Inteligentní Dril: studenti méně opakují a více si pamatují

Anotace: V Informačním systému Masarykovy univerzity (IS MU) mají učitelé k dispozici e-learningovou podporu už od roku 2004. Kromě interaktivních osnov, studijních materiálů, odevzdáváren, diskusních fór a dalších objektů mohou vytvářet přímo v systému interaktivní testy (Odpovědníky) a zpřístupňovat je studentům v různých režimech - od dobrovolného procvičování až po testy určené k ostrému zkoušení u PC. Novinkou je nástroj pro efektivní zapamatování velkého množství slovíček nebo pojmů – Dril.
Klíčová slova: dril, učení s prodlevami, křivky zapomínání
Summary: Information System of Masaryk University has been assisting teachers with its e-learning tools since 2004. Apart from using the applications such as Interactive Syllabi, Teaching Materials, Homework Vaults, Discussion Groups and other utilities, the teachers can create their own interactive material (ROPOT applications) and make it accessible to their students in various forms ranging from plain exercises to PC-based tests. The application called Drill, a comparatively novel tool, helps the students to learn large amounts of vocabulary items.
Keywords: dril, spaced repetition, forgetting curves

1. Úvod

2. Co je to Dril a proč je unikátní?

Dril simuluje tzv. kartičkovou metodu s využitím principu „spaced repetition“, tzv. opakování s vhodně zvolenými prodlevami. Uživatel dá systému zpětnou vazbu, jak kterou kartičku ovládá a systém spočítá, kdy se má kartička nabídnout znovu k zopakování.

Nejedná se přitom o klasickou formu e-learningu „shora“, kdy učitel studenty motivuje, aby se učili. Studenti využívají Dril úplně dobrovolně a samostatně, bez kontroly učitelem. Sami si vytvářejí učebnice, které jim pomohou zvládnout např. odbornou slovní zásobu a tyto učebnice dávají k dispozici svým spolužákům, resp. dalším uživatelům IS MU. Vzniká tak široká komunita, která má společný zájem - naučit se něco nového. Vývojářům Informačního systému MU se podařilo dosáhnout unikátního stavu, kdy e-learning nejen využívají, ale i tvoří sami studenti. Zdá se, že uživatelé IS MU si sami uvědomují výhody učení se s prodlevami a že jim nástroj Dril skutečně pomáhá učit se efektivně a hlavně „bezbolestně“. Jak je možné tohoto dosáhnout? Studenti a učitelé MU využívají informační systém už 10 let. Na nové aplikace v něm si rychle zvykají, dávají podněty a zpětnou vazbu vývojovému týmu, který tak dokáže pružně reagovat na poptávku svých uživatelů.

3. Spaced repetiton - učení se s prodlevami

Podstata drilového učení je založena na poznatku z psychologie učení, že určitý fakt (otázku na kartičce, např. slovíčko) si rychleji a kvalitněji zapamatujete, pokud si ho připomínáte spíše méně často, ale po delší dobu (oproti masivnímu připomínání po krátkou dobu). Psychologové zjistili, že mozek si ukládá nové informace do krátkodobé paměti. Tím, že si informaci za vhodný časový interval zopakujete, dáte mozku impulz, že tato informace je pro vás důležitá a po několika zopakováních ji mozek přesune do paměti dlouhodobé. Na obrázku 1 jsou křivky zapomínání, které na časové ose znázorňují, jaká je pravděpodobnost, že si naučenou informaci vybavíte i po určité časové době. Na obrázku je vidět, že po každém připomenutí, se křivky zapomínání „vyrovnávají“, a že každým zopakováním prodlužujete čas, kdy je alespoň 90% pravděpodobnost, že si informaci vybavíte. Interval, za který je potřebné kartičku připomenout se nejen u každého uživatele, ale i u každé kartičky liší. U jazyka je běžné, že některé slovíčko se jeden člověk naučí hned, přitom pro někoho jiného může být „nezapamatovatelné“. Proto musí algoritmus pečlivě počítat u každého uživatele a každé kartičky zvlášť, kdy se musí kartička znovu nabídnout, aby se ulehčil proces přesunu informace do dlouhodobé paměti. Na to, aby bylo možné výpočet provést, je potřeba zadat u každé kartičky zpětnou vazbu o tom, jak jste zvládli kartičku zodpovědět.

Algoritmus se snaží minimalizovat zátěž učení tak, že si stanovuje nějakou cílovou průměrnou úspěšnost (například 90 %). Pak se snaží předkládat slovíčka k zopakování tak, aby v okamžiku zopakování byla zhruba 90% šance, že uživatel dané slovíčko "ještě zná". V průměru tedy uživatel, který se učí denně, zná o něco více než 90 % všech slovíček (protože u většiny z nich je opakování naplánováno až za delší dobu, je tedy více než 90% šance úspěšného zodpovězení). Z výzkumů plyne, že při vyšším cíli než 90 % neúměrně roste náročnost (požadavek na věnovaný čas) až okolo 93-95 % začne být častější učení kontraproduktivní (informace se udržují v krátkodobé paměti a nepřesunují se do dlouhodobé). Algoritmus bere v úvahu tzv. obtížnost slovíčka (jak jsme odpovídali vím/nevím při práci s touto kartičkou) a dobu, po kterou slovíčko známe (před jakou dobou jsme danou kartičku úspěšně zodpověděli).

Obr. 1: Křivky zapomínání

Vodorovná osa grafu jsou dny, svislá osa grafu je pravděpodobnost, s jakou si odpověď kartičky pamatujete. Šedý kroužek vlevo nahoře je začátek učení - moment, kdy jste si odpověď zapamatovali. Nezáleží na tom, zda si v ten samý den odpověď procvičujete jednou nebo vícekrát, stejně ji začnete okamžitě zapomínat (to znázorňuje světle modrá křivka). Tvar této křivky zapomínání se však zásadně mění, pokud si znalost připomenete (v obrázku jsou to další barevné křivky). Systém počítá pro každou kartičku vhodný den, kdy si ji máte připomenout. První opakování systém stanoví na okamžik, kdy si odpověď pamatujete s 90% pravděpodobností. Opakováním si znalost opět připomenete a s 90% pravděpodobností si ji udržíte o něco déle než při prvním opakování, systém tedy předepíše další opakování o něco později. Naopak v případě zapomenutí již v okamžiku opakování (tlačítka 3 - 6 v aplikaci) je otázka zřejmě těžší než systém předpokládal, takže po jejím opětovném naučení ve fázi drilu stanoví systém kratší interval opakování, a i v budoucnu bude u této otázky intervaly prodlužovat méně razantně. Intervaly mezi opakováním se stále prodlužují a vaše znalost se přesouvá do dlouhodobé paměti, což znamená, že jste si znalost osvojili.

4. Jak se s Drilem pracuje?

Studenti naleznou odkaz na Dril na titulní stránce IS MU. Po vstupu do aplikace si mohou vybrat z řady učebnic z různých oblastí, např. angličtina, němčina, francouzština, španělština, norština, latina, japonština aj. Učebnice jsou děleny do lekcí, které si sám student aktivuje či deaktivuje. Na začátku se tedy student rozhodne, kterou oblast chce dneska drilovat. Na obrázku 2 si ukážeme, jak vypadá kartička a jak se s ní pracuje.

Obr. 2: Kartička v aplikaci dril

U každé kartičky je potřeba sdělit systému, jak se nám podařilo kartičku zodpovědět. Hodnocení proběhne kliknutím na tlačítka 1 - 6. Co přesně znamenají jednotlivá hodnocení:

• 1: Věděl jsem ihned.
• 2: Věděl jsem, ale musel jsem přemýšlet.
• 3: Věděl jsem jen přibližně, s chybou.
• 4: Nevěděl jsem, ale tohle přece znám!
• 5: Nevěděl jsem, ale myslím, že jsem tohle někdy věděl.
• 6: Nevěděl jsem, tohle vidím poprvé.

Samotné učení je rozděleno do třech fází - opakování, učení se nových kartiček a drilování.

Opakování - systém spočítá, které kartičky je potřeba zopakovat. Tyto kartičky čekají na uživatele vždy před samotným učením. Je důležité, aby uživatelé pracovali s Drilem pravidelně, aby se kartičky k zopakování nehromadily a aby se zopakovaly právě v čase, který je potřebný pro přesun informace do dlouhodobé paměti.

Učení se nových kartiček - v této fázi systém náhodně vybírá kartičky z aktivovaných lekcí. Kartičky s hodnocením 3 - 6 si systém zapamatuje jako problematické a přesune je do fáze drilování.

Drilování problematických kartiček - kartičky se v této fázi nabízí tak dlouho, dokud student nezaklikne hodnocení 1 nebo 2, tzn., že se kartičku naučil. Systém si zapamatuje, kolikrát musel kartičku nabídnout, aby se ji student dokázal naučit a opět spočítá, kdy ji má znovu zobrazit ve fázi opakování.

Každý uživatel si může jednotlivé kartičky upravit (např. doplnit pomůcku, větu s příkladem a pod.), aby bylo učení ještě efektivnější. Kartičky, které uživatel považuje za „lehké“, si může zakázat, aby mu je systém v budoucnu nenabízel. Zabrání se tak plýtvání časem u jednoduchých kartiček.

Pro vytvoření vlastní učebnice Drilu není nutné ovládat žádný programovací jazyk. Pro import kartiček stačí připravit jednoduchý textový soubor, jehož přesný formát je podrobně popsán v nápovědě. Pro učitele, kteří by chtěli zpřístupnit učebnici s multimediálními prvky (obrázky, audio, video) je k dispozici Servisní středisko pro podporu e-learningu, které zpracuje a připraví multimédia k jednotlivým kartičkám na základě dohody s učitelem. Servisní středisko má také k dispozici vlastní nahrávací studio, ve kterém je možné ve spolupráci s rodilým mluvčím vytvořit poslechy výslovnosti slovíček.

Učitelé, kteří využívají v IS MU tzv. Odpovědníky (interaktivní testy), mohou pomocí jednoduché aplikace převést testovací položky do drilové učebnice.

Studenti se tak mohou nudná fakta pohodlně naučit pomocí Drilu a v Odpovědnících si otestovat, do jaké míry mělo jejich učení smysl. Je potřeba zdůraznit, že drilovat má smysl jenom fakta, odbornou slovní zásobu a všechno to, co je potřeba se naučit nazpaměť.

5. Dril v číslech

Od listopadu 2008, kdy byl nástroj Dril zveřejněn studentům, bylo uživateli vytvořeno 72 učebnic, z toho 27 veřejných. Tyto učebnice obsahují dohromady více než 37 000 kartiček. Přes 1 500 uživatelů se v Drilu učilo alespoň jednu kartičku a za poslední týden bylo uživateli IS MU zodpovězených téměř 82 000 kartiček. Za měsíc únor 2009 bylo zodpovězeno celkem téměř 350 000 kartiček. 685 uživatelů si zobrazilo kartičku a zadalo zpětnou vazbu alespoň 100x a 22 uživatelů alespoň 10 000x.

6. Závěrem: na čem se pracuje

Hlavní výhodou použití takového systému v prostředí univerzitního informačního systému IS MU jsou společné zájmy studujících, které otvírají cestu sdílení a zdokonalování učebnic. Existují jiné systémy na webu, založené na Supermemo algoritmu, ale nikde není taková komunita lidí, která se učí podobné učebnice, jako v prostředí jedné konkrétní vysoké školy či univerzity.

Aby měly poznámky na upravených kartičkách smysl i pro další členy drilovací komunity, připravujeme možnost pro autory učebnic přijmout kvalitní poznámky, doplněné příkladové věty apod. od uživatelů, kteří si kartičku upravili. Podobně by mohli přijímat změněné kartičky všichni uživatelé od svých kolegů.

Algoritmus je vyvíjen na Masarykově univerzitě. Autorský tým se těší na sesbírané údaje o tom, jak se lidé přesně učí, tzn. jaké jsou středoevropské mozky mladých lidí. Na základě sesbíraných dat bude možné algoritmus stále vylepšovat tak, aby bylo učení ještě pohodlnější a ještě efektivnější.

LITERATURA:
[1] Dril – Učení zpaměti snadno, efektivně a s trvalým výsledkem [online]. 2009. Dostupný z www: http://is.muni.cz/elportal/nastroje/dril/index.pl [cit. 2009-03-23]

[2] Forget about forgetting [online]. 2009. Dostupný z www: https://supermemo.com/articles/kowal.htm [cit. 2009-03-26]