Nieuwe wetenschap van leren biedt vooruitblik op morgen

July 17, 2009

Nieuwe wetenschap van leren biedt vooruitblik op morgen

July 17, 2009

LA JOLLA, CA – Van alle kwaliteiten die mensen van andere soorten onderscheiden, is de manier waarop we leren een van de belangrijkste. In het tijdschriftnummer van 17 juli 2009 Wetenschap, onderzoekers die toonaangevend zijn op het gebied van neurowetenschappen, psychologie, onderwijs en machine learning hebben een nieuwe leerwetenschap gesynthetiseerd die de manier waarop we over leren denken al aan het veranderen is en kansen creëert om het klaslokaal voor de 21e eeuw opnieuw voor te stellen.

"Om te begrijpen hoe kinderen leren en ons onderwijssysteem te verbeteren, moeten we begrijpen wat al deze velden kunnen bijdragen", legt onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute uit Terrence J.Sejnowski, Ph.D., professor en hoofd van het Computational Neurobiology Laboratory aan het Salk Institute for Biological Studies en mededirecteur van het Temporal Dynamics of Learning Center (TDLC) aan de University of California, San Diego, dat wordt gesponsord door de National Stichting Wetenschap. “Onze hersenen zijn geëvolueerd om te leren en zich aan te passen aan nieuwe omgevingen; als we de juiste omgeving voor een kind kunnen creëren, gebeurt er magie.”

De paper is de eerste grote publicatie die voortkomt uit een unieke samenwerking tussen de TDLC en het Learning in Informal and Formal Environments (LIFE) Center van de University of Washington. De TDLC richt zich op de studie van leren - van neuronen tot mensen en robots - en behandelt het element tijd als een cruciaal onderdeel van het leerproces. Dit werk vormt een aanvulling op het psychologisch onderzoek naar de ontwikkeling van kinderen dat de belangrijkste focus is van het LIFE Center. Beide zijn gefinancierd als onderdeel van het NSF's Science of Learning-initiatief.

Een van de belangrijkste inzichten die de auteurs benadrukken, zijn drie principes om de studie van menselijk leren op verschillende gebieden en leeftijden te begeleiden: leren is rekenkundig—machine learning biedt een uniek raamwerk om inzicht te krijgen in de computervaardigheden die baby's en jonge kinderen bezitten, waardoor ze gestructureerde modellen van hun omgeving kunnen afleiden; leren is sociaal— een bevinding die wordt ondersteund door onderzoeken die aantonen dat de mate waarin kinderen omgaan met en leren van een robot afhangt van hoe sociaal en responsief het gedrag is; En leren wordt ondersteund door hersencircuits die perceptie en actie met elkaar verbinden— menselijk leren is gebaseerd op de ongelooflijk complexe hersenmachinerie die perceptie en actie ondersteunt en die voortdurende aanpassing en plasticiteit vereist.

Als de enige soort die zich bezighoudt met georganiseerd leren, zoals scholen en tutoring, Homo sapiens put ook uit drie unieke menselijke sociale vaardigheden die fundamenteel zijn voor hoe we leren en ontwikkelen: imitatie, die het leren versnelt en leermogelijkheden vermenigvuldigt; gedeelde aandacht, wat sociaal leren mogelijk maakt; en empathie en sociale emoties, die essentieel zijn voor het begrijpen van menselijke intelligentie en die zelfs bij prelinguïstische kinderen aanwezig lijken te zijn.

Deze en andere vorderingen in ons begrip van leren dragen nu bij aan de ontwikkeling van machines die zelf in staat zijn om te leren en, nog belangrijker, om les te geven. Deze 'sociale robots', die via dialoog of andere vormen van communicatie met mensen communiceren en zich gedragen op een manier die mensen prettig vinden, worden nu al op experimentele basis gebruikt als surrogaatleraren, om kinderen in de voorschoolse leeftijd te helpen basisvaardigheden onder de knie te krijgen, zoals de namen van de kleuren, nieuwe woordenschat en eenvoudige liedjes zingen (zie afbeelding).

"Sociale interactie is de sleutel tot alles", zegt Sejnowski. "De technologie om het sociale samen te voegen met het instructieve is beschikbaar, maar het is niet toegepast op het klaslokaal om een ​​gepersonaliseerde, geïndividualiseerde omgeving voor elke student te creëren." Hij voorziet een tijd waarin deze sociale robots gepersonaliseerde pedagogiek kunnen bieden die is toegesneden op de behoeften van elk kind en helpen bij het volgen van de beheersing van het curriculum door de student. "Door een zeer geavanceerd computermodel van de geest van een kind te ontwikkelen, kunnen we helpen de prestaties van dat kind te verbeteren."

"Om deze nieuwe wetenschap impact te laten hebben, is het van cruciaal belang dat onderzoekers en ingenieurs zich gedurende langere tijd in onderwijsomgevingen inbedden", zegt co-auteur Javier Movellan, Ph.D., co-PI van TDLC's Social Interaction Network en directeur van de Machine Perception Laboratory aan UC San Diego. “De oude aanpak van wetenschappers die laboratoriumexperimenten doen en leraren vertellen wat ze moeten doen, zal gewoon niet werken. Wetenschappers en ingenieurs kunnen veel leren van docenten en van het dagelijks leven in de klas.” Movellan werkt samen met leraren van het UC San Diego Early Childhood Education Center om sociale robots te ontwikkelen die leraren helpen en nieuwe leermogelijkheden voor kinderen creëren.

Wat sociale interactie zo'n krachtige katalysator voor leren maakt, hoe sleutelelementen in technologie kunnen worden gebruikt om het leren te verbeteren en hoe sociale factoren kunnen worden benut om kinderen beter te leren en hun aangeboren nieuwsgierigheid te stimuleren, blijven centrale vragen in de nieuwe wetenschap van leren.

"Onze hoop is dat het toepassen van deze nieuwe kennis op leren het vermogen van docenten zal vergroten om iedereen een veel rijker en interessanter intellectueel en cultureel leven te bieden", zegt Sejnowski.

Onderzoekers die ook aan dit werk hebben bijgedragen, zijn onder meer Andrew N. Meltzoff, D.Phil., en Patricia K. Kuhl, Ph.D., respectievelijk co-PI en PI, van het Learning in Informal and Formal Environments (LIFE) Center op de Universiteit van Washington

Over de temporele dynamiek van het leercentrum:
Het Temporal Dynamics of Learning Center, dat sinds 2006 in gebruik is als een van de zes Science of Learning-centra in het hele land, wordt gefinancierd door de National Science Foundation.

De missie van TDLC is het ontwikkelen van een nieuwe leerwetenschap die tijd behandelt als een cruciaal onderdeel van het leerproces, op tijdschalen die variëren van milliseconden tot jaren. Er is ook bijzondere aandacht voor het bereik van het klaslokaal naar de laboratoria en de vertaling van de wetenschap terug naar het klaslokaal.

UC San Diego is de leidende universiteit, maar het centrum bestaat uit meer dan 150 onderzoekers en stagiaires die samenwerken vanuit een groot aantal universiteiten. Momenteel lopen er zo'n 90 unieke onderzoeksprojecten, variërend van manieren waarop de hersenen informatie organiseren en gebruiken tot sociale robots in klaslokalen die interactie hebben met kinderen.

Over het Salk Instituut voor Biologische Studies:
Het Salk Institute for Biological Studies is een van 's werelds meest vooraanstaande instellingen voor fundamenteel onderzoek, waar internationaal gerenommeerde faculteiten fundamentele levenswetenschappelijke vragen onderzoeken in een unieke, collaboratieve en creatieve omgeving. Salk-wetenschappers zijn zowel gericht op ontdekking als op het begeleiden van toekomstige generaties onderzoekers en leveren baanbrekende bijdragen aan ons begrip van kanker, veroudering, Alzheimer, diabetes en cardiovasculaire aandoeningen door neurowetenschappen, genetica, cel- en plantenbiologie en aanverwante disciplines te bestuderen.

Faculteitsprestaties zijn erkend met tal van onderscheidingen, waaronder Nobelprijzen en lidmaatschappen van de National Academy of Sciences. Het instituut, opgericht in 1960 door poliovaccinpionier Jonas Salk, MD, is een onafhankelijke non-profitorganisatie en architectonisch monument.