Наблюдения Миллера и других ученых привели к появлению ряда теорий, объясняющих, как наш ум обрабатывает информацию. В их числе — гипотеза, выдвинутая психологами Ричардом Аткинсом и Ричардом Шиффрином в 1968 году и ставшая известной как модальная модель человеческой памяти [74]. Согласно ей, мы обрабатываем сенсорную информацию — зрительные образы, звуки, ощущения тела — одновременно, но чтобы играть активную роль в наших мыслях, она должна «пролезть» через центральное «бутылочное горлышко». Это своеобразное краткосрочное хранилище, соединенное с долгосрочной памятью, резервом жизненных знаний и опыта, который остается в дремлющем состоянии, пока мы не начинаем активно что-то вспоминать. Позже психологи Алан Бэддели и Грэхэм Хитч предложили теорию рабочей памяти, в которой объединили краткосрочное хранилище модальной модели со способностью манипулировать и изменять содержимое этого хранилища. По их предположению, мышление происходит в том узком окне сознания, где отфильтровывается и большая часть наших внешних ощущений, и глубокая история прежнего опыта.
Но если мышление настолько ограничено, как мы вообще функционируем? В своей первоначальной статье Миллер указал на одну возможность. Его эксперименты установили, что «бутылочное горлышко» ограничивается количеством вещей, а не количеством информации, в нем содержащейся. Например, попробуйте запомнить буквы Н С Ф Х Ш Б Л А Р — большинству людей это будет трудно, так как их сразу девять. Но если переставить буквы, получив ФБР, США и НХЛ, то удержать их в голове окажется уже несложно. Дело в том, что в обоих случаях мы видим одни и те же буквы, но во втором случае они представляют собой осмысленные последовательности, которые, объединенные прежним опытом, помогают легко запомнить целых девять букв — а это верхняя граница волшебного числа Миллера. Таким образом, ограничения рабочей памяти можно обойти, создавая все более сложные информационные схемы. Однако, поскольку для каждой из них необходим отдельный слот, требования к рабочей памяти эксперта совсем иные, чем у новичка, — даже если и задача, и метод решения одни и те же.
В 1995 году Андерс Эрикссон и Вальтер Кинч предложили другой способ обойти «бутылочное горлышко» разума [75]. Как выяснилось, опыт помогает более эффективно использовать долгосрочную память в работе с краткосрочными задачами. Согласно модели Аткинсона и Шиффрина долгосрочная память — это почти бесконечное хранилище, где содержатся все воспоминания нашей жизни, и оно, в отличие от «бутылочного горлышка» рабочей памяти, представляет собой огромный резервуар. В то же время большая часть нашей рабочей памяти остается инертной: у нас может храниться необходимая информация, но если мы не можем вспомнить ее при необходимости, то можно считать, что она не существует. С помощью рутинных задач, утверждают Кинч и Эрикссон, мы учимся создавать извлекающие сигналы, которые позволяют нам держать в уме больше информации, чем обычно позволяет «бутылочное горлышко». Доказательства представлены в эксперименте на понимание текста: участникам было предложено прочитать рассказ о разработке парового двигателя, в который через каждую строчку были вставлены отвлекающие предложения [76]. В традиционных экспериментах с памятью, где используются бессмысленные слова или числа, подобные отвлечения быстро стирают из памяти все, что чтец пытается запомнить; любое прерывание может легко стереть информационную схему, еще не загруженную в память, — именно поэтому большинству людей приходится постоянно повторять про себя номер телефона, прежде чем набрать его. Однако участники эксперимента с рассказом Кинча и Эрикссона смогли спокойно его дочитать с минимальными затруднениями — это говорит о том, что они перенесли часть текста в более долгосрочную часть памяти и создали извлекающие сигналы, которые помогали им вспомнить, на чем они прервались.
И у миллеровского деления на последовательности, и у теории Кинча и Эрикссона есть важное ограничение: они становятся возможными только после серьезной практики. То есть последовательности необходимо сначала собрать — мы не рождаемся со знанием аббревиатур ФБР и США, а многие из тех, кто живут не в Америке, не подозревают, что такое НХЛ. Не имея в своем распоряжении эффективных последовательностей, начинающий, по сути, вынужден загружать в рабочую память больше предметов, чем эксперт. Точно так же и у людей, умеющих бегло читать, есть механизмы отслеживания текста, недоступные для новичков: у начинающих, например участников экспериментов Свеллера, рабочая память ограничена жестче, чем у тех, кто уже в определенной степени владеет навыком.
ОБУЧЕНИЕ ВНУТРИ «БУТЫЛОЧНОГО ГОРЛЫШКА»
За четыре десятилетия, прошедшие со времен первых экспериментов Свеллера, разнообразные коллективы исследователей изучили различные механизмы влияния рабочей памяти на обучение. Все эти усилия объединились в теорию когнитивной нагрузки, которая утверждает, что оптимизация пространства в рабочей памяти — это главная проблема и для учителей, и для учеников.
Суть теории когнитивной нагрузки заключается в разнице между внутренним и внешним напряжением. Внутренняя нагрузка — это необходимые умственные усилия, которые сопровождают обучение. Чтобы получить пользу от проработанного примера, студент должен освоить его, и на это неизбежно уйдет какая-то часть пропускной способности рабочей памяти. Напротив, внешняя нагрузка — это все умственные усилия, не связанные с обучением непосредственно. Анализ «цели — средства», который требует определенного уровня понимания ориентиров и методов их достижения, — полезная эвристика для решения задач. Но вот для обучения он не так полезен, потому что дополнительная нагрузка на рабочую память оставляет меньше возможностей для обнаружения базовых закономерностей, лежащих в основе решения задач [77].
Не все внешнее напряжение связано с решением задач. Эффект разделенного внимания — это дополнительная нагрузка, налагаемая рабочими материалами, которые требуют от ученика передвижения информации туда-сюда для наилучшего понимания. Рассмотрим две диаграммы ниже. На левой информация расположена отдельно от ассоциированного с ней места рисунка, и чтобы найти нужную анатомическую область, необходимо заглянуть в легенду. Подобное ментальное дробление не является необходимым, а потому превращается в дополнительный источник внешней нагрузки. В то же время на правой диаграмме подписи расположены прямо в соответствующей анатомической области, поэтому, скорее всего, не создадут дополнительной когнитивной нагрузки, ассоциирующейся с эффектом разделенного внимания.
Рис. 6. На левой диаграмме анатомии сердца подписи расположены отдельно от соответствующей области на диаграмме. Из-за этого для ее понимания требуется большая когнитивная работа, а из-за эффекта разделенного внимания усвоить содержащуюся на ней информацию оказывается труднее
Эффект избыточности —