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Carga cognitiva

En psicología cognitiva , la carga cognitiva se refiere a la cantidad de recursos de la memoria de trabajo utilizados. Sin embargo, es esencial distinguirlo del constructo real de Carga Cognitiva (CL) o Carga de Trabajo Mental (MWL), que se estudia ampliamente en muchas disciplinas. Según trabajos realizados en el campo del diseño instruccional y la pedagogía , a grandes rasgos, existen tres tipos de carga cognitiva: la carga cognitiva intrínseca es el esfuerzo asociado a un tema específico; la carga cognitiva extraña se refiere a la forma en que se presentan la información o las tareas al alumno; y la carga cognitiva pertinente se refiere al trabajo realizado para crear un depósito permanente de conocimiento (un esquema ). Sin embargo, a lo largo de los años, se ha investigado y cuestionado la aditividad de este tipo de carga cognitiva. Ahora se cree que se influyen mutuamente de forma circular. [1]

La teoría de la carga cognitiva se desarrolló a finales de la década de 1980 a partir de un estudio sobre resolución de problemas realizado por John Sweller . [2] Sweller argumentó que el diseño instruccional se puede utilizar para reducir la carga cognitiva en los estudiantes. Mucho más tarde, otros investigadores desarrollaron una forma de medir el esfuerzo mental percibido, que es indicativo de la carga cognitiva. [3] [4] La respuesta pupilar invocada por la tarea es una medida confiable y sensible de la carga cognitiva que está directamente relacionada con la memoria de trabajo . [5] La información sólo puede almacenarse en la memoria a largo plazo después de haber sido atendida y procesada por la memoria de trabajo. [ cita necesaria ] Sin embargo, la memoria de trabajo es extremadamente limitada tanto en capacidad como en duración. [6] Estas limitaciones, bajo algunas condiciones, impedirán el aprendizaje. [ cita necesaria ] Una carga cognitiva pesada puede tener efectos negativos en la finalización de la tarea, y es importante tener en cuenta que la experiencia de la carga cognitiva no es la misma en todos. [ cita necesaria ] Los ancianos, los estudiantes y los niños experimentan cantidades de carga cognitiva diferentes y, con mayor frecuencia, mayores. [ cita necesaria ]

El principio fundamental de la teoría de la carga cognitiva es que la calidad del diseño instruccional mejorará si se presta mayor atención al papel y las limitaciones de la memoria de trabajo. Con mayores distracciones, particularmente por el uso de teléfonos celulares, los estudiantes son más propensos a experimentar una alta carga cognitiva que puede reducir el éxito académico. [7]

Teoría

A finales de la década de 1980, John Sweller desarrolló la teoría de la carga cognitiva a partir de un estudio sobre la resolución de problemas , [2] con el fin de "proporcionar directrices destinadas a ayudar en la presentación de información de una manera que fomente actividades del alumno que optimicen el rendimiento intelectual". [8] La teoría de Sweller emplea aspectos de la teoría del procesamiento de la información para enfatizar las limitaciones inherentes de la carga concurrente de la memoria de trabajo en el aprendizaje durante la instrucción. [ cita requerida ] Hace uso del esquema como unidad principal de análisis para el diseño de materiales instructivos . [ cita necesaria ]

Historia

La historia de la teoría de la carga cognitiva se remonta a los inicios de la ciencia cognitiva en la década de 1950 y al trabajo de GA Miller . En su artículo clásico, [9] Miller fue quizás el primero en sugerir que nuestra capacidad de memoria de trabajo tiene límites inherentes. Sus resultados experimentales sugirieron que los humanos generalmente son capaces de retener sólo siete más o menos dos unidades de información en la memoria a corto plazo. [ cita necesaria ]

En 1973, Simon y Chase fueron los primeros en utilizar el término "fragmento" para describir cómo las personas podrían organizar la información en la memoria a corto plazo . [10] Esta fragmentación de los componentes de la memoria también se ha descrito como construcción de esquemas . [ cita necesaria ]

A finales de la década de 1980, John Sweller desarrolló la teoría de la carga cognitiva (CLT) mientras estudiaba la resolución de problemas. [2] Al estudiar a los alumnos mientras resolvían problemas, él y sus asociados descubrieron que los alumnos a menudo utilizan una estrategia de resolución de problemas llamada análisis de medios-fines . Sugiere que la resolución de problemas mediante el análisis de medios y fines requiere una cantidad relativamente grande de capacidad de procesamiento cognitivo, que puede no dedicarse a la construcción de esquemas. Sweller sugirió que los diseñadores instruccionales deberían evitar esta carga cognitiva innecesaria diseñando materiales instruccionales que no impliquen la resolución de problemas. Ejemplos de materiales educativos alternativos incluyen lo que se conoce como ejemplos resueltos y problemas sin objetivos. [ cita necesaria ]

En la década de 1990, la teoría de la carga cognitiva se aplicó en varios contextos. Los resultados empíricos de estos estudios llevaron a la demostración de varios efectos del aprendizaje: el efecto de finalización del problema; [11] efecto de modalidad ; [12] [13] efecto de atención dividida ; [14] efecto de ejemplo resuelto ; [15] [16] y efecto de reversión de la experiencia . [17]

Tipos

La teoría de la carga cognitiva proporciona un marco general y tiene amplias implicaciones para el diseño instruccional , al permitir a los diseñadores instruccionales controlar las condiciones de aprendizaje dentro de un entorno o, más generalmente, dentro de la mayoría de los materiales instruccionales. Específicamente, proporciona pautas con base empírica que ayudan a los diseñadores instruccionales a disminuir la carga cognitiva extraña durante el aprendizaje y así reorientar la atención del alumno hacia materiales pertinentes, aumentando así la carga cognitiva pertinente (relacionada con el esquema). Esta teoría diferencia entre tres tipos de carga cognitiva: carga cognitiva intrínseca, carga cognitiva pertinente y carga cognitiva extraña. [8]

Intrínseco

La carga cognitiva intrínseca es el nivel inherente de dificultad asociado con un tema de instrucción específico. El término fue utilizado por primera vez a principios de la década de 1990 por Chandler y Sweller. [18] Según ellos, todas las instrucciones tienen una dificultad inherente asociada (por ejemplo, el cálculo de 2 + 2, frente a la resolución de una ecuación diferencial ). Esta dificultad inherente no puede ser alterada por un instructor. Sin embargo, muchos esquemas pueden dividirse en "subesquemas" individuales y enseñarse de forma aislada, para luego reunirlos nuevamente y describirlos como un todo combinado. [19]

Extraño

La carga cognitiva extraña se genera por la manera en que se presenta la información a los alumnos y está bajo el control de los diseñadores instruccionales. [18] Esta carga puede atribuirse al diseño de los materiales didácticos. Debido a que existe un único recurso cognitivo limitado que utiliza recursos para procesar la carga extraña, se reduce la cantidad de recursos disponibles para procesar la carga intrínseca y la carga pertinente (es decir, el aprendizaje). Por lo tanto, especialmente cuando la carga intrínseca y/o relacionada es alta (es decir, cuando un problema es difícil), los materiales deben diseñarse de manera que reduzcan la carga extraña. [20]

Un ejemplo de carga cognitiva extraña ocurre cuando hay dos formas posibles de describir un cuadrado a un estudiante. [21] Un cuadrado es una figura y debe describirse utilizando un medio figurativo. Ciertamente, un instructor puede describir un cuadrado en un medio verbal, pero se necesita sólo un segundo y mucho menos esfuerzo para ver de qué está hablando el instructor cuando a un alumno se le muestra un cuadrado, en lugar de que se le describa uno verbalmente. En este caso, se prefiere la eficiencia del medio visual. Esto se debe a que no carga indebidamente al alumno con información innecesaria. Esta carga cognitiva innecesaria se describe como extraña. [ cita necesaria ]

Chandler y Sweller introdujeron el concepto de carga cognitiva extraña. Este artículo fue escrito para informar los resultados de seis experimentos que realizaron para investigar esta carga de la memoria de trabajo. Muchos de estos experimentos utilizaron materiales que demostraban el efecto de atención dividida . Descubrieron que el formato de los materiales didácticos promovía o limitaba el aprendizaje. Propusieron que las diferencias en el rendimiento se debían a niveles más altos de carga cognitiva impuestos por el formato de instrucción. "Carga cognitiva extraña" es un término para esta carga cognitiva innecesaria (inducida artificialmente). [ cita necesaria ]

La carga cognitiva extraña puede tener diferentes componentes, como la claridad de los textos o las demandas interactivas del software educativo. [22]

Relacionado

La carga cognitiva alemana es el procesamiento, construcción y automatización de esquemas . Fue descrito por primera vez por Sweller, Van Merriënboer y Paas en 1998. Si bien generalmente se piensa que la carga cognitiva intrínseca es inmutable (aunque se pueden aplicar técnicas para gestionar la complejidad segmentando y secuenciando material complejo), los diseñadores instruccionales pueden manipular cargas extrañas y pertinentes. Se sugiere que limiten la carga extraña y promuevan la carga pertinente. [8]

Hasta el artículo de 1998 de Sweller, Van Merriënboer & Paas, la teoría de la carga cognitiva se concentraba principalmente en la reducción de la carga cognitiva extraña. Con este artículo, los investigadores de carga cognitiva comenzaron a buscar formas de rediseñar la instrucción para redirigir lo que sería una carga extraña, para centrarse ahora en la construcción de esquemas (carga alemana). Por lo tanto, es muy importante para los diseñadores instruccionales "reducir la carga cognitiva superflua y redirigir la atención de los alumnos hacia los procesos cognitivos que son directamente relevantes para la construcción de esquemas". [8]

Medición

En 1993, Paas y Van Merriënboer [3] habían desarrollado un constructo conocido como eficiencia de condición relativa, que ayuda a los investigadores a medir el esfuerzo mental percibido, un índice de carga cognitiva. Este constructo proporciona un medio relativamente simple de comparar las condiciones de instrucción, teniendo en cuenta tanto las calificaciones del esfuerzo mental como las puntuaciones del desempeño. La eficiencia relativa de la condición se calcula restando el esfuerzo mental estandarizado del desempeño estandarizado y dividiendo por la raíz cuadrada de dos. [3]

Paas y Van Merriënboer utilizaron la eficiencia de condición relativa para comparar tres condiciones de instrucción (ejemplos resueltos, problemas de finalización y práctica de descubrimiento). Descubrieron que los alumnos que estudiaban ejemplos resueltos eran los más eficientes, seguidos de los que utilizaban la estrategia de resolución de problemas. Desde este primer estudio, muchos otros investigadores han utilizado este y otros constructos para medir la carga cognitiva en relación con el aprendizaje y la instrucción. [23]

El enfoque ergonómico busca una expresión neurofisiológica cuantitativa de la carga cognitiva que pueda medirse utilizando instrumentos comunes, por ejemplo utilizando el producto de la frecuencia cardíaca - presión arterial (RPP) como medida de la carga de trabajo ocupacional tanto cognitiva como física. [24] Creen que puede ser posible utilizar medidas RPP para establecer límites a las cargas de trabajo y establecer subsidios de trabajo.

Existe un interés activo en la investigación en el uso de respuestas fisiológicas para estimar indirectamente la carga cognitiva, particularmente mediante el monitoreo del diámetro de la pupila, la mirada, la frecuencia respiratoria, la frecuencia cardíaca u otros factores. [25] Si bien algunos estudios han encontrado correlaciones entre factores fisiológicos y la carga cognitiva, los hallazgos no se han mantenido fuera de entornos de laboratorio controlados. La respuesta pupilar invocada por una tarea es una de esas respuestas fisiológicas de la carga cognitiva en la memoria de trabajo , y los estudios han encontrado que la dilatación de la pupila se produce con una alta carga cognitiva. [5]

Algunos investigadores han comparado diferentes medidas de carga cognitiva. [4] Por ejemplo, Deleeuw y Mayer (2008) compararon tres medidas de carga cognitiva comúnmente utilizadas y descubrieron que respondían de diferentes maneras a la carga extraña, intrínseca y pertinente. [26] Un estudio de 2020 demostró que puede haber varios componentes de la demanda que juntos forman una carga cognitiva extraña, pero que pueden necesitar medirse utilizando diferentes cuestionarios. [22]

Efectos de una gran carga cognitiva

Una carga cognitiva intensa suele generar errores o algún tipo de interferencia en la tarea en cuestión. [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Una carga cognitiva pesada también puede aumentar los estereotipos . [27] Esto se debe a que una carga cognitiva pesada empuja el exceso de información hacia el procesamiento subconsciente , lo que implica el uso de esquemas , los patrones de pensamiento y comportamiento que nos ayudan a organizar la información en categorías e identificar las relaciones entre ellas. [28] Las asociaciones estereotipadas pueden activarse automáticamente mediante el uso de reconocimiento de patrones y esquemas, produciendo un efecto de estereotipo implícito . [29] Los estereotipos son una extensión del error de atribución fundamental que también aumenta en frecuencia con una mayor carga cognitiva. [30] Las nociones de carga cognitiva y excitación contribuyen a la explicación de la "hipótesis de la sobrecarga" de la facilitación social : en presencia de una audiencia, los sujetos tienden a desempeñarse peor en tareas subjetivamente complejas (mientras que tienden a sobresalir en tareas subjetivamente fáciles).

Estudios de subpoblación

Diferencias individuales

A partir de 1984 se estableció, por ejemplo, que existían diferencias individuales en la capacidad de procesamiento entre principiantes y expertos . Los expertos tienen más conocimiento o experiencia con respecto a una tarea específica, lo que reduce la carga cognitiva asociada con la tarea. Los novatos no tienen esta experiencia o conocimiento y, por lo tanto, tienen una carga cognitiva más pesada. [31]

Anciano

El peligro de una carga cognitiva elevada se observa en la población de edad avanzada. El envejecimiento puede provocar una disminución de la eficiencia de la memoria de trabajo , lo que puede contribuir a una mayor carga cognitiva. [32] Una carga cognitiva pesada puede alterar el equilibrio en las personas mayores. La relación entre una gran carga cognitiva y el control del centro de masa está fuertemente correlacionada en la población de edad avanzada. A medida que aumenta la carga cognitiva, aumenta la influencia del centro de masa en las personas de edad avanzada. [33] Un estudio de 2007 examinó la relación entre el balanceo del cuerpo y la función cognitiva y su relación durante la realización de múltiples tareas y encontró que las alteraciones del equilibrio conducían a una disminución en el rendimiento en la tarea cognitiva. [34] Por el contrario, una creciente demanda de equilibrio puede aumentar la carga cognitiva. [ cita necesaria ]

Estudiantes universitarios

A partir de 2014, la creciente carga cognitiva de los estudiantes que utilizan una computadora portátil en la escuela se ha convertido en una preocupación. Con el uso de Facebook y otras formas sociales de comunicación, agregar múltiples tareas pone en peligro el desempeño de los estudiantes en el aula. Cuando hay muchos recursos cognitivos disponibles, la probabilidad de cambiar de una tarea a otra es alta y no conduce a un comportamiento de cambio óptimo. [35] En un estudio de 2013, tanto los estudiantes que eran grandes usuarios de Facebook como los estudiantes que se sentaban cerca de aquellos que eran grandes usuarios de Facebook obtuvieron malos resultados y dieron como resultado un GPA más bajo . [36] [37]

Niños

En 2004, los psicólogos británicos Alan Baddeley y Graham Hitch propusieron que los componentes de la memoria de trabajo están establecidos a los 6 años de edad. [38] Encontraron una clara diferencia entre el conocimiento de adultos y niños. Estas diferencias se debieron a aumentos en el desarrollo de la eficiencia del procesamiento. [38] Los niños carecen de conocimientos generales, y esto es lo que crea una mayor carga cognitiva en los niños. Los niños de familias empobrecidas a menudo experimentan una carga cognitiva incluso mayor en entornos de aprendizaje que los de familias de clase media. [39] Estos niños no escuchan, hablan ni aprenden sobre conceptos escolares porque sus padres a menudo no tienen educación formal. [ cita necesaria ] Cuando se trata de aprender, su falta de experiencia con números, palabras y conceptos aumenta su carga cognitiva.

A medida que los niños crecen, desarrollan capacidades y procesos básicos superiores. [39] También desarrollan metacognición , lo que les ayuda a comprender sus propias actividades cognitivas. [39] Por último, obtienen un mayor conocimiento del contenido a través de sus experiencias. [39] Estos elementos ayudan a reducir la carga cognitiva en los niños a medida que se desarrollan. [ cita necesaria ]

Los gestos son una técnica que utilizan los niños para reducir la carga cognitiva mientras hablan. [40] Al hacer gestos, pueden liberar memoria de trabajo para otras tareas. [40] Señalar le permite al niño usar el objeto al que está señalando como la mejor representación del mismo, lo que significa que no tiene que mantener esta representación en su memoria de trabajo , lo que reduce su carga cognitiva. [41] Además, gesticular sobre un objeto que está ausente reduce la dificultad de tener que imaginarlo en su mente. [40]

Pobreza

A partir de 2013, se ha teorizado que un entorno empobrecido puede contribuir a la carga cognitiva. [42] Independientemente de la tarea en cuestión o de los procesos utilizados para resolverla, las personas que experimentan pobreza también experimentan una mayor carga cognitiva. Una serie de factores contribuyen a la carga cognitiva en personas con un nivel socioeconómico más bajo que no están presentes en las personas de clase media y alta. [43]

Encarnación e interactividad

La actividad corporal puede ser tanto ventajosa como perjudicial para el aprendizaje dependiendo de cómo se implemente esta actividad. [44] Los teóricos de la carga cognitiva han solicitado actualizaciones que hagan que CLT sea más compatible con los conocimientos de la investigación de la cognición incorporada . [45] Como resultado, se ha sugerido la teoría de la carga cognitiva incorporada como un medio para predecir la utilidad de las funciones interactivas en entornos de aprendizaje. [46] En este marco, los beneficios de una característica interactiva (como un procesamiento cognitivo más fácil) deben exceder sus costos cognitivos (como la coordinación motora) para que un modo de interacción incorporado aumente los resultados del aprendizaje.

Aplicación en conducción y pilotaje.

Con el aumento de las tareas secundarias dentro de la cabina, la estimación de la carga cognitiva se convirtió en un problema importante tanto para los conductores como para los pilotos. El problema de investigación se investiga con varios nombres, como detección de somnolencia, detección de distracciones, etc. Para los conductores de automóviles, los investigadores exploraron varios parámetros fisiológicos [47] como la frecuencia cardíaca, la expresión facial, [48] parámetros oculares [49] , etc. En aviación existen numerosos estudios de simulación que analizan la distracción y la atención de los pilotos utilizando diversos parámetros fisiológicos. [50] Para los pilotos de aviones militares rápidos, los investigadores exploraron ataques en picado aire-tierra y registraron parámetros cardíacos, EEG [51] y oculares. [52]

Ver también

Referencias

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