueden encontrar en internet si buscas \”split attention effect\” (mucho mejor la opción b):
 

 

 

El efecto de la “codificación dual”

Se libera carga cognitiva de la memoria de trabajo cuando se presenta el material utilizando los dos mecanismos que comenzamos al principio de la entrada: visual y auditivamente. Es importante considerar el efecto anterior en el diseño de las presentaciones, de forma que el texto que incluyamos esté integrado en las imágenes y no favorezcamos la atención dividida. Recomiendo especialmente el trabajo de Oliver Caviglioli en este sentido, y que está recogido en su \”Dual Coding for Teachers\” que antes o después llegará al blog. Además os dejo un diagrama bastante ilustrativo tomado de aquí.
 

 

 

El efecto de la “redundancia”

La atención dividida ocurre cuando los estudiantes se enfrentan a múltiples fuentes de información que deben ser integradas antes de poder comprenderlas. La redundancia ocurre cuando estas fuentes de información se presentan sin relación unas de otras, de forma que la necesidad de integrarlas (eliminando las redundancias entre ellas) ocupa gran parte de la memoria de trabajo. Chandler y Sweller (1991) proponen como ejemplo una explicación de la circulación de la sangre en la que hay un diagrama con colores explicando todas las partes, y justo debajo un texto en el que explica, de nuevo, lo que muestra el diagrama. Aunque parezca contrario al sentido común, esta información es redundante y no beneficia, sino al contrario.
 
Por eso la distinción entre múltiples fuentes de información que pueden o no  ser comprendidas aisladamente es fundamental a la hora de utilizarlas en nuestras clases. Cuando esto ocurre, podemos reducir la carga cognitiva integrando físicamente (juntando imágenes y texto) para reducir la atención dividida.
 
Este efecto de la redundancia ha sido descrito, olvidado y redescubierto durante las últimas décadas. Los autores proponen una razón: es contraintuitiva. Casi todos pensamos que el material redundante es, como mucho, neutro.

El efecto de la “variedad”

La variedad en la práctica tiene efectos beneficiosos en la transferencia del aprendizaje a circunstancias nuevas. Además, ayuda a la construcción de esquemas porque aumenta la posibilidades en las que estructuras y patrones similares puedan ser identificados. La confrontación con problemas variados y las soluciones a estos problemas ayuda a los estudiantes a extender o restringir la aplicación de esquemas, pero requiere la implicación de los alumnos y por tanto de espacio en la memoria de trabajo. Estas actividades que potencian la transferencia hay que equilibrarlas bien, por tanto. 

Conclusiones

La arquitectura que hemos descrito en esta entrada omite algunos elementos (por ejemplo la memoria sensorial) que no tienen implicaciones claras sobre la carga cognitiva y el diseño de actividades. 
 
Una asociación estrecha entre la teoría de la carga cognitiva y el diseño de actividades permitirá reducir la carga extrínseca mejorando la efectividad del aprendizaje. Los efectos descritos nos ayudarán a ello, y junto a los párrafos en negrita constituyen las ideas esenciales de esta entrada, que esperamos que os haya resultado interesante. 

3 comentarios sobre “Implicaciones de la teoría de la carga cognitiva para el diseño de actividades. Sweller, van Merrienboer y Paas

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