De eerste van de zes blogs in de serie Hoe leren werkt, geschreven door prof. Carl Hendrik, start met de introductie van George Miller's invloedrijke werk over de beperkingen van het werkgeheugen. Zowel de implicaties van Miller's werk voor het onderzoek naar geheugen en de ontwikkeling van cognitieve theorieën worden benadrukt als de relevantie ervan voor de onderwijspraktijk. Deze eerste blog dient als basis voor latere blogs over leren en lesgeven.
1. Miller's magische getal en de beperkingen van het werkgeheugen
Dit is de eerste van een serie van 6 blogs over hoe het geheugen werkt die als basis zullen dienen voor latere blogs over onderwijzen en leren.
Meer dan 70 jaar geleden vond er een revolutie plaats in de manier waarop we begrijpen hoe de hersenen leren. Als we één sleutelfiguur zouden moeten noemen die dat proces op gang heeft gebracht, dan zou George Miller met zijn werk over het definiëren van de grenzen van het geheugen een sterke kandidaat zijn. Meer specifiek, zijn enorm invloedrijke paper getiteld 'The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information' gepubliceerd in 1956. Het artikel onderzoekt in essentie hoeveel nieuwe eenheden informatie we op een bepaald moment in ons werkgeheugen kunnen vasthouden. Miller begint:
Mijn probleem is dat ik vervolgd ben door een geheel getal. Zeven jaar lang heeft dit getal me overal gevolgd, is het mijn privégegevens binnengedrongen en heeft het me aangevallen vanaf de pagina's van onze meest openbare tijdschriften. [...] Of er is echt iets ongewoons aan het getal of ik lijd aan achtervolgingswaanzin. [1]
Een merkwaardig aspect van dit artikel is dat het niet zozeer geschreven is als een psychologie artikel, maar meer als een roman van Dostojevski. Sterker nog, het lijkt in opvallende mate op de eerste regels van 'Aantekeningen uit het ondergrondse':
Ik ben een zieke man .... Ik ben een hatelijke man. Ik ben een onaantrekkelijke man. Ik geloof dat mijn lever ziek is. Ik weet echter helemaal niets over mijn ziekte en weet niet zeker wat me mankeert. Ik raadpleeg er geen arts voor en heb dat ook nooit gedaan, hoewel ik respect heb voor medicijnen en artsen. [2]
De vergelijking is treffend in die zin dat Dostojevski elk woord van de Ondergrondse Man ziet als zowel het vooruitlopen op als het reageren op de woorden van een ander, wat ook de manier is waarop de cognitieve revolutie de accumulatie van kennis zou zien. Met andere woorden, je hebt kennis nodig om kennis te krijgen en hoe meer je in je langetermijngeheugen hebt, hoe beter je in staat bent om door nieuwe kennisdomeinen te navigeren.
Het verhaal van deze belangrijke ontdekking begint meer dan 70 jaar geleden. George Miller werkte bij Bell Telephone Laboratories in de VS, waar hij de opdracht kreeg om te onderzoeken hoeveel willekeurige cijfers iemand maximaal spontaan kon onthouden. Dit onderzoek was cruciaal voor de telefoonmaatschappij om de optimale lengte voor een telefoonnummer te bepalen. Miller's bevindingen gaven aan dat de gemiddelde persoon tussen de vijf en negen items in zijn directe geheugen kan opslaan. Dit leidde tot de standaardisatie van zeven cijfers in Amerikaanse telefoonnummers, een formaat dat werd gekozen om aan te sluiten bij deze geheugenbeperking.
Hij voerde een reeks fascinerende experimenten uit om te zien hoeveel items we op een bepaald moment in ons geheugen kunnen opslaan, variërend van de frequentie van muzieknoten tot de zoutheid van water. Hij noemde deze items 'bits', maar de theorie klopte niet als het ging om letters, woorden en cijfers. Als elke letter een 'bit' is, hoe is het dan mogelijk dat mensen er veel meer kunnen bevatten dan 5-7 op een bepaald moment? Alleen al het feit dat je dit nu leest en begrijpt is daar het bewijs van - bij het lezen en spreken worden tientallen letters tegelijk gebruikt.
Hier kwam hij op de proppen met de term 'chunk', wanneer verschillende bits worden samengevoegd tot één geheel, zoals een woord. Hier is een kort experiment dat dient als een goede illustratie van dit fenomeen: Hoeveel letters kun je onthouden nadat je hier 5 seconden naar hebt gekeken?
De meeste mensen komen tot ongeveer 6 of 7 letters voordat hun werkgeheugen overbelast raakt en de eerste paar letters worden vergeten. Probeer nu echter dezelfde 15 letters te onthouden, maar in een andere volgorde:
Dit keer kunnen de meeste mensen zich alle letters herinneren omdat ze ze hebben 'gegroepeerd' in 5 eenheden die ze zich gemakkelijk kunnen herinneren als brokjes omdat ze deze clusters van letters al in hun langetermijngeheugen hebben.
Deze ietwat eenvoudige bevinding zou enorme implicaties hebben voor het geheugenonderzoek en zou van invloed zijn op belangrijke bevindingen over het geheugen van onderzoekers die we later in deze serie zullen tegenkomen, zoals Baddeley en Hitch en Atkinson en Shiffrin. Daarnaast zou Miller's werk een basis vormen voor Sweller's cognitieve belastingstheorie die zeer bruikbare praktische richtlijnen biedt voor het ontwerpen van instructies.
Voor onderwijsprofessionals is het belangrijk om rekening te houden met het idee dat beginnende leerlingen overbelast en overweldigd kunnen raken wanneer ze met nieuwe informatie in aanraking komen. Om dat te minimaliseren, moeten leerkrachten dus eerst expliciete instructie geven met uitgewerkte voorbeelden en ondersteuning voordat ze leerlingen zelfstandig laten werken. Als we kijken naar ongewenst gedrag van leerlingen, is het bovendien vaak zo dat leerlingen gewoon overladen worden met te veel nieuwe informatie. Die nieuwe informatie moet opgesplitst worden in de samenstellende delen en, nog belangrijker, er moet duidelijk gemaakt worden hoe al die afzonderlijke delen met elkaar in verband staan.
Een laatste opmerking: ondanks het feit dat veel 'hersentrainingsspelletjes' beweren dat dergelijke activiteiten het werkgeheugen kunnen verbeteren, is er geen echt bewijs dat dit het geval is. Paradoxaal genoeg is het enige wat het werkgeheugen kan 'verbeteren' het hebben van meer onderling verbonden kennis in ons langetermijngeheugen. Deze organisatie van kennis wordt schema genoemd en is van grote betekenis voor de manier waarop we instructie plannen.
Een meer gedetailleerd hoofdstuk over dit onderwerp zal worden gepubliceerd in de 2e editie van 'How Learning Happens' door Paul A Kirschner en Carl Hendrick, die wordt uitgegeven op 29 maart.
Carl geeft een reeks beperkte masterclasses en een aantal webinars over How Learning en How Teaching Happens en meer informatie vind je hier.
Aangehaalde werken:
Dostojevski, F. (1992). Aantekeningen uit het ondergrondse. Dover Publicaties
[1] Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. The Psychological Review, 63 (2), 81–97.
[2] Dostoyevsky, F. (1992). Notes from the Underground. Dover Publications. P.1
[3] Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. The Psychological Review, 63(2), 81–97.
[4] Dostoyevsky, F. (1992). Notes from the Underground. Dover Publications. P.1
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1. Miller’s magic number and the limitations of working memory
This is the first of a series of 6 blogs on how memory works which will serve as a foundation for later blogs on teaching and learning.
Over 70 years ago, a revolution occurred in how we understand how the brain learns and if we were to name one seminal figure in kickstarting that process, a strong candidate would be George Miller and his work on defining the limits of memory. More specifically, his hugely influential paper titled ‘The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information’ published in 1956. The paper essentially explores how many novel units of information we can hold in our working memory at any given time. Miller begins:
My problem is that I have been persecuted by an integer. For seven years this number has followed me around, has intruded in my most private data, and has assaulted me from the pages of our most public journals. […] Either there really is something unusual about the number or else I am suffering from delusions of persecution. [3]
One curious aspect of this article is that it is written less like a psychology paper and more like a Dostoyevsky novel. Indeed, it bears more than a passing resemblance to the first lines of ‘Notes From the Underground’:
I am a sick man.... I am a spiteful man. I am an unattractive man. I believe my liver is diseased. However, I know nothing at all about my disease, and do not know for certain what ails me. I don’t consult a doctor for it, and never have, though I have a respect for medicine and doctors.[4]
The comparison is an apt one in the sense that Dostoevsky sees every word of the Underground Man as both pre-empting and responding to the words of another, which is also how the cognitive revolution would view the accumulation of knowledge. In other words, you need knowledge to get knowledge and the more you have in your long-term memory, the better you are able to navigate novel domains of knowledge.
The story of this important finding begins over 70 years ago. George Miller was employed at Bell Telephone Laboratories in the US, where he received an assignment to research the maximum number of random digits a person could recall spontaneously. This research was critical for the telephone company to decide the optimal length for a phone number. Miller's findings indicated that the average individual is capable of holding between five to nine items in their immediate memory. This led to the standardization of seven digits in American phone numbers, a format chosen to align with this memory constraint.
He conducted a range of fascinating experiments to see how many items we can hold in memory at any given time ranging from the frequency of musical notes to the saltiness of water. He referred to these items as ‘bits’ but then the theory didn’t make sense when it came to letters, words and numbers. If each letter is a ‘bit’ then how is it possible that humans can hold a lot more that 5-7 at any given time? The mere fact you are reading this right now and comprehending it is evidence of that – the act of reading and speaking involves the simultaneous use of dozens of letters.
This is where he came up with the term ‘chunk’ which is when several bits and brought together into a single entity such as a word. Here is a short experiment which serves as a good illustration of this phenomenon: How many letters can you remember after looking at this for 5 seconds?
Most people get to around 6 or 7 letters before their working memory gets overloaded and the first few letters become forgotten. However, now try to remember the same 15 letters but in a different order:
This time most people can remember all the letters because they have ‘chunked’ them into 5 units which they can readily bring to mind as chunks they already have these clusters of letters in their long term memory.
This somewhat simple finding would have huge implications for memory research and would go on to influence major findings on memory by researchers we will encounter later in the series such as Baddeley and Hitch and Atkinson and Shiffrin. Additionally, Miller’s work would form a foundational base for Sweller’s cognitive load theory which offers very useful practical guidance or instructional design.
For teachers and leaders leading research in schools, it is important to consider the idea that novice learners can get overloaded and overwhelmed when encountering new information and so to minimise that, teachers should provide explicit instruction up front with worked examples and scaffolding before allowing student to work independently. Additionally, when considering student misbehaviour, it is often the case that students are simply overloaded with too much novel information which needs to be broken down into its constituent parts and most importantly, made explicit how all those individual parts relate to each other.
As a final note, despite the fact that many ‘brain-training games’ make the claim that such activities can improve working memory, there is no real evidence that this is the case. Paradoxically, the only thing which can ‘improve’ working memory is having more interconnected knowledge in our long-term memory. This organisation of knowledge is called schema which will have huge significance for how we plan instruction and is something we will visit in a later blog.
A more detailed chapter on this topic will be published in the 2nd edition of ‘How Learning Happens’ by Paul A Kirschner and Carl Hendrick, released on the 29th March.
Carl will be giving a series of limited masterclasses and some webinars on How Learning Happens and you can find more information here.
Works cited:
Dostoyevsky, F. (1992). Notes from the Underground. Dover Publications
Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. The Psychological Review, 63 (2), 81–97.
[1] Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. The Psychological Review, 63 (2), 81–97.
[2] Dostoyevsky, F. (1992). Notes from the Underground. Dover Publications. P.1
[3] Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. The Psychological Review, (2), 81–97.
[4] Dostoyevsky, F. (1992). Notes from the Underground. Dover Publications. P.1
