Vägen in i hjärnan

Det tvärvetenskapliga forskningsprojektet ”Den lärande hjärnan” har pågått vid Umeå universitet sedan 2014, med syftet att undersöka distinktionen  mellan aktivt och passivt lärande. Bakom projektet står de tre professorerna Bert Jonsson, vid Institutionen för tillämpad utbildningsvetenskap, Johan Lithner, vid Institutionen för naturvetenskapernas och matematikens didaktik, samt Lars Nyberg, föreståndare vid Umeå Center för Functional Brain Imaging.

– Projektet börjar nu gå mot slutet och vi har många spännande rapporter som väntar på publicering i en rad ansedda vetenskapliga tidskrifter, berättar Bert Jonsson.

Vi vet att de mer aktiva lärandemetoderna är bättre. Tyvärr använder de flesta elever de mer passiva, trots att de är sämre.

Fokuset på att undersöka olika inlärningsmetoder och strategier har också inkluderat betydelsen av individuella skillnader i kognitiva förmågor och personlighetsegenskaper, det vill säga att alla individer varierar i kognitiva förmågor och personlighetsegenskaper. Dessa aspekter har belysts med hjälp av beteende och hjärnavbildningsstudier.

– Man brukar grovt dela in metoder och strategier för inlärning i de som är mer aktiva och de mer passiva. Sedan tidigare vet vi att de mer aktiva lärandemetoderna är bättre, men tyvärr använder de flesta elever och studenter de mer passiva, trots att de är sämre. Den vanligaste, mer passiva, metoden för att lära sig något är att läsa en text om och om igen och det är en påvisat dålig metod.

Att läsa en text om och om igen, stryka under rader, skriva stödord. Det är nog många av oss som använt denna studieteknik i skolan och vid universitetsstudier. Men Bert Jonsson underkänner den alltså.

– När du läst och läst börjar du efter hand tycka att du kan det som står på sidorna. Men det gör du inte. Du tidsminnet och göra det flera gånger, alltså inte bara vid provtillfället.

– Vid ett prov hämtar du information från långtidsminnet. Testbaserat lärande går ut på att använda samma process vid inlärning. Det fäster bättre i långtidsminnet än upprepad läsning. Säg att du exempelvis ska lära dig om hur riksdagen är uppbyggd: du läser, lägger bort boken och försöker minnas vad du läst genom att helt enkelt återberätta vad du läste tidiga re. Det första som händer är att du inser att du kanske bara kommer ihåg en tredjedel av vad du läst och den insikten är jobbig.

Då är det dags att gå tillbaka till boken och läsa igen, vilket ger dig feedback på vad du minns och inte minns, och igen återberätta vad du läste tidigare.  Därpå tar du en kort paus och efter ett tag försöker du igen återberätta hur Sveriges riksdag är uppbyggd. Genom att på det sättet lägga in intervaller (benämns som distribuerat lärande) kommer du att minnas det du studerat bättre. Det skapar ett bättre minnesspår jämfört med att exempelvis bara läsa om Sveriges riksdag – om och om igen.

– Den största utmaningen med att använda testbaserat lärande är att det kräver en viss kognitiv ansträngning. Bra inlärningsstrategier kräver givetvis ansträngning, men poängen är att den kognitiva belastningen under inlärningsfasen här gör att kunskapen på ett bättre och effektivare sätt förs över, konsolideras, till långtidsminnet.

I ett delprojekt har cirka 80 gymnasieelever i Umeå deltagit som testpersoner. Dessa har testats i beteendestudier samt fått sina hjärnor skannade med magnetkamera (på engelska functional magnetic resonance imaging: fMRI). Eleverna har fått ligga i en tunnel där fMRI-kameran läser av deras hjärnaktivitet samtidigt som de blivit testade på svenska och swahili-ordpar (glosor). Swahili valdes eftersom det är få som behärskar det, vilket gör att risken för förkunskaper är minimal. Eleverna har fått lära sig ordparen med hjälp av upprepat studerande och testbaserat lärande. Sedan har forskarna med hjälp av fMRI undersökt hur hjärnan arbetar vid framplockning, beroende på tidigare inlärningsmetod.

Aktiviteten i hjärnan som registreras i fRMI-kameran kan via diverse analyssteg visas som att de områden som arbetar mer ”lyser upp”.

Poängen är att den kognitiva belastningen under inlärningsfasen här gör att kunskapen på ett effektivare sätt förs över till långtidsminnet.

– Neuronerna i de områden i hjärnan som är aktiva konsumerar syre och socker, vilket går att upptäcka med magnetkameran genom att mäta blodflödesförändringar i hjärnan.

– I en studie där vi undersökte elever som använt sig av testbaserad inlärning fann vi att den kognitiva belastningen på den främre delen av hjärnan, frontalloben, minskade med upprepat testande. Detta område är förknippat med komplex kognitiv bearbetning. Den minskade kognitiva belastningen indikerar att kognitiva resurser frigörs som potentiellt kan användas till annat än att söka efter svaret på glostestet.

I studierna har forskarna också sett att det blir större aktivitet i hjärnans posteriora (bakre) kortikala representationsområden för de elever som lärt sig ordparen med testbaserat lärande. Detta är området där långtidsminnen lagras.

– Då du via testbaserat lärande tillägnat dig kunskap och senare ska plocka fram den är det till stor del samma områden som aktiveras. Med andra ord: när eleverna lade sig i kameran vid test aktiverades delvis samma hjärnsystem som vid inkodning/inlärning, vilket gjorde att de presterade bättre.

Umeåforskarna har också undersökt individuella skillnader mellan eleverna. Bert Jonsson säger att de ville granska om det fanns en ”Matteuseffekt”, alltså om de som redan är kognitivt starka gynnas mest. Men så var inte fallet.

– Nej, både de kognitivt starka och de kognitivt svaga eleverna gynnades. De kognitivt starka presterade visserligen bättre i testerna, men effekten av interventionen var lika stora individuellt. 85–90 procent förbättrade sig mer med testbaserat lärande, och oavsett kognitiv förmåga aktiverades samma hjärnområden.

Den delstudie inom ramen för forskningsprojektet Den lärande hjärnan som Johan Lithner ansvarat för berör ämnet matematik specifikt. Här har forskarna undersökt en didaktisk modell som kallas kreativt resonemang (på engelska: Creative mathematical reasoning, CMR) och som i likhet med testbaserad inlärning syftar till att förbättra lärande och hågkomst.

I traditionell matematikundervisning går läraren igenom ett exempel, ger en formel och delar sedan ut ett antal uppgifter som testar formeln. I den nya modellen kreativt resonemang får eleverna själva konstruera formeln för att räkna ut ett problem. Det har visat sig att de då minns det de gjort bättre.

– Även detta är en aktivare metod som kräver mer arbete men som resulterar i en djupare inkodning i hjärnan. Detta bidrar till att minnet av formeln eller lösningsidén sitter bättre eller att de snabbare kan återskapa den.

Eleverna som ingått i studien kring testbaserat lärande har också fått prova på denna kreativa matematik.

– Preliminära data visar att trots att kreativ matematik och testbaserat lärande är helt olika metoder och material aktiveras samma hjärnområden när informationen väl är konsoliderad i långtidsminnet. 

När det gäller det testbaserade lärandet menar Bert Jonsson att det är ganska enkelt att implementera det i skolarbetet och att det inte kräver några särskilda verktyg.

– Som lärare kan man exempelvis be eleverna skriva ner vad de kommer ihåg av en genomgång i slutet av en lektion. Sedan börjar man nästa med att de på nytt får skriva ner vad de kommer ihåg och så får de diskutera med sina kompisar. Det behöver inte vara mer avancerat än så.

Inom vissa ämnen, som svenska, språk, historia, geografi och samhällskunskap, fungerar testbaserat lärande utmärkt, menar Bert Jonsson. Men han tycker inte att lärare helt ska gå över till detta.

– Det är ett bra komplement men man ska inte bygga hela undervisningen på det. Vår och andras forskning visar att det bör vara ett centralt inslag i undervisningen, men precis som alla andra tror jag på variation. Men att inte använda det alls tror jag inte heller på, eftersom det förmodligen är en dålig idé att utelämna metoder som fungerar i linje med hur hjärnan arbetar.

Lars Nyberg och Bert Jonsson har denna höst kommit ut med den populärvetenskapliga boken ”Testbaserat lärande: att stärka inlärning och minne” (Natur & Kultur). Där beskriver de hur minnet fungerar och hur  hjärnan arbetar. De går även igenom inlärningsstrategier med särskilt fokus på testbaserat lärande, med tillhörande tips för implementering.