Teorie kognitivního vývoje Jeana Piageta byla kritizována z mnoha důvodů. Jedna kritika se týká samotné podstaty vývoje. Je naznačováno, že Piagetova teorie nevysvětluje, proč dochází k vývoji od stádia k stádiu. Teorie je také kritizována za ignorování individuálních rozdílů v kognitivním vývoji. To znamená, že teorie nepočítá s faktem, že někteří jedinci se pohybují od stádia k stádiu rychleji než jiní jedinci. A konečně, další kritika se týká samotné povahy stádií. Výzkum ukazuje, že fungování člověka v daném věku může být tak proměnlivé od domény k doméně, jako je chápání sociálních, matematických a prostorových konceptů, že není možné umístit člověka do jednoho stádia. K odstranění těchto slabin skupina výzkumníků, kteří jsou známí jako neopiagetovští teoretici, pokročila v modelech, které integrují koncepty z Piagetovy teorie s koncepty z kognitivní a diferenciální psychologie.
Teorie Juana Pascuala-Leoneho
Zpočátku neopiagetští teoretici vysvětlovali kognitivní růst v Piagetově stádiu tím, že se odvolávali na schopnost zpracování informací jako na příčinu jak vývoje od jednoho stádia k dalšímu, tak individuálních rozdílů ve vývojové rychlosti. Juan Pascual-Leone byl první, kdo tento přístup prosadil. Konkrétně tvrdil, že lidské myšlení je organizováno na dvou úrovních. První a zásadnější úroveň je definována mentální silou nebo kapacitou. To znamená, že tato úroveň zahrnuje procesy, které definují objem a druh informací, které jednotlivec může zpracovat. Pracovní paměť je funkčním projevem mentální síly. Kapacita pracovní paměti je obvykle specifikována v odkazu na počet informačních bloků nebo jednotek, které člověk může mít současně na paměti v daném okamžiku. Druhá úroveň zahrnuje mentální obsah jako takový. To znamená, že zahrnuje pojmy a schémata týkající se fyzického, biologického a sociálního světa a symboly, které používáme k odkazování na ně, jako jsou slova, čísla, mentální obrazy. Zahrnuje také mentální operace, které na nich můžeme provádět, jako jsou aritmetické operace s čísly, mentální rotace na mentálních obrazech atd. Pascual-Leone navrhl, že zvýšení počtu mentálních jednotek, které člověk může současně reprezentovat, činí osoby schopnými zvládnout složitější pojmy. Například člověk musí být schopen mít na paměti dvě mentální jednotky, aby byl schopen rozhodnout, zda je jedno číslo větší než druhé. Aby byl schopen je sčítat, musí být člověk schopen držet tři jednotky, to znamená dvě čísla plus aritmetickou operaci, která má být použita, jako je sčítání nebo odčítání. Aby byl člověk schopen pochopit proporcionalitu, musí být schopen mít na paměti pět jednotek, to znamená dva páry čísel, které mají být porovnány, a jejich vztah.
Podle Pascuala-Leoneho je mentální síla rovna 1 schématu nebo jednotce informace ve věku 2-3 let a zvyšuje se o jednu jednotku každý druhý rok, dokud nedosáhne svého maxima 7 jednotek ve věku 15 let. Tvrdil, že klasické Piagetovy fáze předoperačního, intuitivního, raného betonu, pozdního betonu, přechodu z betonu do formálního, raného formálního a pozdního formálního myšlení vyžadují mentální sílu 1, 2, 3, 4, 5, 6 a 7 mentálních jednotek. Mít menší stupeň mentální síly, než vyžaduje úkol, znemožňuje řešení tohoto úkolu, protože potřebné vztahy nelze znázornit a vypočítat. Každé zvýšení mentální síly s věkem tak otevírá cestu pro konstrukci konceptů a dovedností až na novou úroveň kapacity. Nedostatek nebo překročení mentální síly, která je typická pro daný věk, má za následek pomalejší, respektive rychlejší tempo vývoje.
Na základě Pascual-Leone několik dalších výzkumníků pokročilo alternativní modely rozvoje kapacit. Robbie Case odmítl myšlenku, že změny zpracovatelských kapacit lze popsat jako progresi podél jediné vývojové linie Pascual-Leone. Místo toho tvrdil, že rozvoj zpracovatelských kapacit recykluje po sobě jdoucích čtyřech hlavních fázích a že každá z nich je charakterizována odlišným druhem mentálních struktur. Tyto fáze odpovídají Piagetovým hlavním fázím senzoricko-motorického, předprovozního, konkrétního provozního a formálního provozního myšlení. Každá z těchto čtyř fází zahrnuje vlastní struktury výkonné kontroly, které jsou definovány médiem reprezentace a typem vztahů, které jsou na dané fázi možné.
Struktury výkonné kontroly
Case také tvrdil, že vývoj v rámci každé z těchto čtyř hlavních etap se vyvíjí ve stejném sledu následujících čtyř úrovní složitosti: (1) provozní konsolidace (kdy lze uvažovat o konkrétní mentální jednotce specifické pro každou ze čtyř výše uvedených hlavních etap, jako je akce ve fázi sensorimotoriky, slovo ve fázi relace, číslo v dimenzionální etapě atd.); (2) unifokální koordinace, (kdy dvě takové jednotky mohou být vzájemně propojeny); (3) bifokální koordinace, (kdy tři takové jednotky mohou být vzájemně propojeny); (4) propracovaná koordinace, (kdy čtyři takové jednotky mohou být vzájemně propojeny). Struktury rostoucí složitosti tak mohou být řešeny na každé ze čtyř úrovní. Podle Casea je toto rozšíření kapacity krátkodobého úložného prostoru způsobeno zvyšující se provozní efektivitou. To znamená, že se zlepšuje velení operací, které definují jednotlivé druhy struktur výkonné kontroly, čímž se uvolňuje prostor pro reprezentaci cílů a záměrů. Například počítání se s věkem zrychluje, což dětem umožňuje mít na paměti větší počet.
Postupná stádia však nejsou nesouvisející. To znamená, že konečná úroveň dané fáze je zároveň první úrovní následující fáze. Když je například pojem čísla dobře zaveden na konečné úrovni propracované koordinace relační fáze, umožňuje dětem vnímat čísla jako vzájemně příbuzná a to je ekvivalentní první úrovni operativní konsolidace následující dimenzionální fáze. Když tedy struktury dané fáze dosáhnou dané úrovně složitosti (která odpovídá úrovni propracované koordinace), je vytvořena nová mentální struktura a cyklus začíná od začátku.
Centrální koncepční struktury
Case si uvědomil, že v organizaci a rozvoji různých domén se mohou vyskytovat variace, a to kvůli rozdílům v tom, jak je smysl organizován v každé z domén. Konkrétně Case si uvědomil, že existují centrální konceptuální struktury. Jedná se o „sítě sémantických not a vztahů, které mají extrémně širokou (ale ne celosystémovou) oblast použití a které jsou klíčové pro fungování dětí v této doméně.“ Case a jeho kolegové identifikovali centrální konceptuální struktury pro veličiny, prostor, sociální chování, vyprávění, hudbu a motorické chování. Každá z těchto struktur má zahrnovat soubor základních procesů a principů, které slouží k organizování širokého spektra situací; například koncept více a méně pro veličiny, sousedící a inkluzivní vztahy pro prostor a akce a záměry pro sociální chování. Jedná se tedy o velmi široké struktury, ve kterých může být vybudováno mnoho výkonných řídících struktur, v poměru ke zkušenostem a potřebám jedince. Například v centrální koncepční struktuře, která organizuje veličiny, mohou být vybudovány výkonné řídicí struktury pro řešení aritmetických problémů, pro obsluhu vyvažovacích nosníků, pro reprezentaci domovských lokalit podle jejich adresy na ulici atd. Stručně řečeno, centrální koncepční struktury fungují jako rámce a poskytují základní řídící principy a surový koncepční materiál pro konstrukci lokálně zaměřených koncepcí a akčních plánů, když vyvstane potřeba pro ně.
Naučit se základní prvky centrální koncepční struktury otevírá cestu k rychlému získání širokého spektra výkonných řídících struktur, i když to nezobecňuje na jiné koncepční struktury. Zůstává omezeno v rámci jedné dotčené, což naznačuje, že mohou existovat odchylky jak v rámci jednotlivců, tak mezi nimi ve výkonných řídících strukturách, které mohou být konstruovány v rámci každé centrální koncepční struktury. Tyto odchylky závisí na environmentální podpoře poskytované každé struktuře a na konkrétních preferencích a zapojení jednotlivce.
Teorie Grahama S Halforda
Graeme S Halford vznesl řadu námitek ohledně Caseovy definice kapacity pracovní paměti a její role v kognitivním růstu. Hlavní námitkou je, že různé osoby mohou představovat stejný problém odlišně a tím mohou analyzovat cíle a cíle problému odlišně. Mentální kapacitu proto nelze specifikovat s odkazem na výkonné funkce. Halford navrhl alternativní způsob analýzy nároků na zpracování problémů, který má vysvětlit nejzásadnější složku chápání a řešení problémů. To je uchopení sítě vztahů, které minimálně a plně definují určitý pojem nebo problém.
Podle Halforda je toto uchopení postaveno na mapování struktury. Mapování struktury je analogické uvažování, které lidé používají k dávání významu problémům tím, že převádějí dary problému do reprezentace nebo mentálního modelu, který již mají a který jim umožňuje porozumět problému. Mapování struktury, které lze sestrojit, závisí na relační složitosti struktur, které zahrnují. Relační složitost struktur závisí na počtu entit nebo na počtu dimenzí, které jsou zapojeny do struktury. Zátěž zpracování úlohy odpovídá počtu dimenzí, které musí být současně zastoupeny, pokud mají být jejich vztahy pochopeny. Například pro pochopení jakéhokoli srovnání mezi dvěma entitami (např. „větší než“, „lepší než“ atd.) musí být člověk schopen reprezentovat dvě entity a jeden vztah mezi nimi. Pro pochopení přechodného vztahu musí být člověk schopen reprezentovat alespoň tři entity (např. objekty A, B a C) a dva vztahy (např. A je vyšší než B; C je kratší než B); jinak by nebylo možné mentálně uspořádat entity ve správném pořadí, které by odhalilo vztahy mezi všemi zúčastněnými entitami.
Halford identifikoval čtyři úrovně dimenzionality. První je úroveň unárních vztahů nebo mapování prvků. Mapování na této úrovni jsou konstruována na základě jediného atributu. Například mentální obraz jablka je platnou reprezentací tohoto ovoce, protože je mu podobné. Druhá je úroveň binárních vztahů nebo relačních mapování. Na této úrovni mohou být konstruovány dvourozměrné pojmy typu „větší než“. Na této úrovni tedy mohou být uvažovány dva prvky spojené daným vztahem. Další je úroveň systémových mapování, která vyžaduje, aby byly současně uvažovány tři prvky nebo dva vztahy. Na této úrovni mohou být představovány ternární vztahy nebo binární operace. Příklad tranzitivity, který může být chápán na této úrovni, byl již vysvětlen výše. Schopnost řešit jednoduché aritmetické problémy, kde chybí jeden člen, jako například „3 + ? = 8“ nebo „4 ? 2 = 8“, také závisí na systémovém mapování, protože všechny tři uvedené známé faktory musí být zváženy současně, pokud má být specifikován chybějící prvek nebo operace. Na konečné úrovni lze sestrojit vícesystémová mapování. Na této úrovni lze sestrojit kvartérní vztahy nebo vztahy mezi binárními operacemi. Například problémy se dvěma neznámými (např. 2 ? 2 ? 4 = 4) nebo problémy proporcionality mohou být vyřešeny. To znamená, že na této úrovni lze uvažovat o čtyřech rozměrech najednou. Čtyři úrovně strukturního mapování jsou považovány za dosažitelné ve věku 1, 3, 5 a 10 let, a odpovídají, v teorii kognitivního vývoje Piaget, senzorickému motoru, předoperačnímu, betonovému operačnímu a formálnímu operačnímu, respektive Caseově senzorickému, interrelačnímu, dimenzionálnímu a vektorovému stupni.
Teorie Kurta W.
Kurt W Fischer rozvinul teorii, která integruje Piagetovo pojetí etap kognitivního vývoje s pojmy z teorie učení a konstrukce dovedností, jak je vysvětleno kognitivní psychologií šedesátých let. Fischerovo pojetí etap kognitivního vývoje je velmi podobné tomu Caseovu. To znamená, že popisuje čtyři hlavní etapy nebo stupně, které se celkem shodují s Caseovými hlavními etapami. Myšlení na každé z úrovní pracuje s jiným typem reprezentace. To znamená, že první je úroveň reflexů, která strukturuje základní reflexy konstruované během prvního měsíce života. Pak je to senzoricko-motorická úroveň, která pracuje s vnímáním a činnostmi. Třetí je reprezentační úroveň, která pracuje s reprezentacemi, které jsou popisné pro realitu. Čtvrtá je abstraktní úroveň, která pracuje s abstrakcemi integrujícími reprezentace druhé úrovně.
Navíc, stejně jako Case, věří, že vývoj v rámci každé hlavní fáze recykluje ve stejném sledu čtyř strukturně identických úrovní. To znamená, že na první úrovni jednotlivých množin mohou jedinci konstruovat dovednosti zahrnující pouze jeden prvek příslušné úrovně, to znamená senzoricko-motorické množiny, reprezentační množiny nebo abstraktní množiny. Na úrovni mapování mohou konstruovat dovednosti zahrnující dva prvky mapované na sebe nebo vzájemně koordinované, to znamená senzoricko-motorické mapování, reprezentační mapování nebo abstraktní mapování. Na úrovni systémů mohou konstruovat dovednosti integrující dvě mapování předchozí úrovně, to znamená senzoricko-motorické systémy, reprezentační systémy nebo abstraktní systémy. Na úrovni systémů systémů mohou konstruovat dovednosti integrující dva systémy předchozí úrovně, to znamená senzoricko-motorické systémy systémů, reprezentační systémy systémů nebo abstraktní systémy systémů.
Fischerova teorie se však od ostatních neopiagetovských teorií liší v řadě ohledů. Jedním z nich je způsob, jakým vysvětluje kognitivní změnu. Konkrétně, i když Fischer nepopírá působení omezení zpracování informací na vývoj, zdůrazňuje jako příčiny vývoje spíše environmentální a sociální než individuální faktory. Pro vysvětlení vývojových změn si vypůjčil dva klasické pojmy od Leva Vygotského, tedy internalizaci a zónu proximálního vývoje. Internalizace se týká procesů, které umožňují dětem rekonstruovat a vstřebávat produkty jejich pozorování a interakcí způsobem, který je činí vlastními. To znamená, že jde o proces, který transformuje vnější, cizí dovednosti a koncepty na vnitřní, integrální. Zóna proximálního vývoje vyjadřuje Vygotského myšlenku, že v každém věku není potenciál dítěte pro porozumění a řešení problémů totožný s jeho skutečnou schopností porozumět a řešit problémy. Potenciální schopnost je vždy větší než skutečná schopnost: zóna proximálního vývoje odkazuje na škálu možností, které existují mezi skutečným a potenciálem. Strukturovaná sociální interakce neboli lešení a internalizace jsou procesy, které postupně umožňují, aby se potenciál (pro porozumění a řešení problémů) stal skutečným (koncepty a dovednosti).
Fischer tvrdil, že rozdíly ve vývoji a fungování různých duševních dovedností a funkcí z jedné oblasti do druhé mohou být spíše pravidlem než výjimkou. Podle jeho názoru je třeba tyto rozdíly přičítat rozdílům ve zkušenostech, které jednotlivci mají s různými oblastmi, a také rozdílům v podpoře, které se jim dostává při interakci s různými oblastmi. Kromě toho předpokládal, že skutečnou úrovní jedince, která funguje jako jakýsi strop pro všechny oblasti, je úroveň jeho potenciálu, kterou lze určit pouze za podmínek maximální obeznámenosti a lešení.
Teorie Andrease Demetrioua
Výše uvedené modely systematicky nerozvádějí rozdíly mezi doménami, roli sebeuvědomění ve vývoji a roli dalších aspektů účinnosti zpracování, jako je rychlost zpracování a kognitivní kontrola. V teorii, kterou navrhl Andreas Demetriou se svými kolegy, jsou všechny tyto faktory systematicky studovány. Podle této teorie je lidská mysl organizována do tří funkčních úrovní. První je úroveň potenciálu zpracování, která zahrnuje mechanismy zpracování informací, které jsou základem schopnosti věnovat se informacím, vybírat je, reprezentovat je a pracovat s nimi. Další dvě úrovně zahrnují znalostní procesy, z nichž jedna je orientována na prostředí a druhá na já. Tento model je graficky znázorněn na obrázku 1.
Obrázek 1: Obecný model architektury rozvíjející se mysli integrující koncepty z teorií Demetrioua a Case.
Duševní fungování v každém okamžiku probíhá v rámci omezení zpracovatelských potenciálů, které jsou k dispozici v daném věku. Zpracovatelské potenciály jsou specifikovány ve třech dimenzích: rychlost zpracování, kontrola zpracování a reprezentační schopnost. Rychlost zpracování se vztahuje k maximální rychlosti, při které může být daný mentální úkon efektivně proveden. Měří se ve vztahu k reakční době na velmi jednoduché úkoly, jako je čas potřebný k rozpoznání objektu. Kontrola zpracování zahrnuje výkonné funkce, které umožňují osobě udržet mysl zaměřenou na cíl, chránit pozornost před zachycením nepodstatnými podněty, včas přesunout pozornost na jiné relevantní informace, pokud je to požadováno, a potlačit nepodstatné nebo předčasné reakce, aby mohl být vytvořen a udržen strategický akční plán. Doba reakce na situace, kdy si člověk musí vybrat mezi dvěma nebo více alternativami, je jedním z opatření kontroly zpracování. Úkoly se Stroopovým efektem jsou dobrým měřítkem kontroly zpracování. Reprezentační schopnost odkazuje na různé výše zmíněné aspekty duševní síly nebo pracovní paměti.
Doménově specifické systémy myšlení
Úroveň orientovaná na životní prostředí zahrnuje reprezentační a chápací procesy a funkce, které se specializují na reprezentaci a zpracování informací přicházejících z různých oblastí životního prostředí. Je popsáno šest takových systémů orientovaných na životní prostředí: 1) kategorický systém se zabývá vztahy podobnosti a odlišnosti. Příkladem domény tohoto systému je vytváření hierarchií vzájemně souvisejících pojmů týkajících se vztahů mezi třídami. Například obecná třída rostlin zahrnuje třídy ovoce a zeleniny, které zase zahrnují třídy, pokud jde o jablka a salát atd.; 2) kvantitativní systém se zabývá kvantitativními odchylkami a vztahy v životním prostředí. Příkladem domény tohoto systému jsou matematické pojmy a operace; 3) kauzální systém se zabývá vztahy příčiny a následku. Operace jako pokus-omyl nebo izolace variabilních strategií, které umožňují člověku dešifrovat kauzální vztahy mezi věcmi nebo osobami a z toho vyplývající kauzální pojmy a přisuzování patří do tohoto systému; (4) prostorový systém se zabývá orientací v prostoru a imaginární reprezentací prostředí. Naše mentální mapy našeho města nebo mentální obrazy známých osob a objektů a operace na nich, jako mentální rotace, patří do tohoto systému; (5) výrokový systém se zabývá pravdou/nepravdou a platností/neplatností tvrzení nebo vyjádření o prostředí. Různé typy logických vztahů, jako je implikace (jestliže … pak) a spojka (a … a) patří do tohoto systému; (6) sociální systém se zabývá chápáním sociálních vztahů a interakcí. Mechanismy pro sledování neverbální komunikace nebo dovednosti pro manipulaci se sociálními interakcemi patří do tohoto systému. Součástí tohoto systému je i pochopení obecných morálních zásad, které určují, co je v lidských vztazích přijatelné a co nepřijatelné. Tabulka 1 shrnuje základní procesy, mentální operace a koncepty, které jsou typické pro každou doménu.
Tabulka 1: Tři úrovně organizace každého specializovaného myšlenkového systému
Z doménové specifičnosti těchto systémů vyplývá, že mentální procesy se liší od jednoho systému k druhému. Srovnejme například aritmetické operace v kvantitativním systému s mentální rotací v prostorovém systému. První vyžaduje, aby myslitel dával do souvislosti veličiny, druhý vyžaduje transformaci orientace objektu v prostoru. Různé systémy navíc vyžadují různé druhy symbolů, které reprezentují a operují na svých objektech. Srovnejme například matematickou symboliku v kvantitativním systému s mentálními obrazy v prostorovém systému. Je zřejmé, že tyto rozdíly ztěžují vyrovnání pojmů a operací napříč různými systémy v mentální zátěži, kterou ukládají reprezentační kapacitě, jak předpokládají výše uvedené modely. Case (1992) si také uvědomil, že různé typy problémových domén, jako je doména sociálního, matematického a prostorového myšlení, mohou mít odlišný druh centrální konceptuální struktury. To znamená, že koncepty a struktury výkonného řízení se liší mezi doménami v sémantických sítích, které zahrnují. V důsledku toho může vývoj nad různými koncepty v rámci domén probíhat paralelně, ale může být nerovnoměrný mezi doménami. Case a Demetriou ve skutečnosti pracovali společně na sjednocení své analýzy domén. To znamená, že navrhli, že Demetriouovy domény mohou být specifikovány z hlediska Caseových centrálních konceptuálních struktur.
Třetí úroveň zahrnuje funkce a procesy orientované na sledování, reprezentaci a regulaci systémů orientovaných na životní prostředí. Vstupem pro tuto úroveň jsou informace vznikající z fungování zpracovatelských potenciálů a systémů orientovaných na životní prostředí, například vjemy, pocity a koncepce způsobené mentální aktivitou. Termín hyperkognice byl použit k odkazu na tuto úroveň a označuje účinky, které působí na další dvě úrovně mysli. Hyperkognice zahrnuje dvě ústřední funkce, a to funkční hyperkognici a dlouhodobou hyperkognici.
Pracovní hyperkognice je silná direktivně-výkonná funkce, která je zodpovědná za stanovování a sledování mentálních a behaviorálních cílů, dokud jich není dosaženo. Tato funkce zahrnuje procesy, které člověku umožňují: 1) stanovovat mentální a behaviorální cíle, 2) plánovat jejich dosažení, 3) vyhodnocovat nároky každého kroku na zpracování ve vztahu k dostupným potenciálům, znalostem, dovednostem a strategiím, 4) sledovat plánované činnosti ve vztahu k cílům a 5) vyhodnocovat dosažený výsledek. Tyto procesy fungují rekurzivně tak, že cíle a dílčí cíle mohou být obnovovány podle online vyhodnocení vzdálenosti systému od jeho konečného cíle. Tyto regulační funkce fungují za současných strukturálních omezení mysli, která definují současný potenciál zpracování. Nedávné výzkumy naznačují, že tyto procesy se podílejí na obecné inteligenci společně se zpracováním potenciálů a obecných inferentiálních procesech používaných výše popsanými specializovanými myšlenkovými doménami.
Vědomí je nedílnou součástí hyperkognitivního systému. Samotný proces stanovování mentálních cílů, plánování jejich dosahování, sledování činnosti vůči cílům i plánům a regulace reálné či mentální činnosti vyžaduje systém, který si dokáže zapamatovat a zrevidovat, a tudíž pozná sám sebe. Proto je vědomé vědomí a všechny následné funkce, jako je sebepojetí (tj. uvědomování si vlastních mentálních charakteristik, funkcí a mentálních stavů) a teorie mysli (tj. uvědomování si mentálních funkcí a stavů druhých) součástí samotné konstrukce systému.
Dlouhodobá hyperkognice totiž postupně vytváří mapy nebo modely mentálních funkcí, které jsou průběžně aktualizovány. Tyto mapy jsou obecně přesnými reprezentacemi skutečné organizace kognitivních procesů ve výše zmíněných oblastech. V případě potřeby mohou být použity jako vodítko pro řešení problémů a jejich pochopení v budoucnosti. Optimální výkon kdykoli závisí na interakci mezi skutečnými procesy řešení problémů specifickými pro danou oblast a našimi reprezentacemi těchto procesů. Interakce mezi oběma úrovněmi mysli zajišťuje flexibilitu chování, protože sebeorientovaná úroveň poskytuje možnost reprezentovat alternativní reprezentace a akce orientované na prostředí a tím poskytuje možnost plánování.
Všechny výše uvedené procesy se vyvíjejí systematicky s věkem. Rychlost zpracování se systematicky zvyšuje od raného dětství do středního věku a poté se opět začíná snižovat. Například rozpoznání velmi jednoduchého předmětu trvá asi 750 milisekund ve věku 6 let a jen asi 450 milisekund v rané dospělosti. Kontrola zpracování se také stává efektivnější a schopná umožnit člověku soustředit se na složitější informace, udržet si pozornost delší dobu a střídat stále větší zásobníky podnětů a reakcí a zároveň odfiltrovat nepodstatné informace. Například rozpoznání konkrétního podnětu mezi protichůdnými informacemi může trvat asi 2000 milisekund ve věku 6 let a jen asi 750 milisekund v rané dospělosti.
Všechny složky pracovní paměti (např. výkonné funkce, numerické, fonologické a vizuoprostorové ukládání) se s věkem zvětšují. Přesná kapacita pracovní paměti se však značně liší v závislosti na povaze informace. Například v prostorové oblasti se mohou lišit od 3 jednotek ve věku šesti do 5 jednotek ve věku 12 let. V oblasti matematického myšlení se mohou lišit od přibližně 2 do přibližně 4 jednotek ve stejném věkovém období. Pokud jsou vyžadovány výkonné operace, kapacita je značně omezena a pohybuje se od přibližně 1 jednotky v 6 do přibližně 3 jednotek ve věku 12 let. Demetriou navrhl model funkčního posunu pro zohlednění těchto údajů. Tento model předpokládá, že když mentální jednotky dané úrovně dosáhnou maximálního stupně složitosti, mysl má tendenci reorganizovat tyto jednotky na vyšší úrovni reprezentace nebo integrace tak, aby byly lépe zvládnutelné. Když mysl vytvořila novou mentální jednotku, dává přednost práci s touto jednotkou před předchozími jednotkami kvůli jejím funkčním výhodám. Příkladem ve slovní oblasti by byl posun od slov k větám a v kvantitativní oblasti od přirozených čísel k algebraickým reprezentacím číselných vztahů. Modely funkčního posunu vysvětlují, jak vznikají nové jednotky vedoucí k fázové změně v módě popsané Casem a Halfordem.
Specializované domény se rozvíjejí v průběhu života jak z hlediska obecných trendů, tak z hlediska typických vlastností každé domény. Ve věkovém rozmezí od narození do středního dospívání jsou změny ve všech doménách rychlejší. S rozvojem se myšlení v každé z domén stává schopnou vypořádat se se stále větším množstvím reprezentací. Reprezentace se navíc stále více propojují a získávají svůj význam spíše ze svých vzájemných vztahů než jen ze vztahů s konkrétními objekty. V důsledku toho se koncepty v každé z domén stále více definují ve vztahu k pravidlům a obecným principům, které spojují více lokálních konceptů a vytvářejí nové, širší a abstraktnější koncepty. Porozumění a řešení problémů v každé z domén se navíc vyvíjí od globálních a méně integrovaných k diferencovaným, ale lépe integrovaným mentálním operacím. V důsledku toho se plánování a fungování od alternativ stává stále více součástí fungování dané osoby, stejně jako rostoucí schopnost efektivně monitorovat proces řešení problémů. To nabízí flexibilitu kognitivního fungování a řešení problémů v celém spektru specializovaných domén. Tabulka 2 shrnuje vývoj domén od raného dětství do dospívání.
Tabulka 2: Modální charakteristiky specializovaných domén s rozvojem
Sebeuvědomění a samoregulace v hyperkognitivním systému se také systematicky rozvíjejí s věkem. Konkrétně s rozvojem se sebeuvědomění kognitivních procesů stává přesnějším a přesouvá se od vnějších a povrchních charakteristik problémů (např. jde o čísla a jde o obrázky) k zapojeným kognitivním procesům (např. jeden vyžaduje sčítání a druhý mentální rotaci). Navíc sebereprezentace: (i) zahrnuje více dimenzí, které jsou lépe integrovány do stále složitějších struktur; (ii) pohybuje se po konkrétním (např. jsem rychlý a silný) k abstraktnímu (např. jsem schopný) kontinuu, takže se stávají stále více abstraktními a flexibilními; a (iii) se stávají přesnějšími s ohledem na skutečné charakteristiky a schopnosti, na které odkazují (tj. osoby vědí, kde jsou kognitivně silné a kde jsou slabé). Znalosti dostupné v každé fázi definují druh samoregulace, který může být ovlivněn. Samoregulace se tak stává stále více soustředěnou, rafinovanou, efektivní a strategickou. Prakticky to znamená, že naše schopnosti zpracování informací se dostávají pod zvýšenou kontrolu a priori nad našimi dlouhodobými hyperkognitivními mapami a vlastními definicemi. Navíc, jak se dostáváme do středního věku, intelektuální rozvoj se postupně přesouvá z dominance systémů, které jsou orientované na zpracování prostředí (jako je prostorové a výrokové uvažování), k systémům, které vyžadují sociální podporu a sebeporozumění a řízení (sociální porozumění). Takže přechod k dospělosti činí osoby intelektuálně silnější a více si vědomé svých silných stránek.
Mezi jednotlivými procesy existují silné vývojové vztahy, takže změny na jakékoliv úrovni organizace mysli otevírají cestu ke změnám na jiných úrovních. Konkrétně změny v rychlosti zpracování otevírají cestu ke změnám v různých formách kontroly zpracování. Ty zase otevírají cestu ke zvýšení kapacity pracovní paměti, což následně otevírá cestu k rozvoji v inferentiálních procesech, a k rozvoji různých specializovaných domén prostřednictvím reorganizace dovedností, strategií a znalostí specifických pro danou doménu a získávání nových.
Existují také vlivy shora dolů. To znamená, že obecné vývodové vzorce, jako je implikace (jestliže … pak vývody), nebo disjunkce (buď … nebo vývody), jsou konstruovány tak, že se na sebe pomocí hyperkognitivního procesu metareprezentace mapují vývojové vzorce specifické pro domény. Metareprezentace je primární mechanismus kognitivních změn shora dolů, který hledá, kodifikuje a typizuje podobnosti mezi mentálními zkušenostmi (minulými nebo současnými), aby se zvýšilo porozumění a efektivita řešení problémů. V logických termínech je metareprezentace analogické uvažování aplikované na mentální zážitky nebo operace, spíše než na reprezentace environmentálních podnětů. Například, pokud … pak jsou věty slyšeny při mnoha různých příležitostech v běžném jazyce: pokud jste hodné dítě, pak vám dám hračku; pokud prší a zůstanete venku, pak zmoknete; pokud sklo spadne na podlahu, pak se zabrzdí na kusy; atd. Když si dítě uvědomí, že sekvence if … pak spojky v jazyce jsou spojeny se situacemi, ve kterých událost nebo věc specifikovaná if vždy přijde na první místo a vede to k události nebo věci specifikované tou dobou, toto dítě vlastně formuluje schéma dedukce implikace. S vývojem se schéma stává argumentačním rámcem pro predikce a interpretace skutečných událostí nebo rozhovorů o nich.
Vývoj mozku a kognitivních funkcí
Moderní výzkum týkající se organizace a fungování mozku poskytuje této architektuře podporu. Tento výzkum ukazuje, že některé obecné aspekty mozku, jako je myelinizace, plasticita a konektivita neuronů, souvisejí s některými dimenzemi obecné inteligence, jako je rychlost zpracování a efektivita učení. Navíc existují mozkové oblasti, umístěné hlavně ve frontální a parietální kůře, které podřizují funkce, které jsou ústřední pro veškeré kognitivní zpracování, jako je výkonné řízení a pracovní paměť. Existuje také mnoho neuronových sítí, které se specializují na reprezentaci různých typů informací, jako je verbální (temporální lalok mozku), prostorová (okcipitální lalok mozku) nebo kvantitativní informace (parietální lalok mozku).
Kromě toho několik aspektů nervového vývoje souvisí s kognitivním vývojem. Například zvýšení myelinizace neuronálních axonů, které chrání přenos elektrické signalizace podél axonů před únikem, souvisí se změnami v celkové účinnosti zpracování. To zase zvyšuje kapacitu pracovní paměti, a tím usnadňuje přechod napříč stádii kognitivního vývoje. Rovněž se předpokládá, že změny v rámci stádií kognitivního vývoje jsou spojeny se zlepšením neuronální konektivity v rámci mozkových oblastí, zatímco přechody napříč stádii jsou spojeny se zlepšením konektivity mezi mozkovými oblastmi.
V posledních letech vzrůstá zájem o teorie a metody, které jsou slibné pro zachycení a modelování zákonitostí, které jsou základem více vzájemně se ovlivňujících a měnících procesů. Teorie dynamických systémů je jednou z nich. Když se více procesů vzájemně ovlivňují složitými způsoby, velmi často se zdá, že se chovají nesystémově a nepředvídatelně. Ve skutečnosti jsou však vzájemně propojeny systematickými způsoby, například stav jednoho procesu v daném časovém bodě t (například rychlost zpracování) je zodpovědný za stav jiného procesu (například pracovní paměť), v dalším časovém bodě t + 1, a společně určují stav třetího procesu (například myšlenka), v čase t + 2, který pak ovlivňuje podmínky dalších dvou procesů v čase t + 3, atd. Teorie dynamických systémů může odhalit a modelovat dynamické vztahy mezi různými procesy a specifikovat formy vývoje, které vyplývají z různých typů interakce mezi procesy. Cílem je vysvětlit řád a systematičnost, které existují pod povrchem zdánlivé neuspořádanosti nebo „chaosu“. Je třeba poznamenat, že neexistuje žádné omezení, jaké procesy mohou být zapojeny do tohoto typu modelování. To znamená, že procesy mohou patřit do některé z úrovní mysli, jako je úroveň zpracovatelské kapacity a úroveň dovedností pro řešení problémů.
Paul van Geert byl první, kdo ukázal příslib, že teorie dynamických systémů platí pro pochopení kognitivního vývoje. Van Geert předpokládal, že základním růstovým modelem je takzvaný „logistický růstový model“, což naznačuje, že vývoj mentálních procesů se řídí vzorcem změny podobným S. To znamená, že na začátku je změna velmi pomalá a stěží postřehnutelná; po určitém časovém okamžiku však nastává velmi rychle, takže proces nebo schopnost vystřelí na mnohem vyšší úroveň v relativně krátké době; nakonec, jak se tento proces blíží ke svému konci, změna zpomaluje, dokud se nestabilizuje.
Vztahy mezi teoriemi
Výše uvedené neo-piagetovské teorie spolu souvisí. Pascual-Leone, Case a Halford se pokoušejí vysvětlit vývoj podle posloupnosti piagetovských stádií a substancí. Pascual-Leone sladil tuto posloupnost s jedinou linií vývoje mentální síly, která se pohybuje od jedné do sedmi mentálních jednotek. Case naznačil, že každé ze čtyř hlavních stádií zahrnuje různé druhy mentálních struktur a specifikoval mentální zátěž následných úrovní nebo substancí složitosti v každé z hlavních stádií. Navíc si uvědomil, že v rámci každé úrovně struktur výkonné kontroly mohou existovat různé centrální konceptuální struktury, které se mezi sebou liší ve vztahu k pojmům a sémantickým vztahům. Halford se pokusil specifikovat kognitivní zátěž mentální struktury, která je typická pro každé z hlavních stádií. Demetriou integroval do teorie konstrukty rychlosti a kontroly zpracování a zformuloval model funkčního posunu, který sjednocuje Pascualovo-Leoneho pojetí základního společného rozměru rozvoje kapacit s pojetím kvalitativních změn v mentální struktuře v průběhu vývoje v této dimenzi. Navíc Demetriou správně vystihl roli sebeuvědomění v kognitivním vývoji a příslušnou autonomii v rozvoji různých oblastí myšlení. Fischer zdůraznil význam procesů budování dovedností při budování konstrukcí podobných fázi a zdůraznil roli prostředí a sociální podpory v budování dovedností. Model hierarchické složitosti zformulovaný Michaelem Commons nabízí užitečný jazyk popisu následných úrovní kognitivního vývoje a zároveň umožňuje výslovný odkaz na zvláštnosti konceptů a operací specifických pro každou z oblastí. Dynamické modelování systémů může zachytit a vyjádřit, jak se různé procesy dynamicky ovlivňují, když se budují vývojové hierarchie.
Demetriouova teorie navíc integrovala modely z kognitivní, psychometrické a vývojové psychologie do zastřešujícího modelu, který popisuje architekturu lidské mysli, její vývoj a individuální odlišnosti ve vztahu k architektuře i vývoji. Pokud jde o architekturu, panuje názor, že existují jak obecné, tak specializované schopnosti a procesy, které jsou uspořádány hierarchicky tak, aby složitější a specializovanější procesy zahrnovaly jednodušší nebo obecné procesy. Tento typ architektury se sbíhá s více než stoletým psychometrickým výzkumem. v naznačování, že obecná inteligence nebo g je velmi mocnou složkou lidské inteligence. To lze redukovat na mechanismy, které jsou základem efektivity zpracování, zpracovatelské kapacity, výkonného řízení a pracovní paměti, které byly primárním cílem výzkumu a teorie v kognitivní psychologii a diferenciální psychologii. Mnoho učenců tvrdí, že na těchto procesech závisí fluidní inteligence, tedy obecné mechanismy, na nichž je založeno učení, řešení problémů a zacházení s novotou. Zdá se také, že změny právě v těchto mechanismech jsou schopny do značné míry vysvětlit změny v kvalitě chápání a řešení problémů na postupných věkových úrovních, které jsou předmětem vývojové psychologie a individuálních rozdílů v souvislosti s ní.
Zastřešující definice inteligence tedy může být následující: Čím je člověk mentálně výkonnější (tedy rychlejší a více zaměřený na cíl), schopný (tedy čím více informací může mít v daném okamžiku na paměti), předvídavý (tedy čím jasněji může specifikovat své cíle a plánovat, jak jich dosáhnout) a flexibilní (tedy čím více může člověk zavést variace v pojmech a mentálních operacích, kterými již disponuje), tím je člověk inteligentnější (jak ve vztahu k jiným jedincům, tak ve vztahu k obecné vývojové hierarchii). V psychometrických pojmech se to rovná tvrzení, že rozdíly v procesech spojených s g způsobují rozdíly v obecných inferentiálních a rozumových mechanismech. Ve vývojovém pojetí se to rovná tvrzení, že změny v procesech, které jsou základem g, vedou ke kvalitativní transformaci obecných struktur myšlení, které jsou základem chápání a uvažování v po sobě jdoucím věku tak, aby bylo možné řešit složitější a méně známé problémy a konstruovat abstraktnější pojmy. Tedy rozdíly mezi osobami v IQ nebo v rychlosti vývoje vyplývají aditivně z rozdílů ve všech zde zmíněných procesech. Tedy tato teorie na jedné straně překonává teorii obecné inteligence Arthura Jensena v tom, že uznává význam specializovaných domén v lidské mysli, které jsou v Jensenově teorii podceňovány. Na druhé straně tím, že uznává roli obecných procesů a ukazuje, jak jsou jimi specializované kompetence omezovány, také překonává teorii více inteligencí Howarda Gardnera, která podceňuje fungování běžných procesů.
Důsledky pro vzdělávání
Vzdělání a psychologie kognitivního vývoje se sbíhají v řadě zásadních předpokladů. Za prvé, psychologie kognitivního vývoje definuje lidské kognitivní schopnosti v po sobě jdoucích fázích vývoje. To znamená, že specifikuje, jakým aspektům světa lze porozumět v různých věkových kategoriích, jaké druhy pojmů lze konstruovat a jaké typy problémů lze řešit. Vzdělávání si klade za cíl pomoci studentům získat znalosti a rozvíjet dovednosti, které jsou slučitelné s jejich pochopením a schopnostmi řešit problémy v různých věkových kategoriích. Znalost úrovně studentů na vývojové posloupnosti tak poskytuje informace o druhu a úrovni znalostí, které mohou vstřebat, což zase může být použito jako rámec pro uspořádání předmětu, který má být vyučován na různých stupních škol. To je důvod, proč Piagetova teorie kognitivního vývoje měla takový vliv na vzdělávání, zejména matematiku a přírodovědné vzdělávání.
V 60. a 70. letech byly školní osnovy navrženy tak, aby realizovaly Piagetovy myšlenky ve třídě. Například v matematice musí výuka vycházet z etapové posloupnosti matematického porozumění. V předškolním a raném základním (základním) školství se tedy výuka musí zaměřit na budování konceptu čísel, protože koncepty jsou stále nestabilní a nekoordinované. V pozdních letech základní školy musí být operace s čísly zvládnuty, protože konkrétní provozní myšlení pro to poskytuje mentální zázemí. V dospívání lze vyučovat vztahy mezi čísly a algebrou, protože formální provozní myšlení umožňuje pojetí a manipulaci s abstraktními a multidimenzionálními koncepty. Ve výuce přírodních věd by rané základní vzdělávání mělo seznámit děti s vlastnostmi přírodního světa, pozdní základní vzdělávání by mělo vést děti k procvičování zkoumání a osvojování základních pojmů, jako je prostor, plocha, čas, váha, objem atd., a v dospívání lze vyučovat testování hypotéz, řízené experimentování a abstraktní pojmy, jako je energie, setrvačnost atd.
Ve stejném směru naznačují neo-piagetovské teorie kognitivního vývoje, že kromě výše uvedených obav musí sekvenování pojmů a dovedností ve výuce brát v úvahu kapacity zpracování a pracovní paměti, které charakterizují postupné věkové úrovně. Jinými slovy, celková struktura osnov napříč časem, v jakémkoli oboru, musí odrážet vývojové zpracování a reprezentační možnosti studentů, jak jsou specifikovány všemi výše shrnutými teoriemi. To je nezbytné, protože když pochopení pojmů, které mají být vyučovány v daném věku, vyžaduje více než dostupnou kapacitu, potřebné vztahy nemůže student vypracovat. Ve skutečnosti Demetriou ukázal, že rychlost zpracování a pracovní paměť jsou vynikajícími prediktory školních výsledků.
Za druhé, psychologie kognitivního vývoje zahrnuje pochopení toho, jak probíhá kognitivní změna, a rozpoznání faktorů a procesů, které umožňují rozvoj kognitivní schopnosti. Vzdělávání také využívá kognitivní změny. Předpokladem přenosu informací a budování znalostí jsou účinné metody výuky. Účinné metody výuky musí studentovi umožnit přechod z nižší úrovně k vyšší úrovni chápání nebo vzdát se méně účinných dovedností pro efektivnější. Znalost mechanismů změny proto může být použita jako základ pro navrhování instruktážních zásahů, které budou odpovídat předmětu i věku. Srovnání minulých a současných znalostí, úvahy o skutečných nebo mentálních činnostech vůči alternativním řešením problémů, označování nových konceptů nebo řešení symbolů, které člověku pomáhají si je vybavit a mentálně s nimi manipulovat, to je jen několik příkladů, jak lze mechanismy kognitivního vývoje využít k usnadnění učení. Například pro podporu metareprezentace a usnadnění vzniku obecných argumentačních vzorců ze zpracování specifického pro danou doménu musí výuka neustále zvyšovat povědomí studentů o tom, co lze abstrahovat z konkrétního učení specifického pro danou doménu. Konkrétně musí být student veden k tomu, aby si uvědomil základní vztahy, které překonávají obsahové rozdíly, a samotné mentální procesy používané při jejich zvládání (například rozpracovat, jak v různých doménách fungují konkrétní inferenční schémata, například implikace).
Psychologie kognitivního vývoje se zabývá individuálními rozdíly v organizaci kognitivních procesů a schopností, v jejich rychlosti změny a v jejich mechanismech změny. Principy, na nichž jsou založeny intra- a interindividuální rozdíly, by mohly být pedagogicky užitečné, protože zdůrazňují, proč stejný student není stejně dobrým žákem v různých oblastech a proč různí studenti ve stejné třídě reagují odlišně na stejné výukové materiály. Například rozdíly mezi studenty stejného věku ve stejné třídě v efektivitě zpracování a pracovní paměti mohou tyto studenty odlišit v jejich chápání a zvládnutí konceptů nebo dovedností vyučovaných v daném okamžiku. To znamená, že studenti zaostávající za požadavky by s největší pravděpodobností měli problémy se zachycením vyučovaných konceptů a dovedností. Znalost potenciálu studentů v tomto ohledu by tedy učiteli umožnila rozvíjet individuální příklady cílových konceptů a dovedností, které by uspokojily potřeby různých studentů tak, aby nikdo nezůstal pozadu. Také rozdíly ve vývojových stavech, zkušenostech, obeznámenosti nebo zájmu ve vztahu k různým oblastem by s největší pravděpodobností způsobily rozdíly v tom, jak by studenti reagovali na výuku, která se jich týká. To platí stejně tak pro rozdíly mezi studenty i pro rozdíly v rámci téhož studenta. Z hlediska Case by centrální koncepční struktury dostupné v různých oblastech nutně neodpovídaly složitosti struktur výkonné kontroly, které jsou možné na základě zpracovatelských a reprezentačních schopností studentů. V důsledku toho by výuka musela tyto rozdíly pojmout, pokud má vést každého studenta k optimálnímu využití jeho možností ve všech oblastech. A konečně, identifikace individuálních rozdílů s ohledem na různé aspekty kognitivního vývoje by mohla být základem pro rozvoj programů individualizované výuky, které se mohou zaměřit na nadaného studenta nebo mohou mít nápravnou povahu.
Diskuse o pedagogických důsledcích neopiagetovských teorií kognitivního vývoje jako celku naznačuje, že tyto teorie poskytují rámec pro navrhování pedagogických intervencí, který je cílenější a konkrétnější než tradiční teorie kognitivního vývoje, jako je Piagetova teorie, nebo teorie inteligence, jako jsou výše diskutované teorie. Samozřejmě, že pro správnou aplikaci těchto teorií do různých aspektů vzdělávání je stále zapotřebí mnoho výzkumu.