Mecanismos de Agrupamiento y Aprendizaje

Definición

Un chunk (fragmento) es una unidad significativa de información construida a partir de piezas más pequeñas de información, y el chunking (agrupamiento) es el proceso de crear un nuevo fragmento. Por lo tanto, un chunkfragmento puede considerarse como una colección de elementos que tienen fuertes asociaciones entre sí, pero con asociaciones débiles con elementos de otros fragmentos. Los fragmentos, que pueden ser de diferentes tamaños, son utilizados por los sistemas de memoria y, en general, por el sistema cognitivo. Dentro de esta definición general, se pueden diferenciar dos significados adicionales. En primer lugar, puede considerarse como un proceso deliberado y consciente, denominado agrupamiento (chunking) orientado a objetivos. En segundo lugar, puede entenderse como un proceso más automático y continuo que ocurre durante la percepción, conocido como  agrupamiento (chunking) perceptual.

Antecedentes teóricos

El mecanismo de chunking fue propuesto inicialmente por De Groot (1946/1978) en su estudio sobre la percepción, memoria y resolución de problemas de los expertos en ajedrez, para explicar su capacidad de recordar posiciones brevemente presentadas con un alto nivel de precisión. También fue un elemento clave en el artículo clásico de Miller (1956) sobre las limitaciones de la capacidad de procesamiento de la información en los humanos. Miller propuso que los chunks son la medida adecuada de la información en el sistema cognitivo humano y que la memoria a corto plazo puede retener aproximadamente 7 ± 2 chunks. Chase y Simon (1973) propusieron una teoría general de los procesos que subyacen al chunking.

Es interesante destacar que los enfoques de De Groot y de Chase y Simon enfatizan la naturaleza implícita de los chunks, considerándolos el resultado de un proceso de aprendizaje automático a menudo denominado agrupamiento perceptual. En cambio, la visión de Miller enfatiza un tipo de chunking estratégico y orientado a objetivos, donde la agrupación es esencialmente una recodificación de la información en una forma más eficiente. Por ejemplo, el número binario de 9 dígitos 101000111 puede recodificarse como el número decimal de 3 dígitos 327, lo que facilita su procesamiento y memorización. 

La presencia de chunks explica cómo los humanos, a pesar de sus limitaciones cognitivas estrictas en memoria, atención y velocidad de aprendizaje, pueden manejar eficientemente las demandas del entorno. El chunking ha sido establecido como uno de los mecanismos clave de la cognición humana y desempeña un papel importante en la conexión entre los procesos cognitivos internos y el entorno externo.

Evidencia Empírica

Existe una gran cantidad de evidencia empírica que respalda la noción de chunking, por ejemplo, en nuestra capacidad para percibir palabras, frases o incluso párrafos como unidades únicas, sin necesidad de representarlos como colecciones de letras o fonemas. Esto explica cómo los lectores expertos pueden ser insensibles a la repetición o eliminación de palabras. 

Se encuentra una evidencia particularmente sólida en aquellos estudios que utilizan información sobre el tiempo de respuesta para inferir la presencia de chunks. El uso de los tiempos de respuesta supone que la producción de elementos dentro de un chunk será más rápida que la producción de elementos entre chunks diferentes. Esto se debe a que los elementos dentro de un chunk pertenecen a la misma estructura y comparten varias relaciones entre sí.

Existe una sólida evidencia empírica que confirma que las pausas de los sujetos son más cortas dentro de los chunks que entre chunks distintos. Por ejemplo, la información sobre el tiempo muestra que, cuando se recita el alfabeto, las letras se agrupan en conjuntos más pequeños (clusters), y estos a su vez en superconjuntos (super-clusters). Además, cuando los sujetos son entrenados para aprender alfabetos con un orden de letras desordenado, también recuerdan las letras en ráfagas de actividad seguidas de una pausa, lo que proporciona evidencia de la existencia de clusters.

La evidencia empírica más sólida sobre los chunks se basa en su inferencia a partir de varios métodos convergentes. Por ejemplo, estudios sobre ajedrez han demostrado que los chunks identificados a través de las latencias en la recuperación de memoria o en la colocación de piezas de ajedrez tienen una alta correlación con los chunks identificados según el número de relaciones compartidas entre piezas colocadas sucesivamente.

Al analizar los patrones seleccionados por los jugadores de ajedrez dentro de una posición en función de diversas relaciones naturales (como proximidad, color y relaciones de ataque o defensa), se hace evidente que las relaciones dentro de un chunk son mucho más fuertes que las relaciones entre chunks distintos. Este patrón se observó tanto cuando se pedía a los sujetos colocar piezas en el tablero a partir de la memoria (usando los tiempos de respuesta para separar los grupos) como cuando se les pedía copiar un tablero (utilizando la presencia de miradas entre los dos tableros para identificar los grupos). 

Se ha descubierto evidencia empírica adicional sobre el chunking en diversas áreas, incluyendo el aprendizaje de gramáticas artificiales, la resolución de problemas y la investigación en animales.

Teoría de la fragmentación y su Desarrollo

La teoría del chunking, desarrollada por Chase y Simon (1973), fue un intento importante de formalizar los mecanismos asociados con el chunking. Postulaba que la atención es un proceso secuencial y que la memoria a corto plazo está limitada a aproximadamente siete elementos (el número mágico de Miller). Cuando los individuos adquieren información sobre un dominio a través de la práctica y el estudio, acumulan un número creciente de chunks, que tienden a hacerse más grandes hasta un límite de cuatro o cinco elementos. 

Mientras que se asume que el aprendizaje es un proceso lento (alrededor de 10 segundos por chunk), el reconocimiento de la información almacenada en un chunk ocurre en cuestión de cientos de milisegundos. Otro supuesto importante es que los chunks están vinculados a información potencialmente útil. Por ejemplo, en el ajedrez, el dominio en el que la teoría fue aplicada por primera vez, un chunk podría proporcionar información sobre movimientos potencialmente beneficiosos (…).

Los chunks ayudan en tareas de recuerdo, ya que permiten almacenar grupos de piezas en la memoria a corto plazo en lugar de piezas individuales. También facilitan la resolución de problemas, ya que algunos chunks, al estar asociados con información útil, proporcionan pistas sobre qué tipo de acción tomar. Además, hay evidencia de que las personas, en particular los expertos en un dominio, utilizan representaciones de nivel superior más complejas que los chunks. 

Por ejemplo, los datos de la investigación en ajedrez indican que, en ocasiones, los grandes maestros pueden manejar una posición completa de hasta 32 piezas como una sola unidad. Asimismo, investigaciones sobre la experiencia sugieren que, en algunos casos, la información puede codificarse en la memoria a largo plazo más rápido de lo que propone la teoría del chunking (10 segundos por chunk).  En conjunto, estos resultados llevaron a una revisión de la teoría del chunking, dando lugar a la teoría de las plantillas (template theory) de Gobet y Simon (1996).

Teoría de las Plantillas

La teoría de las plantillas (template theory) propone que los chunks utilizados con frecuencia se convierten en plantillas, un tipo de esquema cognitivo. Una plantilla consta de un núcleo, que contiene información constante, y de espacios (slots), donde se puede almacenar información variable. La presencia de plantillas expande considerablemente la capacidad de memoria de los expertos.

Una dificultad metodológica en la investigación sobre el chunking ha sido identificar con precisión los límites entre los chunks. Por ejemplo, la explicación más directa para observar un conjunto de acciones como un chunk es que las acciones se representen internamente como una unidad única y, por lo tanto, sean recuperadas y producidas juntas. Sin embargo, también es posible que un sujeto planifique sus acciones de salida con anticipación y, por ello, divida secuencias largas en subpartes (por ejemplo, hacer una pausa para respirar al recitar el alfabeto) o, por el contrario, agrupe secuencias cortas en lo que parecen ser unidades más largas (por ejemplo, cuando un segundo chunk comienza naturalmente donde terminó el primero).

Distinguir entre estos tipos de procesamiento solo es posible con la ayuda de un modelo computacional, que permite identificar con precisión los elementos de información que el sujeto conoce en un momento dado (Gobet et al., 2001). La ventaja de utilizar modelos computacionales se discute con más detalle en la entrada sobre Aprendizaje en la arquitectura cognitiva CHREST, un modelo basado en la teoría de las plantillas.

Aplicaciones en Educación

Las teorías basadas en chunks, como la teoría del chunking y la teoría de las plantillas, no solo proporcionan una explicación poderosa del aprendizaje y del comportamiento experto, sino que también ofrecen información útil sobre cómo ocurre el aprendizaje en el aula y cómo podría mejorarse (Gobet, 2005). A continuación, se analizan brevemente algunas de sus implicaciones para la educación (se presentan más principios en la Tabla 1).

Tabla 1. Principios educativos derivados de las teorías basadas en chunks (después de Gobet, 2005).

• Enseñar de lo simple a lo complejo.
• Enseñar desde lo conocido hacia lo desconocido.
• Identificar claramente los elementos que deben ser aprendidos.
• Utilizar una “espiral de mejora”, en la que se retomen los mismos conceptos e ideas y se añada información nueva cada vez más compleja.
• Enfocarse en un número limitado de tipos de situaciones problema estándar y enseñar a fondo los distintos métodos para resolverlas.
• La repetición es necesaria. Repasar el mismo material varias veces, utilizando diferentes puntos de vista y una amplia variedad de ejemplos.
• Al inicio, no fomentar que los estudiantes realicen su propio análisis de situaciones problema bien conocidas, ya que aún no poseen los conceptos clave.
• Incentivar a los estudiantes a encontrar un equilibrio entre el aprendizaje memorístico y la comprensión

Una primera implicación de las teorías basadas en chunks es que la adquisición de un nuevo chunk tiene un costo en tiempo, por lo que el tiempo dedicado a la tarea es esencial, ya sea en matemáticas o en danza. Como lo documenta la investigación sobre la práctica deliberada, la práctica debe adaptarse al objetivo de mejorar el rendimiento. 

Las teorías basadas en chunks otorgan un papel central a la atención; un ejemplo de ello es el modelo CHREST, por lo que estas teorías son modelos adecuados para la práctica deliberada. En particular, el conocimiento conceptual se construye sobre habilidades perceptuales, que a su vez deben estar ancladas en ejemplos concretos. Por lo tanto, los planes de estudio deben proporcionar medios para adquirir chunks perceptuales dentro de un dominio específico.

Existen diversas formas útiles de dirigir la atención y fomentar la adquisición de chunks perceptuales: segmentar el currículo en componentes naturales con el tamaño y dificultad adecuados; presentar estos componentes en un orden óptimo y con retroalimentación apropiada; y resaltar las características importantes de un problema.

Si el chunking perceptual es un mecanismo clave para almacenar conocimiento, una consecuencia clara es que la transferencia del conocimiento entre dominios será difícil. Lamentablemente para los estudiantes, esta predicción es correcta tanto en el ámbito escolar como en habilidades más específicas, como los deportes y las artes. Más de 100 años de investigación han demostrado que la transferencia entre dominios solo es posible cuando los componentes de las habilidades requeridas en cada dominio se superponen. Por lo tanto, podría ser útil complementar la enseñanza de conocimientos específicos con la enseñanza de metaheurísticas, que incluyen estrategias sobre cómo aprender, cómo dirigir la atención y cómo monitorear y regular los recursos cognitivos limitados.

Como se mencionó anteriormente, una idea clave en la teoría de Chase y Simon (1973) es que los chunks perceptuales pueden usarse como condiciones para acciones, lo que lleva a la adquisición de producciones (unidades de conocimiento que combinan condiciones y acciones). En este sentido, un aspecto importante de la educación es equilibrar la adquisición de la parte condicional y la parte de acción de las producciones. Otro aspecto fundamental de la educación es fomentar la adquisición de plantillas (templates o schemata). Las plantillas se crean cuando el contexto ofrece tanto información constante como variable. Como consecuencia, y tal como está bien establecido en la literatura educativa, la variabilidad en el aprendizaje es esencial para la formación de plantillas.

Finalmente, las teorías basadas en chunks son bastante abiertas a la posibilidad de grandes diferencias individuales en las capacidades cognitivas de las personas. En particular, aunque postulan parámetros fijos para la capacidad de memoria a corto plazo y las tasas de aprendizaje, es plausible que estos parámetros varíen entre individuos. Además, las diferencias en el conocimiento previo conducirán a diferencias individuales en el rendimiento.

Una predicción clara de las teorías basadas en chunks es que las diferencias individuales juegan un papel importante en las primeras etapas del aprendizaje, como es típico en la instrucción en el aula, pero tienden a ser menos relevantes después de que los estudiantes han adquirido grandes cantidades de conocimiento a través de la práctica y el estudio.

Investigaciones Científicas Importantes y Preguntas Abiertas

Las teorías basadas en chunks han impulsado una intensa investigación en varios aspectos del aprendizaje y la experiencia. Un primer aspecto es la adquisición del lenguaje, donde investigaciones recientes han demostrado que el chunking desempeña un papel clave en el desarrollo del vocabulario y de las estructuras sintácticas. Un segundo aspecto está relacionado con la base neurobiológica del chunking. Resultados recientes indican que los chunks perceptuales se almacenan en el lóbulo temporal, en particular en el giro parahipocampal y el giro fusiforme. Otros temas que están siendo investigados incluyen el efecto del orden en el aprendizaje, y en particular, cómo se pueden diseñar los currículos para optimizar la transmisión del conocimiento. 

Una posible dirección para futuras investigaciones es el diseño de tutores computacionales que utilicen los principios del chunking para enseñar diversos materiales, optimizando la instrucción según las habilidades y el nivel de cada estudiante, proporcionando planes de estudio personalizados, ofreciendo retroalimentación adecuada y enseñando estrategias de aprendizaje.

Referencias cruzadas

• Racionalidad limitada y aprendizaje
• Toma de decisiones y aprendizaje
• Práctica deliberada
• Desarrollo de la experiencia
• Aprendizaje en la arquitectura cognitiva CHREST
• Esquema

Referencias

1. Gobet, F., & Simon, H. A. (1996). Templates in chess memory: A mechanism for recalling several boards. Cognitive Psychology, 31, 1-40.
2. Chase, W. G., & Simon, H. A. (1973). Perception in chess. Cognitive Psychology, 4, 55-81.
3. De Groot, A. D. (1978). Thought and choice in chess(primera edición en holandés en 1946). La Haya: Mouton Publishers.
4. Gobet, F. (2005). Chunking models of expertise: Implications for education. Applied Cognitive Psychology, 19, 183-204.
5. Gobet, F., Lane, P. C. R., Croker, S., Cheng, P. C-H., Jones, G., Oliver, I. & Pine, J. M. (2001). Chunking mechanisms in human learning. TRENDS in Cognitive Sciences, 5, 236-243.
6. Miller, G. A. (1956). The magical number seven, plus or minus two: Some limits on our capacity for processing information. Psychological Review, 63, 81-97.

• Definiciones

  • Chunk: Una unidad significativa de información construida a partir de piezas más pequeñas de información.
  • Chunking: El proceso de creación de nuevos chunks en la memoria a largo plazo.
  • Capacidad de la memoria a corto plazo: La cantidad máxima de información que puede retenerse en la memoria a corto plazo en un momento dado.
  • Teoría del chunking: Teoría desarrollada por Chase y Simon en 1973, que explica cómo los expertos superan las limitaciones de los procesos cognitivos mediante la adquisición de conocimiento específico de un dominio, en particular a través de pequeñas unidades significativas de elementos interconectados (chunks).
  • Teoría de las plantillas (Template theory): Teoría sobre la experiencia, desarrollada en 1996 por Gobet y Simon, basada en la teoría del chunking, que propone que los chunks bien elaborados dan lugar a unidades más grandes y significativas llamadas plantillas (templates).

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