POUČAVANJE POZNAVANJEM BIOLOGIJE UČENJA

Učiteljski fakultet u ZagrebuMetodika nastavnih predmeta u području prirodnih, biotehnoloških i biomedicinskih znanostiProf. dr. sc. Nada Vijtiuk

Maja KroloPedagoško-psihološko obrazovanje

2

POUČAVANJE I UČENJE

• Učenje –aktivnost učenika– rezultat vlastite aktivnosti (kognitivne, psihomotorne i afektivne)

• tuđa iskustva vlastita aktivnost osobno iskustvo • promjena ponašanja (učenik može učiniti ono što dotad nije mogao

učiniti)• Poučavanje – aktivnost učitelja

– Izravna ili neizravna pomoć učenicima u učenju• Suvremeni odgoj- poučavanje nije prenošenje znanja koje učenik usvaja

već prvenstveno stvaranje takvih obrazovno odgojnih situacija u kojima će se učenika dovesti do toga da sam traži podatke i analizira ih na najrazličitije načine

• Krajnji cilj – primjena znanja u novonastaloj situaciji ili u životu(Cindrić i sur., 2010)

3

BIOLOGIJA UČENJA I PAMĆENJA

UČENJE – prikupljanje novih informacijaPAMĆENJE – sposobnost pohrane i vraćanja informacija - specifične informacije pohranjene u mozgu

Listopad 2002 –prvi put objavljena knjiga sveučilišnog profesora (biokemičar po struci) James E. Zull-a - The Art of

Changing the Brain-Enriching the Practice of Teaching by Exploring the Biology of Learning - - novi pogled na učenje i neuroznanost

PRIJE NEUROBIOLOŠKIH ISTRAŽIVANJA MOZGA NAKON NEUROBIOLOŠKIH ISTRAŽIVANJA MOZGA

MOZAK JE FIKSNA BIOLOŠKA STRUKTURA (sve je već postavljeno samo treba popuniti prazna mjesta)

MOZAK JE “PLASTIČNA” STRUKTURA I MOŽE SE MODELIRATI

NE MIJENJA SE POD UTJECAJEM UČENJA (informacije se unose u za to predviđena mjesta u mozgu npr.chip)

FIZIČKI SE MIJENJA POD UTJECAJEM UČENJA

NIJE MOGUĆE UČITI CIJELI ŽIVOT (samo u mladosti se stvaraju novi neuroni)

MOŽE SE MIJENJATI TOKOM CIJELOG ŽIVOTA I POD UTJECAJEM JE ISKUSTVA-cijeloživotno učenje

4

OBLICI PAMĆENJA I LOKALIZACIJA PAMĆENJA U MOZGU

5

MEHANIZMI PAMĆENJA

-slični kod vrlo jednostavnih pa sve do složenih oblika učenja i pamćenja - ostali jako očuvani tijekom evolucije - od mekušca do čovjeka

•Stanični i molekularni mehanizmi pamćenja

•Neuronska ili sinaptička “plastičnost”

-glavna i najznačajnija značajka živčanog sustava

–nevjerovatna sposobnost prilagodbe okolišu i poboljšanja vlastitog djelovanja tijekom vremena i iskustva

-baza za više funkcije mozga kao što su učenje i pamćenje

-omogućava iskustvu da oblikuje živčani sustav i to funkcionalno i strukturno

6

– visoko polarizirane živčane stanice specijalizirane za komunikaciju i obradu informacija - sastavljene od odvojenih funkcijskih odjeljaka:

neuroni

(i) Primateljska domena - dendriti i tijelo stanice

prima informaciju od ostalih neurona na >1,000 sinaptičkih kontakata;

(iii) Vodička domena- akson

specijaliziran za brzi transfer živčanog impulsa

(ii) Integracijska domena, početni segment aksona

(najpobuđeniji dio neurona) integrira sve informacije unutar

vremena i prostora i donosi konačnu odluku hoće li ili neće generirati

akcijski potencijal

(iv) Prijenosna domena,živčani završetak

specijaliziran za pretvaranje - sve ili ništa –živčanog impulsa u visoko

regulirano egzocitozno otpuštanje kemijskog glasnika (neurotransmitera) za kojeg postoje specifični receptori na

postsinaptičkom neuronu

7

“Sinaptička snaga”

• sinapse – specifična područja kontakta između dva neurona - Kod sisavaca većinom kemijske sinapse (neurotransmiteri pohranjeni u

sinaptičkim vezikulama unutar presinaptičkog završetka otpuštaju se procesom regulirane egzocitoze),

• “sinaptička snaga” – učinkovitost prijenosa informacija kroz sinapse– ovisi o složenosti procesa prijenosa signala uključujući električno –

kemijski prijenos na pred-sinaptičkom nivou iza kojeg slijedi kemijsko-električni prijenos na post-sinaptičkom nivou

• Pod utjecajem procesa učenja stvaraju se veze među neuronima – Sinapse (“signalizirajuće veze”) pretvaraju izolirane neurone u mreže

neurona koji su fizički ekvivalent ZNANJA – promjene u vezama koje dovode do stvaranja neuronskih mreža čine fizički ekvivalent UČENJA

8

• neuroni se generiraju u velikom opsegu i samo neki od njih , odabrani na bazi veličine i aktivnosti podraženih teritorija –preživljavaju- ostali – programirana stanična smrt

• odabrani neuroni tada pokreću procese povezivanja sa ciljnim neurononima koji su prepoznati na bazi mozaika signala izlučenih iz neurona ili izloženih na membranama neuronskih stanica čija je ekspresija genetički određena

• stoga je prvotni sklop neuronskih mreža (pri začetku razvoja mozga djeteta) stvoren pod utjecajem genetičkih faktora, GENETIČKI ODREĐEN RAZVOJ

• Nakon ovog prvog genetički kontroliranog razvojnog perioda – neuronske se mreže kontiunuirano mogu mijenjati i oblikovati pod utjecajem iskustva – EPIGENETIČKI RAZVOJ

– Sinaptičke veze koje se slabo koriste postaju sve slabije i s vremenom odumiru i nestaju dok sinapse koje se često postaju sve jače i jače a s vremenom i brojnije

9

MOLEKULARNI MEHANIZMI IMPLICITNOG I EKSPLICITNOG PAMĆENJA

vještine NE-DEKLARATIVNO ILI IMPLICITNO PAMĆENJE budući se podsjeća nesvjesno

– elementarni oblici ponašanja imlicitnog učenja prisutni kod primitivnih životinja-ostali očuvani kroz evoluciju i kod viših organizama (sisavaca)

1. Refleksivno učenje • Aktivacija “sensitization”• Navikavanje “habituation”

2. Klasično uvjetovanje

• Model sustav za proučavanje mehanizama “učenja” Mekušac (morski puž) Aplysia californica:

• Vrlo jednostavan živčani sustav (15000-20000 neurona)• -gangliji imaju velike neurone• -neuroni se mogu lako izdvajati i identificirati

ZnanjeDEKLARATIVNO ILI EKSPLICITNO PAMĆENJE budući se podsjeća namjernim i svjesnim naporom, tiče se činjeničnoga znanja osoba, stvari, pojmova i prostora

• Uključuje svjesno prisjećanje i integraciju višestrukih osjetilnih podražaja

- hipocampus - dio mozga odgovoran za eksplicitnu memoriju (svjesno učenje)

• -zahtijeva komleksniji živčani sustav – sisavaca• LTP (long term potentation)-najpoznatiji i najproučavaniji oblik

sinaptičke plastičnosti hipokampusa-model “pohrane pamćenja”– Može se inducirati životinjskim iskustvom– Molekularni mehanizam eksplicitne memorije

• Studije – temelje se na mogućnosti manipuliranja mišjim genomom

10

KRATKOROČNO I DUGOROČNO PAMĆENJE

Jačanje pamćenja (memory consolidation), zaboravljanje i prisjećanje (vraćanje informacija)

.

- Kinetika faze učenja, jačanja pamćenja i prizivanja pamćenja-prisjećanja različite kod različitih oblika pamćenja:

IMPLICITNO PAMĆENJEkao što je

učenje vožnje biciklom

• puno vremena na početku • puno pokušaja dok se ne stekne vještina

EKSPLICITNO PAMĆENJE

kao što je učenje stranice iz povijesti ili

telefonskog broja

•brže je•zahtijeva manji napor

relativno brzo nestaje u odsutnosti prisjećanja i obnavljanja sjećanja –npr. ponavljanja gradiva

robustnije i može trajati cijeli život čak i u odsutnosti prakse

11

MOLEKULARNI MEHANIZMI KRATKOROČNOG I DUGOROČNOG PAMĆENJA

Short-termLong-term

CRE CRENucleus

Cytoplasm

Nitric oxide synthase

CalcineurinTyrosine kinase Protein kinase C CaMKII

Protein kinase A Regulators Effectors

Adenyl cyclase

AMPA NMDA

Ca2+

Ca2+ Calmodulin

Modulatory inputs

CREB

MAP kinase P

CaMKII

12

ZAKLJUČAK S NEUROBIOLOŠKOG STAJALIŠTA

Eksperimentalni dokazi (direktni i indirektni):

(i) svi oblici pamćenja- od najednostavnijih do najkompleksnijih, kodirani su plastičnom promjenom u sinaptičkim vezama te dijele zajednički molekularni obrazac(ii) bez obzira na razlike između implicitih i eksplicitnih sustava pamćenja te različitih djelova mozga zaduženih za njih–stanični i molekularni mehanizmi su vrlo slični i čini se da koriste elemente zajedničkog genetskog programa

PAMĆENJE nije samo sposobnost zadržavanja informacija već esencija naše biti- baza individualnosti i naše svijesti – ---ne postoje dva identična mozga niti načina na koji funkcioniraju (ideal-individualna nastava)!-o nama najviše ovisi razvoj našeg mozga (možemo “prevariti” utjecaj genetike ako nije prejak)-glavni posao mozga- učenje (radi sposobnosti prilagodbe svijetu oko sebe i evolucije vrste)

The Nobel laureate Francois Jacob wrote:“The past century was focused on nucleic acids and proteins”The next century will focus on the mechanisms ofmemory and desire.Will we be able to answer to the questionsthat will be addressed?”

13

PROMJENA NAČINA POUČAVANJA POD UTJECAJEM NEUROZNANSTVENIH OTKRIĆA• 9 načina na koje je neuroznanost promijenila učionice

1.KOGNITIVNO TUTORSTVO-programi koji omogućavaju učenicima da uče radeći, -baziraju se na kognitivnoj psihologiji

2. SREDNJE ŠKOLE-POČETAK NASTAVE KASNIJEtinejđeri-uočena veća potreba za snom – posljedica bolja koncentracija i manje kašnjenja

3. PONUDA VEĆE RAZNOLIKOSTI-učitelji predstavljaju informacije na nove načine ili traže od učenika da da rješavaju problem različitim tehnikama

4. INDIVIDUALIZIRANA NAOBRAZBA-osobna iskustva određuju gdje se informacije pohranjuju u mozgu- izlagati učenike raznim iskustvima

5. RAZUMIJEVANJE KONCEPTA ZNANJA:”ILI GA KORISTIŠ ILI GA IZGUBIŠ”- Činjenica da se zaboravlja gradivo iz srednje škole eksperimentalno potvrđena- obnavljanje znanja čitanjem održava veću raznolikost neuronskih veza- -tendencija smanjivanja razdoblja bez učenja-ljetnih školskih praznika

6.BOLJA IDENTIFIKACIJA I INTERVENCIJA KOD PROBLEMA S UČENJEM-razvoj novih dijagnostičkih testova i markera za npr. ADHD i disleksiju-razvoj novih alata za pomoć učenicima

7.UČINITI UČENJE ZABAVNIM-ugodna isustva uzrokuju otpuštanje dopamina u tijelu što doprinosi motivaciji za učenje-npr. učenje matmatike kroz računalnu igricu sa osvajanjem bodova

8. UČINITI UČENJE DRUŠTVENIMLjudi su visoko društvena bića pa rad u pozitivnim grupama dobro utječe na sposobnost učenja

9.FOKUSIRATI SE NA NEUROEDUKACIJU-tendencija edukacije-odmaknuti se od podučavanja temeljenog na pamćenju činjenica traženje od učenika da rješavaju probleme, razmišljaju kritički i istražuju

svoju kretativnost-time ne samo da grade znanje već grade vlastite načine razmišljanja promjenom mozga te otvaraju puteve za nova edukacijska znanja

14

UČENJE ISKUSTVOM -EXPERIENTAL LEARNING

• Iskustveno učenje - proces učenja kroz iskustvo, - “učenje kroz refleksiju činjenja".

- razlikuje se od uobičajenog didaktičkog učenja u kojem učenik igra komparativno pasivnu ulogu

• Koncept učenja kroz iskustvo- odavno poznat (Aristotel 350 g pr.Kr.)• Artikulacija edukacijskog pristupa iskustvenog učenja – relativno mlada teorija

– S početkom 1970s, David A. Kolb pomogao u razvoju moderne teorije iskustvenog učenja, u suradnji s John Dewey, Kurt Lewin, i Jean Piaget-om

15

CIKLUS UČENJAKolb-ov iskustveni model učenja*

• proces učenja usmjeren na individualno učenje * važan model jer angažira čitav mozak i doprinosi boljem dugotrajnijem pamćenju naučenog

Učenje vožnje biciklom

"concrete experience“ stadij

•Učenik fizički iskušava bicikl neposrednim načinom “ovdje-i-sad"

active experimentation

•Učenik ima priliku da razmotri što radi dobro a što ne

abstract conceptualization

•Razmišlja o načinima kako da se poboljša pri slijedećem pokušaju vožnje biciklom

reflective observation

•Svaki novi pokušaj vožnje je potpomognut informacijama kružnog uzorka prijašnjeg iskustva, misli i refleksije

16

FUNKCIJE KORTEKSA I STADIJ UČENJA

Kolbov krug učenja

Angažiran dio mozga

Povezana funkcija

1. Konkretno iskustvo

Senzorički korteks- dobivanje senzoričkih informacija

2. Refleksija iskustva

Integrativni korteks (blizu senzoričkog)

davanje značenja informacijama

3. Abstraktna konceptualizacija iskustva

Frontalni Integrativni korteks

Stvaranje novih ideja iz tih značenja-izrada plana akcije

4. Aktivna eksperimentalizacija

Motorni korteks Poduzimanje akcija na temelju tih ideja-provedba plana akcije

17

ISKUSTVENO UČENJE VS. DIDAKTIČKO UČENJE

Didaktičko podučavanje

-Učitelj daje upute učenicima koji su većinom pasivni slušači. –metoda podučavanja usmjerena na učitelja i orijentirana na sadržaj učenja-sadržaj učenja ili učiteljevo znanje se ne preispituje -proces podučavanja uključuje učitelja koji daje upute, naredbe, predaje sadržaj i nabavlja potrebne informacije-učenikova aktivnost uključuje slušanje i pamćenje sadržaja-u modernim edukacijskim sustavima- metoda predavanja najčešće korištena metoda=oblik didaktičkog podučavanja.

-učenicima pruža zahtijevano teorijsko znanje-učinkovita metoda podučavanja učenika koji nisu u mogućnosti organizirati svoj rad i ovisni su o učiteljevim uputama-koristi se uspješno za podučavanje osnovnih vještina kao što su čitanje i pisanje-koristi se kada je učitelj ili predavač izvor znanja i to znanje se prenosi učenicima didaktičkom metodom

-ne zadovoljava potrebe i interese svih učenika u svim vrstama škola- Učenicima je dosadno slušati predavanja- Između učitelja i učenika postoji minimum interakcije. –-metoda neće zadovoljiti vrstu podučavanja koje zahtijeva i motiviranje učenika da razviju interes za subjekt učenja - to je monologni proces i iskustva učenika nemaju nikakvu

značajnu ulogu u učenju

Iskustveno podučavanje

-ljudi uče samostalno-bez davanja uputa-na nestrukturiran način-uče o temama koje ih zanimaju

Samostalnostsamokontrola Individualni rad prilagođen učenikovim potrebama

-učenik mora biti voljan da aktivno sudjeluje u iskustvu -učenik mora biti sposoban reflektirati iskustvo -učenik mora posjedovati i koristiti analitičke vještine radi konceptualizacije iskustva; -učenik mora posjedovati sposobnosti donošenja odluka i riješavanja problema kako bi iskoristio nove ideje dobivene iskustvom

Odlazak u zoološki vrtČitanje o životinjama iz knjige

18

Primjena iskustvenog učenja•Poticanje iskustvenog učenja i refleksije je izazovno ali:•“vješti edukator, postavljanjem pravih pitanja i vođenjem reflektivnog razgovora prije, za vrijeme, i nakon iskustva, može pomoći otvoriti vrata za moć novog načina razmišljanja i učenja”-umjetnost mjenjanja mozga! •"5 Questions" model : Jacobson i Ruddy, stvorili jednostavni i praktični model ispitivanja za edukatore u korištenje u promociji kritičke refleksije u iskustvenom učenju :

Jeste li primjetili...?Zašto se to dogodilo?Da li se to događa u životu?Zašto se to događa?Kako to možeš iskoristiti?

Iako za mehanizam iskustvenog učenja (učenikova refleksija iskustva korištenjem vlastitih analitičkih vještina) nije potreban posrednik to jest “učitelj” ili edukator ipak, pri razmatranju o uklapanju iskustvenog učenja u npr. sadržaj nastavnog programa –prisutnost edukatora pruža priliku za razvoj okvira za prilagodbu raznih tehnika podučavanja/učenja u učionici

19

Primjeri iskustvenog učenja u školama

• Think Global School je 4-godišnja putujuća srednja škola koja održava nastavu u svakoj zemlji u drugom terminu. Učenike se angažira u iskustvenom učenju kroz aktivnosti kao što su radionice, kulturne razmjene, muzejske ture i prirodne ekspedicije.

• Dawson School u Boulder, Colorado posvećuje dva tjedna svake školske godine iskustvenom učenju, kada učenici posjećuju susjedne države kako bi se uključili u rad zajednice, posjećuju muzeje i znanstvene institucije i bave se aktivnostima kao što su brdsko bicikliranje, planinarenje i kanuing.

• ELENA-Project www.elena-project.eu, projekt - „životinje uživo“-razvijat će se iskustveno učenje sa živim životinjama– zajedno sa projektnim partnerima iz Rumunjske, Mađarske i Gruzije Bavarian

Academy of Nature Conservation and Landscape iz Njemačke donosi žive životinje na nastavu u europske škole

– Cilj- približiti djeci koncept biološke raznolikost i podržati ih u razvoju ekološki orijentiranih vrjednosti

20

Cijeloživotno učenje? https://www.ted.com/talks/sandrine_thuret_you_can_grow_new_brain_cells_here_s_how?language=hr

21

Literatura

• Cindrić, M. i sur. (2010). Didaktika i kurikulum. Zagreb: IE• http://www.ascd.org/ASCD/pdf/journals/ed_lead/el200409_zull.pdf

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1074742715000696 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1074742713001111http://neuroscience.uth.tmc.edu/s4/chapter07.htmlhttp://www.caam.rice.edu/~yad1/miscellaneous/References/Neuroscience/Papers/Synapses/Plasticity/benfenati%20Synaptic%20plasticity%20and%20the%20neurobiology%20of%20learning%20and%20memory.pdfhttps://www.youtube.com/watch?v=xVd6sJVGJLkhttp://www.apa.org/education/k12/brain-function.aspxhttp://sharpbrains.com/blog/2008/02/26/brain-plasticity-how-learning-chan

• https://en.wikipedia.org/wiki/Experiential_learning• Https://en.wikipedia.org/wiki/Didactic_method• http://www.teachthought.com/uncategorized/9-ways-neuroscience-has-changed-the-

classroom/• Filmić:

https://www.ted.com/talks/sandrine_thuret_you_can_grow_new_brain_cells_here_s_how?language=hr

22

ZAHVALJUJEM NA PAŽNJI!

Pitanja?