Riisi, kahvi, maito, vessapaperi…
Riisi, kahvi, maito, vessapaperi…
Riisi, kahvi, vessapaperi…
Riisi, kahvi…
Kun pääset kotiin, huomaat että osa ostoslistasta jäi kaupan hyllylle. Mielessä pidettävä tieto katoaa helposti, ellei sitä aktiivisesti ylläpidetä. Työmuistissa tietoa ei kuitenkaan vain säilytetä hetken aikaa, vaan sitä myös käsitellään.
Työmuistia kutsutaan joskus oppimisen pullonkaulaksi. Karkeasti ja mutkat suoraksi vetämällä työmuisti on aktiivinen muistin osa, jossa käsittelemme juuri sillä hetkellä tarvitsemaamme tietoa. Sinne tulee tietoa ympäristöstä aistien kautta, mutta samalla käytämme pitkäkestoiseen muistiin aikaisemmin tallentunutta tietoa. (Paavilainen, 2016.)
Työmuistin toimintaa tutkitaan edelleen, eikä sen toiminnasta ole yhtä ainoaa kaiken selittävää mallia. Mielen saloihin pureutuminen kun ei ole aivan yksinkertainen temppu.
Työmuistista on erilaisia malleja
Yksi tunnetuimmista tavoista kuvata työmuistia on Alan Baddeleyn ja Graham Hitchin kehittämä työmuistimalli, jota Baddeley on myöhemmin täydentänyt.
Mallissa työmuisti ei ole yksi muistilokero. Keskusyksikkö ohjaa työmuistin toimintaa ja tarkkaavaisuutta. Fonologinen silmukka liittyy erityisesti kielellisen ja äänellisen tiedon käsittelyyn ja visuospatiaalinen lehtiö visuaalisen ja tilallisen tiedon käsittelyyn. Myöhemmin malliin lisättiin episodinen puskuri, joka yhdistää tietoa eri lähteistä ja pitkäkestoisesta muistista. (Paavilainen, 2016.)
Baddeleyn työmuistimalli. Työmuisti koostuu mallissa keskusyksiköstä, fonologisesta silmukasta, visuospatiaalisesta lehtiöstä ja episodisesta puskurista. Kuva: AmandaSilver15 File:Baddley’s Model of Working Memory.png – Wikimedia Commons/ Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0. Deed – Attribution-ShareAlike 3.0 Unported – Creative Commons
Baddeleyn malli ei ole ainoa tapa kuvata työmuistia. Esimerkiksi Nelson Cowanin mallissa työmuistia ei nähdä samalla tavalla omana erillisenä järjestelmänään. Siinä huomio kiinnittyy pitkäkestoisessa muistissa olevan tiedon aktivoitumiseen ja siihen, mihin tarkkaavaisuus kulloinkin kohdistuu. (Paavilainen, 2016.)
Malleja on muitakin ja niitä käytetään hieman eri tavoin työmuistin toiminnan tutkimiseen ja selittämiseen. Tämän kirjoituksen kannalta niiden eroihin ei tarvitse mennä tämän syvemmälle. Oleellisempaa on yksi asia, joka vaikuttaa oppimiseen hyvin konkreettisesti.
Kuinka rajallinen työmuisti on?
Työmuistin kapasiteetin yhteydessä törmää usein lukuun 7 ± 2. Se juontaa juurensa George Millerin klassiseen tutkimukseen. Asia ei kuitenkaan ole aivan niin yksinkertainen, että ihmisen työmuistiin mahtuisi aina viidestä yhdeksään asiaa.
Paavilainen (2016) tuo esille, että tämä klassinen luku liittyy muistijänteen mittaamiseen ja varsinainen työmuistin käsittelykapasiteetti on tätä pienempi. Kun aikaisemman tiedon avulla tapahtuvaa informaation yhdistämistä suuremmiksi kokonaisuuksiksi pyritään estämään, kapasiteetiksi on tutkimuksissa saatu noin neljä mieltämisyksikköä.
Sekään ei tarkoita, että voisimme nyt suunnitella kaiken opetuksen neljän asian säännöllä.
Oleellista opetuksen kannalta ei lopulta ole tarkka numero vaan se, että uuden informaation käsittelykapasiteetti on voimakkaasti rajallinen.
Ja tässä kohtaa homma muuttuu oppimisen kannalta kiinnostavaksi.
S, J ja K
Paavilainen käyttää kirjassaan jalkapalloon liittyvää esimerkkiä havainnollistamaan mieltämisyksiköitä. Muutetaan sitä hieman lähemmäksi omaa kotiseutuani.
Ajatellaan kirjaimia:
S, J ja K.
Jos kirjaimet eivät tarkoita sinulle mitään, niiden muistaminen vaatii kolmen erillisen yksikön ylläpitämistä työmuistissa.
Minulle kirjainjoukko SJK tarkoittaa kuitenkin heti jotain. Se voi tarkoittaa Seinäjokea tai paikallista jalkapallojoukkuetta. En siis välttämättä käsittele kolmea toisistaan irrallista kirjainta, vaan yhtä minulle tuttua kokonaisuutta.
Tällaista kokonaisuutta kutsutaan mieltämisyksiköksi.
Aikaisemmin opittu tieto mahdollistaa sen, että useita erillisiä asioita voidaan käsitellä yhtenä suurempana ja merkityksellisenä kokonaisuutena. Työmuistin rajallisuutta voidaan näin tavallaan kiertää aikaisemman tiedon avulla. (Paavilainen, 2016.)
Tämä on oppimisen kannalta erittäin tärkeä asia.
Työmuistin rajallisuus ei siis tarkoita vain sitä, että opetuksessa pitäisi antaa vähemmän tietoa. Aikaisempi tieto muuttaa sitä, kuinka kuormittavaa uuden tiedon käsitteleminen on.
Sama oppimistilanne ei tämän vuoksi ole aloittelijalle ja asiantuntijalle samanlainen.
Ohmin laki on helppo. Vai onko?
Otetaan esimerkiksi sähkötekniikka ja Ohmin laki.
Minulle opettajana Ohmin laki on yksinkertainen asia. Ainakin siltä se tuntuu.
Mutta mitä kaikkea opiskelijan pitää tietää, jotta Ohmin laki olisi hänelle yhtä yksinkertainen?
Ensin pitäisi ymmärtää jännite (U), sähkövirta (I) ja resistanssi (R). Pitäisi tietää niiden yksiköt. Pitäisi ymmärtää, mitä nämä suureet tarkoittavat ja miten ne liittyvät toisiinsa. Sen jälkeen pitäisi vielä pystyä käyttämään tätä tietoa laskemisessa, mittaamisessa ja oikeassa sähköpiirissä.
Opettajalle nämä eivät enää ole joukko irrallisia asioita.
Kun ajattelen Ohmin lakia, minun ei tarvitse erikseen palauttaa mieleeni jokaista siihen liittyvää käsitettä, yksikköä ja niiden välistä yhteyttä. Aikaisemmin opittu tieto on järjestäytynyt suuremmiksi kokonaisuuksiksi.
Aloittelevalle opiskelijalle samat asiat voivat kuitenkin olla uusia ja toisistaan irrallisia. Hän joutuu käsittelemään työmuistissaan asioita, joita minun ei tarvitse enää samalla tavalla käsitellä.
Tässä päästään kognitiiviseen kuormitukseen.
Sama asia voi kuormittaa eri tavalla
Kognitiivisella kuormituksella tarkoitetaan yksinkertaistettuna niitä vaatimuksia, joita tiedon käsitteleminen asettaa rajalliselle työmuistille. Kognitiivisen kuormituksen teoria yhdistääkin työmuistin rajallisuuden ja pitkäkestoiseen muistiin muodostuneen tiedon siihen, miten opetusta ja oppimateriaalia kannattaa suunnitella.
Kuormitus ei itsessään ole huono asia. Jos opiskelija oppii jotain uutta, hänen täytyy tietenkin myös ajatella ja käsitellä uutta tietoa.
Ongelma tulee silloin, kun käsiteltäviä uusia asioita ja niiden välisiä suhteita on opiskelijan senhetkiseen osaamiseen nähden liikaa. Työmuistin rajat tulevat vastaan ja oppiminen vaikeutuu.
Tässä on mielestäni yksi tämän koko asian tärkeimmistä opetukseen liittyvistä havainnoista.
Opettaja ei voi arvioida oppimateriaalin vaikeutta vain sen perusteella, kuinka helpolta materiaalin käsitteleminen hänestä itsestään tuntuu.
Me opetamme yleensä asioita, jotka itse osaamme.
Juuri se tekee niiden vaikeuden arvioimisesta hankalaa.
Aloittelijan päässä ei ole samaa rakennetta
Aikaisempi tieto ei ole pitkäkestoisessa muistissa vain valtavana kasana irrallisia faktoja. Tieto järjestyy ja yhdistyy suuremmiksi tietorakenteiksi. Näistä voidaan puhua skeemoina.
Skeeman käsitettä ei tarvitse tässä kohtaa vielä avata kovin pitkälle. Siihen palaan seuraavassa kirjoituksessa.
Oleellista on ymmärtää, että asiantuntijan aikaisempi tieto muuttaa sitä, miten hän pystyy käsittelemään uutta tilannetta.
Sähkötekniikassa tämän huomaa hyvin esimerkiksi vianhaussa.
Aloittelija voi katsoa sähköpiiriä ja nähdä komponentteja, johtimia, mittaustuloksia ja joukon hänelle opetettuja suureita. Hän joutuu miettimään erikseen, mitä mikäkin tarkoittaa ja mitä hänen pitäisi seuraavaksi tehdä.
Kokenut ammattilainen voi katsoa samaa tilannetta ja nähdä jotain aivan muuta. Hän tunnistaa aikaisemman osaamisensa perusteella tuttuja rakenteita, pystyy sulkemaan vaihtoehtoja pois ja päättelemään, mistä vikaa kannattaa lähteä etsimään.
Kyse ei ole siitä, että ammattilaisella olisi jotenkin valtavasti suurempi työmuisti.
Hänellä on valtavasti enemmän aikaisempaa tietoa, jonka varaan uuden tilanteen käsittely voidaan rakentaa.
Tästä seuraa mielestäni aika tärkeä kysymys meille opettajille ja oppimateriaalien tekijöille.
Kun sanomme jonkin asian olevan helppo, kenelle se oikeastaan on helppo?
Opettajan tehtävänä on yrittää katsoa opetettavaa asiaa myös sellaisen ihmisen näkökulmasta, jolla valmiita tietorakenteita ei vielä ole.
Se ei ole aina helppoa.
Ehkä juuri siksi, että meillä itsellämme ne jo ovat.
Aleksi Tamminen
Lähteitä ja lisälukemista:
Paavilainen, P. (2016). Toimivat aivot: kognitiivisen neurotieteen perusteita. Persona Grata / Suomen Psykologiliitto. Edita.
Salmitaival, J. (2024). Työmuisti. Luentotallenne. Oulun yliopisto / Psykonet.
Illuminated – Oppimisen esteitä / työmuisti.
Työmuistin rajallisuus oppimisen ja opetuksen näkökulmasta sekä yhteys kognitiiviseen kuormitukseen. Illuminated – Oppimisen esteitä