Kokeilemalla ja erehtymällä: oppimismenetelmä, teoria ja historia

Kokeilemalla ja erehtymällä – kattava katsaus oppimismenetelmään, sen teorioihin ja historiaan. Tutustu Thorndikeen, Lloyd Morganiin ja operanttiseen ehdollistamiseen.

Kokeilemalla ja erehtymällä on alkeellinen tapa ratkaista ongelmia. Sille on ominaista toistuvat, vaihtelevat yritykset, joita jatketaan, kunnes onnistutaan tai kunnes toimija lopettaa yrittämisen. Se on epäsystemaattinen menetelmä, jossa ei käytetä oivalluksia, teoriaa tai organisoituja menetelmiä.

W.H. Thorpen mukaan termin keksi C. Lloyd Morgan kokeiltuaan samankaltaisia ilmaisuja "trial and failure" ja "trial and practice". Morganin kaanonin mukaan eläinten käyttäytyminen olisi selitettävä mahdollisimman yksinkertaisella tavalla. Jos käyttäytyminen näyttää viittaavan korkeampiin henkisiin prosesseihin, se voidaan selittää kokeilun ja erehdyksen kautta tapahtuvalla oppimisella. Esimerkkinä tästä on se taitava tapa, jolla hänen terrierinsä Tony avasi puutarhan portin, jonka joku, joka näkee lopullisen käyttäytymisen, helposti ymmärtää väärin oivaltavaksi teoksi. Lloyd Morgan oli kuitenkin tarkkaillut ja tallentanut sarjan lähestymisiä, joiden avulla koira oli vähitellen oppinut reaktion, ja pystyi osoittamaan, että sen selittämiseen ei tarvittu mitään oivallusta.

Edward Thorndike osoitti, miten laboratoriossa tehdään kokeiluja ja virheitä. Hänen kuuluisassa kokeessaan kissa asetettiin sarjaan palapelilaatikoita, jotta voitiin tutkia vaikutuksen lakia oppimisessa. Hän piirsi oppimiskäyrät, joihin kirjattiin kunkin kokeen ajoitus. Thorndiken keskeinen havainto oli, että oppimista edistävät myönteiset tulokset, jota B.F. Skinner myöhemmin tarkensi ja laajensi operanttisen ehdollistamisen avulla.

Määritelmä ja ominaispiirteet

Kokeilemalla ja erehtymällä (trial-and-error) tarkoitetaan oppimis- tai ongelmanratkaisuprosessia, jossa toimija tekee useita vaihtoehtoisia yrityksiä ilman ennakkoista teoriapohjaa ja valitsee toimivimman reaktion toiston perusteella. Menetelmässä korostuvat toisto, satunnaisuus tai systematisoimaton kokeilu sekä palaute (onnistuminen tai epäonnistuminen). Se on helppo tapa oppia yksinkertaisissa tai helposti toistettavissa tilanteissa, mutta voi olla aikaa vievä ja tehoton monimutkaisissa ongelmissa.

Historia ja klassiset kokeet

Jo 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa tutkijat kuten C. Lloyd Morgan ja Edward Thorndike kuvasivat ja systematisoivat kokeilun ja erehdyksen merkitystä eläinten ja ihmisten käyttäytymisen selittämisessä. Morganin kaanon (Morganin kaanonin) vaikutti siihen, että tutkijat välttivät tarpeettomien sisäisten, "henkisten" selitysten käyttämistä, kun yksinkertaisempi oppimismekanismi—kokeilu ja erehdys—riitti selitykseksi. Thorndiken palapelilaatikkokokeet ja oppimiskäyrät olivat ensimmäisiä systemaattisia mittauksia, jotka osoittivat, että onnistuneet lopputulokset vahvistavat toiminnan toistumista (vaikutuksen laki).

Teoria ja myöhemmät kehitykset

Thorndiken havainnot johtivat operanttiin ehdollistamiseen, jota B.F. Skinner kehitti edelleen. Operantti ehdollistaminen kuvaa, miten käyttäytymistä voidaan vahvistaa tai heikentää seurausten avulla (palkitseminen, rankaisu, jne.). Kokeilemalla ja erehtymällä voidaan myös erottaa yksittäiset mekanismit kuten muistin vahvistuminen, valintojen systematisoituminen (shaping) ja vahvistussuhteet (esim. jatkuva vs. ajoittainen vahvistus).

Modernissa tutkimuksessa trial-and-error -periaatteet yhdistyvät kognitiivisiin malleihin: vaikka alkuvaiheen oppiminen voi näyttäytyä satunnaisena, toimijat oppivat usein hyödyntämään palautetta tehokkaammin, muodostamaan hypoteeseja ja systematisoimaan kokeilujaan. Lisäksi koneoppimisen ja tekoälyn alueella vahvistusoppiminen (reinforcement learning) on matemaattinen ja laskennallinen vastine kokeilemalla oppimiselle.

Sovellukset ja käytännön merkitys

• Eläinten käyttäytymistutkimus: palapelilaatikot, operantit kokeet ja lineaariset oppimiskäyrät.
• Koulutus ja opetus: kokeileva oppiminen, oppimisen skaalaaminen, virheen merkityksen hyödyntäminen palautteessa ja ohjatussa harjoittelussa.
• Teknologia ja tekoäly: vahvistusoppiminen, hyperparametrien säätö ja kokeilun avulla etenevä optimointi.
• Tuotekehitys ja kokeilukulttuuri: prototypointi, iterointi ja A/B-testauksen periaatteet pohjautuvat samoihin perusajatuksiin.

Edut ja rajoitukset

Edut:

• Helppo käynnistää ilman syvällistä teoriaa tai ennakkotietoa.
• Toimii hyvin yksinkertaisissa ja toistuvissa tehtävissä.
• Mahdollistaa oppimisen myös silloin, kun ilmiön sisäiset mekanismit eivät ole tiedossa.

Rajoitukset:

• Tehoton ja hidas monimutkaisissa tehtävissä; vaatii usein paljon yrityksiä ennen onnistumista.
• Voi johtaa vaarallisiin kokeiluihin ilman riittävää ennakointia tai suojauksia (esim. lääketiede, teollisuus).
• Ei välttämättä johda optimaalisesti yleistettävään tai teoriapohjaiseen ymmärrykseen ilmiöstä.

Käytännön suosituksia

Kokeilemalla ja erehtymällä tapahtuvaa oppimista kannattaa tukea seuraavin periaattein:

• Tarjoa nopea ja selkeä palaute, jotta oppija voi erottaa onnistumiset epäonnistumisista.
• Käytä ohjausta ja scaffolding-menetelmiä (asteittainen vaikeuttaminen) vähentämään turhia kokeiluja.
• Kirjaa yritykset ja tulokset järjestelmällisesti, jotta kokeista saadaan tieto ja ne voidaan analysoida.
• Sovella simulaatioita ja turvallisia kokeiluympäristöjä vaarallisten tilanteiden välttämiseksi.

Yhteenveto

Kokeilemalla ja erehtymällä on perustavanlaatuinen oppimismenetelmä, joka näkyy sekä eläinten että ihmisten käyttäytymisessä. Klassiset tutkijat kuten C. Lloyd Morgan ja Edward Thorndike kuvasivat sen merkityksen ja rajoitukset: yksinkertaisissa tilanteissa se selittää tehokkaasti, miten toiminta muovautuu, mutta monimutkaisemmissa tapauksissa tarvitaan järjestelmällisempää analyysiä, teoriaa ja ohjausta. Nykyään periaatteet elävät eteenpäin niin kasvatuksessa kuin teknisessä optimoinnissa ja tekoälyssä, ja niiden yhdistäminen teoriaan ja hallittuun experimentointiin antaa käytännöllisiä ja eettisesti kestäviä ratkaisuja oppimiseen.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mitä on koe ja erehdys?

K: Kuka keksi termin "kokeilu ja erehdys"?

K: Mikä on Morganin kaanon?

K: Miten koe- ja erehdysoppiminen liittyy eläinten käyttäytymiseen?

K: Mitä Thorndiken kuuluisa koe sisälsi?

K: Mitä Thorndike havaitsi kokeessaan oppimisesta?

K: Kuka tarkensi ja laajensi Thorndiken havaintoa oppimisesta ja positiivisista tuloksista?

Hae kirjaimella