Cogmaster 2011_Ep0bis

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  • 1. EP0. Learning Sciences  Elena Pasquinelli Educa4on, cogni4on, cerveau  Cogmaster 2010‐2011 
  • 2. •  A new field of research: the science of  learning •  Un4l quite recently, cogni4ve science steered  clear of educa4on, while the sciences of  educa4on tended to ignore cogni4ve science. •   Things have changed over the last few years,  and there is now quite a lot of interac4on  between the two fields.  
  • 3. How does neuroscience, and more broadly cogni4ve science, interact with educa4on? What are the themes and the models at work?  What are the major models of learning? Behaviorism, gene4c epistemology, cogni4vism, construc4vism, situated approaches in cogni4ve science, conceptual change theory, will be presented and compared.   What can philosophy of science teach us about the nature of the applied science at work? What counts as scien4fic evidence in this context? How do we measure the effects of a given factor? How can one account for extra‐cogni4ve (social, poli4cal, historical, ideological) factors affec4ng learning and educa4on? What are some concrete examples of prac4cal applica4ons of experimental and neuro‐imaging methods in such areas as numerical cogni4on and reading skills? 
  • 4. LEARNING SCIENCES 
  • 5. Learning sciences (large view) •  “Learning sciences is an interdisciplinary field that studies teaching and learning.  •  … in a variety of se=ngs, including not only the more formal learning of school  classrooms but also the informal learning that takes place at home, on the job,  and among peers.  •  The goal of the learning sciences is to beUer understand the cogni?ve and social  processes that result in the most effec?ve learning,  •  and to use this knowledge to redesign classrooms and other learning  environments so that people learn more deeply and more effec?vely.  •  The sciences of learning include cogni&ve science, educa&onal psychology,  computer science, anthropology, sociology, informa&on sciences, neurosciences,  educa&on, design studies, instruc&onal design, and other fields.” (Sawyer, 2009,  p. xi) 
  • 6. Learning sciences (large view) •  “Learning sciences is an interdisciplinary field  that studies teaching and learning.  
  • 7. Learning sciences (large view) •  … in a variety of se=ngs, including not only  the more formal learning of school  classrooms but also the informal learning that  takes place at home, on the job, and among  peers.  
  • 8. Learning sciences (large view) •  The goal of the learning sciences is to beUer  understand the cogni?ve and social processes  that result in the most effec?ve learning,  •  and to use this knowledge to redesign  classrooms and other learning environments so  that people learn more deeply and more  effec?vely.  
  • 9. Learning sciences (large view) •  The sciences of learning include cogni&ve  science, educa&onal psychology, computer  science, anthropology, sociology,  informa&on sciences, neurosciences,  educa&on, design studies, instruc&onal  design, and other fields.” (Sawyer, 2009, p.  xi) 
  • 10. Learning sciences  Research fields  Applica4on  Objec4ves  fields BeUer understanding of   Cogni4ve and social  Formal, informal, non learning processes  processes  formal learning  Cogni4ve sciences,  psychology, Design environments for  anthropology, sociology, beUer learning  ar4ficial intelligence,  neurosciences,  educa4onal sciences  (economy, philosophy, Promote beUer learning  history, design) 
  • 11. Objec4ves •  Objec?ves:   Neutral vision:  design  –  Understanding learning  environments for  learning beUer  –  Building the condi4ons for  beUer learning   –  Promo4ng beUer forms of  learning (adapted to XXI  Engaged vision:  foster beUer  century needs)  learning 
  • 12. Methods  In general:  Objec4vity vs •  Experimental:  intui4on &  randomized, controlled  tradi4on  trials •  Quasi‐experimental:  –  correla4onal studies  –  Longitudinal studies  More specifically: •  Qualita4ve observa4ons  experimental  methods 
  • 13. Reason 1. Learning is a pervasive  human ac4vity   • Learning is a human basic,  adap4ve, pervasive  func4on.  • People learn all their life  long, everywhere, in  informal secngs.  • But formal secngs have  been created too. 
  • 14. Reason 2. Societal transforma4ons  • From industrial society to  knowledge society:  • the goal of educa4on has  changed  • from instruc4onism  (rote learning, passive  transmission  to deep,  ac4ve learning)  • from good taylorist  learners to crea4ve,  collabora4ve, innovators  
  • 15. Reason 3. Accumula4on of knowledge  New sciences, new knowledge,  which is meaningful for learning  and educa4on  3.a Disciplinary knowledge  3.b Interdisciplinary knowledge  3.c Transdisciplinary knowledge  (new applica4ve discipline of  educa4on with strong scien4fic  background on learning) 
  • 16. A BIT OF HISTORY 1. DISSATISFACTION WITH BEHAVIORISM 2A. COGNITIVE THEORIES OF LEARNING 2B. COGNITIVE REVOLUTION 3. BIOLOGICAL REVOLUTION 
  • 17. 1. Dissa4sfac4on with behaviorism •  Behaviorist psychology  emerges as a reac4on to  introspec4on: •  “Psychology as the  behaviorist views it is a  purely objec5ve  experimental branch of  natural science.” •  Learning a new behavior is  the consequence of  adjus4ng to s4muli in the  environment •  Psychology can become  useful to educa4on, law, …  (Watson, 1913)  
  • 18. Radical Behaviorism (B. F. Skinner) •  Opera4onal  condi4oning =  reinforcing the  individual’s  responses  (Skinner, 1938) 
  • 19. Behaviorism and educa4on: note the  analogies with the new science of  learning (and the disanalogies)  •  It becomes the  orthodoxy in educa4on •  What’s wrong with  that?  .  
  • 20.  What’s missing in the descrip4on of  the learning process made by  behaviorists?   •  Hardwired &  sohwired  constraints  –  Previous  knowledge  –  Func4onal  architecture 
  • 21. 2a. Cogni4ve theory of learning •  Construc4vism:   –  Jean Piaget  •  Knowledge structures of children are  qualita4vely different from adults’   •  Developmental stages towards logic  thought  •  Adapta4on to the world:  disequilibra4on and re‐equilibra4on via  assimila4on/accomoda4on processes  –  Vygotsky: social construc4on of  knowledge  –  Jérôme Bruner  •  Adapta4on of Piaget’s epistemology   and of Vygotsky social construc4vism to  educa4on, but without stages   –  Seymour Papert  •  Construc4onism: learning by  construc4on  
  • 22. 2b. Cogni4ve revolu4on 1956: MIT symposium – Birth of cogni4ve science and of its objects: •  Problem solving •  Exper4se • Memory • Language • Reasoning 
  • 23. 3. The biological revolu4on 1990: Decade of the brain  • neuroscience • cogni4ve neuroscience • neurobiology • neurogene4cs –  BeUer comprehension of learning mechanisms,  –  Neural representa4ons of learning (localiza4on, 4ming) –  BeUer comprehension of individual differences 
  • 24. Neuroeduca4on, Educa4onal  neuroscience, Mind, brain, and  educa4on •  “… a mature science of learning will involve  understanding not only that learning occurs but also  understanding how and why it occurs” (Bransford, et  al., in Sawyer, 2009, p. 20) 
  • 25. Founda4ons for the new science of  learning •  “The new science of learning has arisen from several  disciplines. Researchers in developmental psychology  have iden?fied social factors that are essen?al for  learning. Powerful learning algorithms from machine  learning have demonstrated that con?ngencies in the  environment are a rich source of informa?on about  social cues. Neuroscien?sts have found brain systems  involved in social interac?ons and mechanisms for  synap?c plas?city that contribute to learning.  Classrooms are laboratories for teaching  prac?ces.” (Meltzoff, et al., 2009, p. 284) 
  • 26. •  “Research from cogni?ve psychology has increased understanding of  the nature of competent performance and the principles of  knowledge organiza4on that underlie peoples abili4es to solve  problems in a wide variety of areas, including mathema4cs, science,  literature, social studies, and history. •  Developmental researchers have shown that young children  understand a great deal about basic principles of biology and physical  causality, about number, narra4ve, and personal intent, and that  these capabili4es make it possible to create innova4ve curricula that  introduce important concepts for advanced reasoning at early ages. 
  • 27. •  Research on learning and transfer has uncovered important  principles for structuring learning experiences that enable people to  use what they have learned in new secngs. •  Work in social psychology, cogni?ve psychology, and anthropology is  making clear that all learning takes place in secngs that have  par4cular sets of cultural and social norms and expecta4ons and that  these secngs influence learning and transfer in powerful ways. 
  • 28. •  Neuroscience is beginning to provide evidence for many principles of  learning that have emerged from laboratory research, and it is  showing how learning changes the physical structure of the brain  and, with it, the func4onal organiza4on of the brain. •  Collabora?ve studies of the design and evalua?on of learning  environments, among cogni4ve and developmental psychologists  and educators, are yielding new knowledge about the nature of  learning and teaching as it takes place in a variety of secngs. In  addi4on, researchers are discovering ways to learn from the wisdom  of prac4ce" that comes from successful teachers who can share their  exper4se. 
  • 29. •  Emerging technologies are leading to the development of many new  opportuni4es to guide and enhance learning that were unimagined  even a few years ago. •  All of these developments in the study of learning have led to an era  of new relevance of science to prac4ce. In short, investment in basic  research is paying off in prac4cal applica4ons. These developments in  understanding of how humans learn have par4cular significance in  light of changes in what is expected of the na4ons educa4onal  systems.” (Bransford, et al., 2000, p. 4) 
  • 30. Structuring the field  1991: 1st 1970‐1980:  1987:  2000: Bransford  2002:  2003‐2006: NSF:  Interna4onal  2007  2010 AI and  Ins4tute for  et al (NRC): How  Interna4on 6 Learning  conference  IMBES  EARLI educa4on  the Learning  people learn  al Society  Centers  on Learning  SIG 22 conferences  Sciences  for the  sciences/ (ILS, R.  learning  Journal of  1999  2003  Shank);  sciences  the learning  OECD‐CERI  Mind,  Ins4tute for  sciences  Brain  Brain  Research on  Learning (J.  program 1  Educa4 S. Brown, J.  1991  2002  on  Greeno, D.  Decade of  OECD‐ (Rome)  Kearns)  the brain  CERI  Brain  2005  program  (Erice)  2 
  • 31. An example 
  • 32. RECIPES FOR OUR COURSE 
  • 33. Learning beUer •  Focusing on learning in addi?on to  teaching : « When children ac4vely  par4cipate in construc4ng their own  knowledge, they gain a deeper  understanding, more generalizable » 
  • 34. Learning beUer •  Crea?ng learning environments:  « Scaffolding is the help given to the  learner that is tailored to that learner’s  needs in achieving his or her goals at the  moment … effec4ve scaffolding provides  prompts and hints that help learners to  figure it out on their own. » 
  • 35. Learning beUer •  The importance of building on a learner’s  previous knowledge :  «  learning always  takes places against a backdrop of exis4ng  knowledge. Students don’t enter the  classroom as empty vessels, wai4ng to be  filled; they enter the classroom with half‐ formed ideas and misconcep4ons about  how the world works … » (Sawyer, 2009,  p. 2‐3) 
  • 36. Learning beUer •  The importance of reflec?on. “Students learn beUer when  they express their developing knowledge – either through  conversa4on or by crea4ng papers, reports, and other  ar4facts – and then are provided with opportuni4es to  reflec4vely analyze their state of knowledge.” •  “One of the reasons that ar4cula4on is so helpful to  learning is that it makes possible reflec4on or  metacogni4on – thinking about the process of learning and  thinking about knowledge.”  (Sawyer, 2009, p. 12) 
  • 37.  Learning beUer •  «  Computers can represent abstract  knowledge in concrete forms •  … Allow learners to ar4culate their  developing knowledge in a visual and  verbal way •  … allow learners to manipulate and  revise their developing knowledge •  … Internet‐based networks of  learners can share and combine their  developing understandings  …» (Sawyer, 2009, p. 9) 
  • 38. QUESTIONS 
  • 39. •  WHY should we have a science of learning? •  WHAT’s the role of research for educa4on? •  WHAT have cogni4ve sciences and  neuroscience to do with educa4on (and the  other way around)?  •  HOW can research have an impact upon  educa4on (or else)?