Wat is de Cognitive Load Theorie?

In Agile, Basics by PeterLeave a Comment

Leestijd: 12 min.

De Cognitive Load theorie beschrijft dat het werkgeheugen een beperkte capaciteit heeft en dat overbelasting ervan de effectiviteit van het leren vermindert.

De basisgedachte van de cognitive load theory theorie is dat je leert door informatie van het korte- naar het langetermijngeheugen te verplaatsen. Hoe beter het leermateriaal en leeromgeving aansluit bij het verkleinen van de cognitieve belasting, hoe efficiënter dit proces kan plaatsvinden. En dat proces is dagelijks voor iedereen een mooie en interessante uitdaging.

De bedenker, John Sweller, beschrijft in deze theorie de menselijke cognitieve architectuur en op welke wijze leermethodes kunnen aansluiten. Hij beschrijft de rollen van het kortetermijngeheugen, het lange termijn geheugen en schema’s die tot stand dienen te komen bij de lerende. Hij beschrijft dat men door een correcte instructieve begeleiding het mogelijk is voor ‘studenten’ om (eigen) schema’s te ontwikkelen.

Voordat we de diepte ingaan is het handig om eerst 3 begrippen te beschrijven.

Cognitieve belasting, schema’s en overbelasting

John Sweller hanteert in zijn theorie de begrippen cognitieve belasting, schema’s en overbelasting.

1. Cognitieve belasting

De Cognitieve Load theorie beschrijft dat het werkgeheugen een beperkte capaciteit heeft en dat overbelasting ervan de effectiviteit van het leren vermindert. Cognitieve belasting wordt in deze theorie gezien als een universele set van principes. Door deze principes te kennen krijgt men inzicht, waardoor men goed om leert te gaan met deze belasting. Want dit leidt volgens Sweller tot efficiënter leren.

Sweller beschrijft drie verschillende soorten cognitieve belasting:

  • Intrinsieke cognitieve belasting – hoe complex de taak is i.c.m. de al aanwezige schema’s.
  • Externe cognitieve belasting – irrelevantie of afleiding.
  • Germane cognitieve belasting – relevantie of het koppelen van nieuwe informatie aan de reeds opgeslagen informatie.

Deze theorie legt de focus op de belasting van het werkgeheugen bij een leerinstructie.

2. Schema’s

Mentale schema’s zijn processen die de hersenen gebruiken om problemen op te lossen die door andere soorten belasting worden aangeboden. Het is het ontwikkelen van een leerproces, waarin nieuwe informatie wordt geassimileerd om problemen te kunnen oplossen.

3. Overbelasting

Een overbelasting ontstaat als de aangeboden hoeveelheid mentale inspanning de verwerkingscapaciteit van het individu overschreidt.

Doel theorie

Deze theorie beschrijft vooral hoe overbelasting door de beperkte capaciteit van het werkgeheugen  en hoe deze geminimaliseerd of voorkomen kan worden.

Wat deze theorie beoogd is dat men op de hoogte is van de architectuur van cognitie en dat deze architectuur implicaties heeft op de wijze en vorm van leren en het leeraanbod. Het kent een vrij breed toepassingsgebied in het leerdomein: van instructie(materiaal), het bieden van kaders tot en met een conceptuele gereedschapskist.

In de huidige werkomgeving geld dat men ‘Cognitive overload’ dient te voorkomen. ‘Overload’ zou namelijk kunnen leiden tot frustraties, een lagere betrokkenheid en mogelijkerwijs tot een lagere bijdrage voor de organisatie.

In dit artikel worden ook Engelstalige benamingen gehanteerd, gewoonweg omdat deze termen in deze theorie beschreven zijn. De volgende paragraaf beschrijft dat deze theorie uit de jaren 80 nog steeds zeer actueel is.

Omgevingsprikkels

We zien een enorme toename van veranderingen, zowel in de maatschappij als in jouw werkomgeving. Elke dag worden we geconfronteerd met politieke, economische en andere ontwikkelingen. Zowel dichtbij huis als ook aan de andere kant van de wereld. Dagelijks worden we ‘gebombardeerd’ met duizenden stimuli.

Het effect hiervan kun je ook ervaren op de werkvloer, bestaande uit de drive om altijd sneller te willen ontwikkelen. Daar doen we vrijwel allemaal aan mee. Vaak ook (on)bewust.

Laten we het thuisbezorgen van bestelde producten eens als simpel voorbeeld nemen. Nog niet zo lang geleden gingen we altijd naar een winkel om producten te kopen, nu bestellen we vaak digitaal. In het begin waren we blij als het product geleverd werd, enthousiast als het bestelde binnen 2 weken geleverd werd. Maar inmiddels is het aanbod en de vraag veranderd.

Wellicht wil jij graag dat jouw digitale bestelling direct geleverd wordt. Dus niet over een paar dagen, morgen, binnen een paar uur, maar NU! Op dit moment is deze wens nog mede afhankelijk van het bestelde, want als jij jouw avondeten besteld dan wil je vermoedelijk dat de bezorger in no time voor de deur staat, een auto laten bezorgen duurt nog met iets langer. Het laten thuisbezorgen van producten beschouwen veel mensen als iets positiefs.

Veel organisaties kiezen (noodgedwongen) aan deze ‘rat race’ mee te doen, men kiest dan regelmatig voor het inzetten van een nieuwe technologie, bijv. vergaande automatisering, digitalisering of robotisering, welke ook weer onrust met zich mee zou kunnen brengen omdat het veranderen vereist. Dat brengt soms ook negatieve ontwikkelingen met zich mee, een toekomstscenario is dat een deel van de bevolking ‘overbodig’ wordt en een ander deel het ‘te druk’ heeft.

Werking geheugen

Deze theorie legt de focus op het werkgeheugen, het gemakkelijkste is om hiervoor een computer te nemen als voorbeeld. Want inmiddels begrijpt vrijwel iedereen hoe een traditionele computer werkt, het hanteert een werkgeheugen en een opslagmedium. Laten we dit eens op een eenvoudige manier vergelijken met het geheugen van mensen, dan blijkt de computer vrijwel identiek te zijn aan wat mensen doen. Geen wonder, want een computer is door de mens bedacht.

Mensen hanteren een kortetermijngeheugen (werkgeheugen) en een lange termijn geheugen (opslag). Het werkgeheugen is beperkt in de hoeveelheid informatie die het tegelijkertijd kan verwerken. Ieder mens is uniek, maar onderzoek heeft uitgewezen dat het menselijk werkgeheugen ca. 4 tot 8 stukjes informatie tegelijkertijd kan verwerken. Deze informatie gaat ca. 10 sec. mee.

Cognitive Load theorie - geheugen

Het lange termijn geheugen draagt zorg voor de organisatie en de structurering van informatie. In theorie is deze opslag niet beperkt en verstrekt het lange termijn geheugen informatie, als deze weer nodig is, aan het werkgeheugen. Hierdoor ontstaan mentale structuren die helpen met het snel ontsluiten de binnenkomende informatie.

Dat is natuurlijk heel mooi, maar zoals gezegd worden we in het huidige digitale tijdperk ‘gebombardeerd’ met informatie. En dan kan het spaak lopen, want deze enorme stroom aan informatie is, als je alles wilt verwerken, voor een mens niet te doen. Dat gaat dan fout in het werkgeheugen, die deze overweldigende informatiestroom niet aan kan.

Op individueel niveau is daar dus een klassieke cognitieve leertheorie voor, Het helpt je om eerst deze theorie te lezen, beter te begrijpen om vervolgens daarop te kunnen handelen.

De Cognitive Load Theory

De Cognitive Load Theory is in de 80-er jaren bedacht door John Sweller. Hij onderzocht hoe studenten problemen oplosten en kwam tot de conclusie dat dit niet ondersteunt werd door de beste leermethodiek. De studenten namen veel kennis tot zich, maar desondanks leidde dit niet tot een goede cognitieve schemaopbouw. Volgens Sweller werd dit veroorzaakt door het niet op de juiste manier van overdragen van informatie.

Sweller bood richtlijnen om de cognitieve belasting tijdens het leren te verminderen, door materiaal te (laten) ontwikkelen waardoor de studenten minder belast worden met ‘probleemoplossing’.

Hij beschreef dat er sprake is van een beperkte capaciteit is voor het werkgeheugen voor nieuwe informatie binnen een bepaald tijdbestek en in nog sterkere mate als de informatie complex is. Sweller stelde dat de cognitieve structuren die een mens hanteert zwaar belast kunnen worden en deze zelfs over de grens kunnen drijven. In spreektaal: overbelasting, afsluiting, kortsluiting etc.

Met behulp van de cognitieve belastingstheorie kun je cognitieve processen onderverdelen in specifieke categorieën.

3 soorten cognitieve belasting

Sweller beschreef dat het geheugen bestaat uit 3 soorten cognitieve belasting; intrinsieke belasting, extraneous belasting, en germane belasting. Deze begrippen worden nu verder uitgewerkt.

Intrinsieke cognitieve belasting

Intrinsieke cognitieve belasting ook wel Intrinsieke belasting heeft betrekking op het denk-gedeelte van de cognitieve leertheorie. De stelling is dat elke instructie een moeilijkheid kent die ermee verbonden is. Intrinsieke cognitieve belasting gaat over complexiteit.

Het maakt voor instrinsieke cognitieve belasting niet uit hoe het onderwerp wordt gepresenteerd door de aanbieder. Jouw probleemoplossende middelen zullen nodig zijn om het aangebodene te vatten. Je hersenen moeten het probleem nog steeds oplossen met behulp van een combinatie van lange termijn geheugen, korte termijn geheugen en strategische cognitie.

Jongleren is een goed voorbeeld: met 3 ballen is dit makkelijker dan met 10. De complexiteit neemt met elke extra bal toe. Je kunt deze belasting dus zelf verkleinen door een grote taak op te splitsen in kleine taken.

Sweller stelt dat deze inherente moeilijkheid niet kan worden weggehaald, maar wel worden opgesplitst en in delen worden overgedragen. Daarna kunnen de delen weer worden samengevoegd tot 1 geheel.

Extraneous Cognitive Load

De tweede belasting wordt Extraneous Cognitive load (externe belasting) genoemd en dit beschrijft dat de wijze van het presenteren van het nieuwe materiaal een belangrijke rol speelt. Want de hoeveelheid ‘denkwerk’ heeft invloed op het leervermogen. Extraneous Cognitive Load gaat over irrelevantie.

driehoek
Driehoek

Sommigen noemen dit zelfs de irrelevante belasting, veroorzaakt door dingen die je afleiden van het doel. Dit wordt ook de presentatie van het ontwerp genoemd, de manier waarop de informatie aan lerenden wordt gepresenteerd. De presentator kan je vrij ruim definiëren, het is je collega die iets uitlegt, een coach, een klant, een leraar, je partner etc.

Laten we als voorbeeld eens een vraag stellen over een driehoek: ‘Vertel maar eens hoe die er uit ziet…’ De kans is groot dat je zegt: ‘teken ik wel even voor je, kan je het zien!’ We weten immers allemaal dat een driehoek tonen veel onduidelijkheid in communicatie voorkomt.

Nu lijkt het voorbeeld van een driehoek een simpel voorbeeld. Deze tekening is zo gemaakt, maar dit wordt echter al heel anders als er een storende informatie is toegevoegd.

Cognitive Load Theorie - driehoek en verstoringen

Voorbeeld Extraneous Cognitive Load

Begrijp je bovenstaande afbeelding in één keer? Nu lijkt dit een gek voorbeeld, maar in jouw werkomgeving kan je zo maar worden geconfronteerd met hard geluid, een taal die je nog niet kent, een code die je niet kunt lezen of informatie die niet aansluit bij de tekening.

Wees je er ook van bewust dat er er auditief ingerichte individuen zijn, die ervaren visuele overdracht mogelijk als een belasting. Bij het afbeelden van een eenvoudige driehoek zal dit niet zo snel een issue zijn, maar wees je bewust dat dit in andere gevallen wel speelt.

Dit voorbeeld gaat eigenlijk over taken en afleidingen die niet bijdragen aan het doel. Je kunt dit effect verzwakken door grote taken op te splitsen of het aantal taken te verkleinen. In agile werken passen we dit continu toe, door te werken met een backlog en grote brokken werk op te splitsen in kleinere taken.

Extraneous Cognitive Load toont dat je als informatieverstrekker dient na te denken over hoe je de informatie met zo min mogelijk belasting kunt overbrengen.

Germane Cognitieve Belasting

Germane belasting is de belasting die wordt gebruikt bij het vormen van nieuwe schema’s. Anders gezegd: het is de manier waarop men de geheugencapaciteit en intelligentie gebruikt om nieuwe (complexe) mentale schema’s te creëren. Germane Cognitieve Belasting gaat over relevantie.

Dit wordt door sommigen ook wel de relevante belasting genoemd, het gaat dan om de belasting die ontstaat door taken die relevant zijn voor het doel. Herhaling en variatie in context helpt om het geleerde in een bredere context en in verschillende situatie toe te passen. Mooie praktijkvoorbeelden zijn: in verschillende werkomgevingen leren en pair programming, waarbij éen meer ervaring heeft. Dan worden perspectieven en vaardigheden overgedragen door een moderne leer- en werkmethode.

Mentale schema’s zijn processen die de hersenen gebruiken om problemen op te lossen die door andere soorten belasting worden aangeboden. Het is het ontwikkelen van een leerproces, waarin nieuwe informatie wordt geassimileerd om problemen te kunnen oplossen. Dit is dus de belasting die het mogelijk maakt om van beginner naar expert te gaan, zie hiervoor het artikel: Wat is het Dreyfus model.

Voorbeeld germane cognitieve belasting

Een simpel voorbeeld maakt duidelijk wat een mentaal schema is. Neem een willekeurige rekensom, wil je de volgende som oplossen? 1.111.343 + 3 = …….. ?

Dat was makkelijk, toch? Wat je vermoedelijk zelf niet meer bewust bent is dat je dit alleen kunt als je eerder hebt geleerd om 2 items bij elkaar op te tellen (bijv. 1+1), daarna hebt geleerd om daar nog een item bij op te tellen. (bijv. 2+2+2). Vervolgens bouw je dit leerpad verder uit en dan bouw je complexe schema’s op. Gebaseerd op regels die niet veranderen.

Deze regels vormen dus een schema waar de meeste mensen op terug kunnen vallen. Deze schema’s komen dus door een schema opbouw tot stand, door zelfinspanning kan je leren en de informatie onthouden. Als deze opbouw succesvol plaatsvindt dan is de Germane cognitieve belasting succesvol. Het interessante van deze belasting is dat degene die de kennisoverdracht doet, hier een belangrijke rol in kan spelen.

Hoe komt het samen?

Het werkgeheugen bepaalt het begrijpen en verwerken van aangeboden instructies (informatie), want alleen als het werkgeheugen niet overbelast wordt zal informatie kunnen worden opgeslagen in het lange termijn geheugen.

In 2006 kwam Clipperfield met een mooie aanvulling op de theorie, hij stelde dat er voor een probleem of taak de Intrinsieke belasting niet kan worden veranderd, maar de Germane en Extraneous belasting wel. Zie onderstaande afbeelding.

Cognitive Load Theorie - John Sweller

De Germane en Extraneous belasting zijn omgekeerd evenredig met elkaar en kunnen variëren. Dit impliceert dat hoe minder onnodige belasting, des te meer ruimte is voor relevante belasting. Hierdoor ontstaat ruimte om de leeractiviteit anders in te richten, waardoor schematische vorming tot stand kan komen.

10 tips m.b.t. cognitieve belasting

Wellicht herinner je informatieaanbod uit het verleden, waar je na het zien en/of aanhoren niets van begreep.

Dat is een mooi voorbeeld van het niet goed aanbieden en het verwerken van de informatie. De ‘instructeur’ en jij zaten op twee verschillende golflengten. Waardoor cognitieve belasting een rol speelde. Met toepassing van de volgende methoden kan je dit trachten te voorkomen.

1. (Her)ken het begrip

Het begint met de realisatie dat cognitieve belasting bestaat en het begrijpen hoe ‘overload’ tot stand komt.

2. Voorkom aannames

Een veelvoorkomende fout die tot overbelasting leidt is de aanname m.b.t. het kennisniveau van betrokkenen. Als men aanneemt te kunnen voortbouwen op kennis die er niet of gedeeltelijk is dan ontstaat gemakkelijk cognitieve overbelasting.

Dit werkt 2 kanten op. Voor de informatiedeler geldt dat deze de expertise kan meten en het ‘te leren’ daarop kan aanpassen. Voor de ontvanger geldt dat deze moet vragen om meer context of informatie als het aangebodene niet aansluit bij de bestaande kennis of gewoonweg onduidelijk is.

Laten we nog even kijken naar de eerder getoonde driehoek. Je weet vast nog wel dat er meerdere vormen van driehoeken zijn: onregelmatige driehoeken, rechthoekige driehoek, gelijkbenige driehoek, gelijkzijdige driehoek, scherphoekige driehoek en stomphoekige driehoek. Als je nu de aanname doet dat men in staat is om de oppervlakte te berekenen, dan ga je ervan uit dat men voornoemde verschillen kent, de verschillende formules kent en deze correct weet toe te passen.

3. Beperk afleidingen

Tijdens het leermoment dienen zo min mogelijk afleidingen te zijn. Zet alles uit en focus al je energie op de taak. Sluit je af van social media en idealiter beloon je jezelf als je klaar bent.

4. Splitsen

Deel de uitdaging op in kleine stukjes, gebruik daarbij voorbeelden van eerder (deels) opgeloste problemen. Bouw op, confronteer ‘de ontvanger’ niet met een onoverzichtelijke totaalplaat.

5. Focus

Zorg ervoor dat de volledige concentratie is op de ene taak, die je binnen een bepaalde tijd wilt verrichten. Denk dus ook aan het toepassen van time management.

6. Gebruik meerdere kanalen

Het werkgeheugen kan meer aan als er verschillende aanbodmethoden worden gebruikt. Men kan dus beter visueel en auditief aanbieden. Zorg ervoor dat de verschillende methoden elkaar aanvullen.

7. Toon en praat

Uit onderzoek is gebleken dat iets tonen en er dan over praten het werkgeheugen minder belast. Zorg dan wel dat plaatje en praatje op elkaar aansluiten.

8. Vermijdt conflicten in de presentatie

Zorg ervoor dat beeld, tekst en praten goed op elkaar zijn aangesloten. Toon bijvoorbeeld geen driehoek en vierkant als het gesprek alleen over een driehoek gaat. Of dat het getoonde plaatje en beschrijving niet aansluiten. Het effect is dat men dan de aandacht gaat verdelen tussen de diverse middelen, wat kan leiden tot cognitieve overbelasting.

9. Minder als het kan

Beperk herhalingen en overbodige informatie zoveel mogelijk, zodat de belasting van het werkgeheugen wordt verminderd. Denk hierbij maar eens aan wiskunde versus het hanteren van een bloemrijke taal.  

10. Spreek je uit

Als je gefrustreerd raakt of stress ervaart, omdat je het aangebodene niet begrijpt of niet meer kunt volgen, spreek je uit. Dan kan de aanbieder het leeraanbod veranderen, daar leert de aanbieder overigens ook door.

Als je bovenstaande tips hanteert dan zal de aangeboden informatie makkelijk kunnen worden opgenomen en verwerkt. Daardoor zal men eerder de aangeboden vaardigheden aanleren en verder kunnen laten groeien.

Wat zie je bij teams?

Tot nu toe is veel geschreven op individueel niveau, maar de cognitieve belasting theorie is ook toepasbaar op teams. Teams bestaan uit individuen, het makkelijkste lijkt het dan om de cognitieve capaciteit bij elkaar op te tellen.

Als er echter geen rekening wordt gehouden met de cognitieve belasting, kunnen teams onder druk komen te staan. Bij cognitieve overbelasting van een team is wellicht het allergrootste risico is dat men zich terugtrekt op een eiland. Men stopt met het delen van informatie, werkt niet meer samen met anderen en men gaat zich focussen zich op het teamdoel en richten ze zich niet meer op het bedrijfsdoel.

Hanteer geen ‘snelle’ oplossingen

Van belang is dan om niet naar ‘snelle’ oplossingen te grijpen. Het team staat mogelijk onder grote druk om (onmogelijke) targets te halen. Daarnaast is er een overvloed aan gegevens, vragen en verantwoordelijkheden, maar wellicht nog belangrijker is dat het kunnen leren is afgesloten. Men zit in de doe-stand, waar op de automatische piloot wordt gehandeld.

En als de opdrachtgever dan in eerste instantie toch vraagt om door te gaan met hard werken, aanpassen en te doen wat er gevraagd wordt, zie je waarschijnlijk een ander effect dan je in eerste instantie verwacht. Het effect is namelijk dat men dan alles wil gaan meenemen. Men voelt zich nog steeds verantwoordelijk en het team neemt de verantwoordelijkheid breder en zal ook trachten om andere domeinen te gaan beïnvloeden.

Dit lijkt in eerste instantie een prachtige uitkomst, maar omdat er geen ruimte meer is in het werkgeheugen, leert men niet meer en dan komt een PDCA cirkel ook niet meer tot stand. Het team worstelt uiteindelijk met alles.

Vaststellen mogelijke overload

Een goede graadmeter is de constatering of het team nog openstaat om te leren. Want (nog even in herinnering) als het werkgeheugen overloopt, kan er niet meer geleerd worden. Als er niet meer geleerd kan worden, kan men niet verbeteren. Dit brengt stress, werkdruk, uitval en een dalende productiviteit.

Wat je dan feitelijk waarneemt in teams is dat de autonomie, meesterschap en doelgerichtheid niet meer in balans zijn. De mogelijke signalen die hierbij horen zijn: matige prioritering, te brede scope, voorheen succesvol, meesterschap loopt terug, context ontbreekt, kosten lopen op, sprints die niet meer opleveren wat er is toegezegd, vertragingen, kwaliteitsproblemen, mogelijk zelfs conflicten en veelal een afname van de motivatie van de teamleden.

Vanzelfsprekend zijn er nog meer signalen, maar het aanpakken van deze signalen zou kunnen starten met na te denken over de cognitieve belasting. Hoe kan je deze beperken zodat men weer ‘headspace’ krijgt? Denk dan ook eens aan het herinrichten van de agile ritmieken, teamgrootte, grenzen (met andere teams), verantwoordelijkheden, feedback, communicatie en wellicht een andere inrichting van de organisatie.

Een van de recentere theorieën die zich richt op dit fenomeen is Team Topologies. Dit zal in een later te verschijnen artikel worden beschreven.

Samenvatting

John Sweller beschrijft cognitieve belasting als: ‘de totale hoeveelheid mentale inspanning die in het werkgeheugen wordt gebruikt’. Hij hanteert daarbij 3 verschillende cognitieve belastingen. Intrinsieke cognitieve belasting, Externe cognitieve belasting en Germane cognitieve belasting.

Volgens de Cognitive Load theorie van Sweller zal nieuwe informatie van het werkgeheugen naar het langetermijngeheugen verplaatst moeten worden om te leren. Dit impliceert dat zowel het instructiemateriaal als de omgeving zo min mogelijk afleidingen moeten brengen. Wanneer informatie gemakkelijk kan worden opgenomen, dan zal het leerproces voor een cursist beter verlopen.

Deze theorie is inmiddels verweven in vrijwel alle opleidingen, we vinden het eigenlijk heel gewoon om informatie op een juiste manier aangeboden te krijgen. Dat daar een hele denkwereld achter zit, is men zich regelmatig niet meer van bewust. En toch, zodra je een presentatie voorbereid weet je dat de inhoud beter overkomt als je onderstaande tips toepast:

  • Verwijder alle irrelevante informatie.
  • Vereenvoudig complexe informatie.
  • Geef context door voorbeelden (vooral in het begin).
  • Combineer visuele en auditieve informatie.
  • Beperk de ondersteuning, laat mensen zelf voortbouwen.

Een mooi voorbeeld van hoe de Cognitive Load theorie ingezet kan worden. Niet behorend tot deze theorie, maar ook interessant om te lezen zijn andere artikelen over leren: Wat zijn de leerstijlen van Kolb en Blooms taxanomie.

Leave a Comment