Technika Spaced Repetition (SRS) i krzywa zapominania w nauce języków obcych – historia, teoria i nasza praktyka

Swoją przygodę z językami obcymi zacząłem jeszcze w podstawówce, kiedy miałem 13 lat. Wychowywałem się w postkomunistycznej Polsce, a więc nauka języków nie była normą. Mało kto chodził na kursy językowe, przede wszystkim dlatego, że były one drogie. Ja miałem szczęście – kiedyś odwiedziła mnie ciocia Małgosia z Austrii i postanowiła zapisać mnie na kurs niemieckiego. Nie zdawałem sobie wtedy sprawy z istoty tego wydarzenia. Był to początek nie tylko mojej fascynacji językami obcymi, ale też historia powstania szczególnej wersji algorytmu Spaced Repetition, a razem z nim narzędzia do nauki języków które naprawde działa, Taalhammera.

W tym artykule opowiem ci tę historię, a także opiszę szczegóły algorytmu powtarzania w odstępach, prawdopodobnie najpotężniejszej techniki, która istnieje, aby poprawić zdolność mózgu do przyswajania informacji.

Zapraszam do lektury.

Moja przygoda ze spaced repetition – część pierwsza

We wstępie wspomniałem o mojej cioci z Austrii. W 1992 roku ta sama ciocia sprezentowała mi na moje szesnaste urodziny mój pierwszy komputer z systemem operacyjnym Windows 3.11. Jeżeli należysz do młodszych czytelników, chcę ci tylko przypomnieć, że w tamtych czasach, zwykli śmiertelnicy nie mogli nawet marzyć o Internecie – pewnie nawet o nim nie słyszeli. 

Był to dla mnie początek szkoły średniej. Poznałem tam Michała (tak zwanego Wiórka), który pokazał mi program SuperMemo 6 dla systemu operacyjnego DOS. Był to pierwszy program komputerowy do nauki języków obcych. Właśnie wtedy po raz pierwszy zetknąłem się z metodą Spaced Repetition System (SRS), czyli metodą powtórki w interwałach. 

Nie daj się jednak zwieść – program ten nie przypominał niczego, co teraz kojarzyć się może z aplikacjami do nauki języków obcych. Spójrz na screenshota. 

Program nie miał też żadnych gotowych kursów, czy materiałów. Razem z Michałem używaliśmy go do nauki niemieckiego więc sami musieliśmy wprowadzić do niego materiały pochodzące z podręczników, czy innych książek. Potem korzystaliśmy niego latami aż do matury, a efekty niesamowicie nas zaskakiwały. Nawet na szkolnych imprezach dla zabawy odpytywalismy się ze słówek, ku zdziwieniu innych. Nie byliśmy w stanie zapomnieć tego, czego się uczyliśmy, a były to tysiące słów i zdań!  

Dlaczego tak się działo? Co takiego szczególnego było w programie SuperMemo?

Zacznijmy może od początku.

Metoda nauki w odstępach czasu 

Nasze mózgi to wspaniałe narzędzia, które potrafią tak samo dobrze zapamiętywać, jak i zapominać informacje. Ludzki mózg był skupiony przede wszystkim na zapamiętywaniu faktów, które pomagały nam w przetrwaniu, na przykład w reprodukcji czy znalezieniu jedzenia. Z kolei te informacje, które nie były w danym momencie istotne, były zapominane. 

Aby więc zapamiętać dużo materiału, a tak jest w przypadku języka, musimy więc przeciwdziałać naszej tendencji do zapominania.

Metoda Spaced Repetition polega na tym, że osoba proszona jest o zapamiętanie jakiegoś faktu, np. w kontekście języków są to słowa, zdania lub reguły. Dany materiał jest powtórzony kilka razy, ale przedziały czasowe między kolejnymi powtórkami się zwiększają za każdym kolejnym razem. Jeżeli osoba może przypomnieć sobie daną informację, to przedział czasowy jest wydłużany, a jeżeli nie, to skracany. Po jakimś czasie powtarzasz więc często to, co jest trudne, a to co łatwe, coraz rzadziej. W ten sposób informacja pozostaje w pamięci na dłużej, a ty możesz zapamiętać około 95% materiału, albo nawet więcej.

Hermann Ebbinghaus i teoria krzywej zapominania

Wiedza na temat Spaced Repetition rozwija się od 150 lat. Podstawą badań nad tą metodą były prace Hermanna Ebbinghausa, który sugerował, że utrata informacji w czasie podlega tzw. krzywej zapominania, ale że zapomnienie można zresetować poprzez powtarzające się ćwiczenia oparte na aktywnym przypominaniu sobie informacji. Być może słyszałeś kiedyś sformułowanie, że powtarzanie jest matką nauki (z łaciny, repetitio est mater studiorum)? To z pewnością prawda. 

W latach 1880-1885 Hermann Ebbinghaus przeprowadził ograniczone i niepełne badania, do których wykorzystał samego siebie. Starał się on zapamiętywać bezsensowne sylaby, testując się wielokrotnie w różnych przedziałach czasowych i zapisując wyniki. Na podstawie tych wyników stworzył wykres, który obecnie jest znany jako „krzywa zapominania”. Naukowiec badał jednak tylko tempo zapominania, a nie skupiał się na wpływie powtórek w odstępach czasowych na zapamiętywanie. 

Z wykresu poniżej, który przedstawia krzywą zapominania, możesz zauważyć, że z każdym kolejnym przypomnieniem materiału, krzywa zapominania się “spłaszcza”. Oznacza to, że informacje zostają w twojej głowie na dłużej i znacznie dużo więcej czasu zajmuje zapominanie. 

Hermann Ebbinghaus sformułował hipotezę, że tempo zapominania zależy od wielu czynników, takich jak trudność materiału do zapamiętania (przykładowo, łatwiej byłoby zapamiętać rzeczywiste słowa, a nie bezsensowne sylaby), to, jak przedstawiony jest materiał oraz czynniki fizjologiczne, takie jak stres i sen.

Spaced Repetition

Sam termin Spaced Repetition pojawił się dopiero w latach 30 poprzedniego wieku.

Pomysł, że powtórki z odstępem czasowym mogą być wykorzystane do poprawy procesu nauki, po raz pierwszy zostało zasugerowane w książce „Psychology of Study” autorstwa profesora C. A. Mace’a w 1932 roku. W tej książce stwierdził: 

Być może najważniejsze odkrycia dotyczą właściwego rozkładu okresów nauki… Powtórki powinny być rozmieszczone w stopniowo zwiększających się odstępach czasu, mniej więcej w interwałach jednego dnia, dwóch dni, czterech dni, ośmiu dni itd”.

C. A. Mace

Później badania przeprowadzone w latach 70. i 80. XX wieku, m.in. przez Landauera, Bjorka, Schactera, Richa, Stamppa i innych, wykazały, że metoda Spaced Repetition jest skuteczna nie tylko w nauce i zapamiętywaniu twarzy i nazwisk, ale również u osób z zaburzeniami pamięci, takimi jak amnezja czy choroba Alzheimera. 

Metodę spopularyzował niemiecki naukowiec Sebastian Leitner w 1972, jest ona znana do dzisiaj jako “pudełko Leitnera” (z angielskiego Leiter’s Box). W tej metodzie kartki papieru z informacjami są sortowane w grupy w zależności od tego, jak dobrze uczący się zna każdą z nich. Uczniowie próbują przypomnieć sobie rozwiązanie zapisane na odwrocie kartki. Jeśli im się to uda, przekładają kartę do następnej grupy. Jeśli im się to nie uda, odsyłają ją z powrotem do pierwszej grupy. Do każdej kolejnej grupy, uczniowie sięgną po dłuższym czasie niż w przypadku poprzedniej.

Przez lata rozwijano metodę Spaced Repetition, a badania wykazały, że pacjenci z demencją, stosujący tę technikę byli w stanie przypominać sobie informacje nawet po kilku tygodniach lub miesiącach. Metoda ta okazała się skuteczna w pomaganiu pacjentom z demencją w zapamiętywaniu nazw przedmiotów, codziennych zadań, twarzy i nazwisk, informacji o sobie samych oraz wielu innych faktów i zachowań. 

Kiedy więc Spaced Repetition znalazło zastosowanie w nauce języków?

SuperMemo – wykorzystanie powtarzania materiału w określonych odstępach do nauki języków obcych

Porozmawiajmy teraz o Piotrze Woźniaku. W latach 80. był on studentem Politechniki Poznańskiej i badał wpływ snu na pamięć.  Z jego badań wynika, że zapamiętujemy tak właściwie tylko podczas snu. Właśnie wtedy informacje z pamięci krótkotrwałej lądują w pamięci długotrwałej. 

Piotr Woźniak zmagał się z zapamiętaniem materiału ze studiów, zaczął więc rozwijać swoje własne oprogramowanie aby móc lepiej zapamiętać materiał. Wynikiem jego pracy był właśnie wspomniany wcześniej algorytm SuperMemo. Był on udoskonalonym pomysłem powtarzania materiału w określonych odstępach czasu. Druga wersja algorytmu Woźniaka (tzw. SM-2) jest używana przez mnóstwo aplikacji do uczenia się języków, w tym Duolingo, czy Anki. 

Prawdziwy przełom nastąpił natomiast we wspomnianej wersji 6. Był to pierwszy praktyczny sposób w historii, który planował powtórki zgodnie prawdziwa krzywą zapominania Ebbinghausa. O Woźniaku artykuł napisał nawet w 2008 roku prestiżowy magazyn Wired w artykule “Chcesz zapamiętać wszystko, czego kiedykolwiek się nauczysz? Poddaj się temu algorytmowi” (po angielsku “Want to Remember Everything You’ll Ever Learn? Surrender to This Algorithm”)

Supermemo doczekało się swojej komercyjnej wersji. W 1992 było finalistą konkursu “Software dla Europy” na prestiżowej wystawie komputerowej Cebit. W 1997 roku zostało ogłoszone przez PCKurier produktem roku w Polsce.

Dość często twórcy SuperMemo przywłaszczają sobie całą ideę Spaced Repetition, co, jak możesz zauważyć z powyższych informacji, nie jest zgodne z prawdą.

Nauka języka, a sen

Historia Woźniaka, jego pomysłów a w szczególności jego badania nad wpływem snu na naukę rozbudziły moje zainteresowania pamięcią. Swego czasu wysłałem maila do Matthew Walker, autora “Dlaczego śpimy” (z angielskiego “Why we sleep”), prosząc o dodatkowe sugestie odnośnie możliwych źródeł wiedzy na ten temat. 

Z jego książki wynika, że przenoszenie informacji z pamięci krótkotrwałej do pamięci długotrwałej odbywa się głównie podczas fazy snu non-REM – wtedy właśnie uczymy się słów, kolokacji i innych bloków językowych. Natomiast układanie tych informacji we wzorce odbywa się podczas fazy REM. Wynika z tego że gramatyki, struktur językowych i intuicji językowej uczymy się kiedy śnimy.  

Niestety, nie doczekałem się odpowiedzi, ale badania nadal kontynuowane są przez zespół Taalhammera, aby zapewnić ci jeszcze lepsze wyniki w nauce. 

Czas na powtórki – jak to działa

To tyle na temat teoretycznej strony. Pewnie zastanawiasz się, jak to działa w praktyce. 

Upraszczając, używając tej metody najpierw widzisz słowo lub zdanie. Następnie musisz ocenić, na ile je znasz (znam, nie znam, średnio). Na podstawie twojej oceny, algorytm zaplanuje dla ciebie moment na ponowne „spotkanie” z wyrażeniem. Algorytm ustawi czas pomiędzy powtórkami, tak, aby dane słówko pojawiło się w momencie, kiedy niemal będzie o nim zapominać. 

Aby nieco lepiej zrozumieć ten efekt, przybliżmy nieco bardziej sposób działania pamięci. Z grubsza rzecz biorąc, podczas uczenia się wykorzystujemy dwa procesy:

• wejście: w procesie uczenia się chodzi o to, aby zapisać informacje w pamięci.
• wyjście: aby móc później wykorzystać zdobytą wiedzę, należy odzyskać ją z pamięci.

Te dwa procesy nie są całkowicie oddzielone. Za każdym razem, gdy się czegoś uczysz, mózg sprawdza, czy dany materiał został już zapisany w pamięci. Próbuje więc odzyskać wcześniej zdobytą wiedzę. Jeśli okaże się, że już wcześniej przyswoiłeś daną wiedzę i zostanie ci ona zaprezentowana po raz drugi, wiedza ta zostanie jeszcze lepiej zapisana w twojej pamięci. Efekt jest taki, że możesz łatwiej odzyskać materiał, gdy go potrzebujesz. Tak więc im częściej coś jest ci oferowane, tym łatwiej jest to zapamiętać.

Z aplikacją Taalhammer nie musisz się martwić, że nie będziesz wiedzieć, kiedy przypomnieć sobie dany materiał – algorytm zaplanuje to dla ciebie. 

Moja przygoda ze spaced repetition – część druga 

Do nauki przy użyciu Spaced Repetition wróciłem w 2007, kiedy miałem 30 lat. Wówczas istniała już wersja SuperMemo UX, na Windowsa, która była wizualnie znacznie bardziej atrakcyjna, niż ta pierwsza. 

Zacząłem wtedy kursy Extreme English: Advanced i nauczyłem się w przeciągu 1,5 roku ponad 4000 słów i zdań. Nie było łatwo, ponieważ słowa i zdania nie były ze sobą połączone. Zdania składały się ze słów których nie znałem, a indywidualne słowa, których się uczyłem nie występowały w zdaniach. Wtedy już zacząłem się zastanawiać czy algorytm działałby lepiej gdyby zdania których się uczę były ze sobą połączone. 

Mimo trudności, dałem radę, kończąc naukę z angielskim na poziomie C2 i zdając egzamin językowy Certificate of Proficiency in English (CPE).

Moja przygoda ze spaced repetition – część trzecia

Moje trzecie, i zdecydowanie nie ostatnie podejście do praktykowania z powtórzeniami w odstępach, miało miejsce w 2010 roku. Przeprowadziłem się wtedy do Amsterdamu. Oczywiście zacząłem uczyć się holenderskiego na różnych kursach językowych. 

Nauczony doświadczeniem wiedziałem, że samo uczestnictwo w zajęciach na niewiele się zda, jeżeli nie będę powtarzać. To, czego uczyłem się na lekcji, wpisywałem do aplikacji SuperMemo i potem powtarzałem. To przyniosło rewelacyjne efekty – w porównaniu z innymi kursantami, robiłem ogromne postępy, znałem dużo słów, ale nie osiągnąłem gramatycznej płynności. Nie potrafiłem tworzyć skomplikowanych konstrukcji gramatycznych w trakcie rozmowy. 

Zacząłem więc analizować moje efekty, zastanawiając się, co poszło okej, a czego brakowało. Wtedy zdałem sobie sprawę, że znów popełniłem zasadniczy błąd – wpisywałem zdania, które nie miały ze sobą nic wspólnego. Po prostu przepisywałem je z książki, albo z notatek sporządzonych na lekcji. 

Drugim błędem było to, że nie zacząłem mówić od razu, od pierwszych ćwiczeń. Wówczas byłem pewien, że zacznę mówić po jakimś czasie. Myślałem, że lepiej zaczekać, aż poznam dużo słów i dopiero wtedy użyję ich w rozmowie. W efekcie nie miałem możliwości aktywacji wszystkich konstrukcji, których się uczyłem. Mogę powiedzieć, że nie uczyłem się tak naprawdę języka, lecz słów i struktur.

Zainteresowałem się więc jeszcze bardziej tematem nauki języków i poznałem lingwistę Stephena Krashena. Stworzył on „Hypothesis of Language Acquisition” (“Hipotezę Nabywania Języka”). Skupia się ona na różnicy między nabywaniem języka, a uczeniem się języka. To proces, w którym uczący się języka “nabywa” nowe językowe umiejętności, nieświadomie, poprzez ekspozycję na język w rzeczywistych sytuacjach komunikacyjnych. Ten proces przypomina naturalne nabywanie języka dziecka. Według Krashena, nabywanie języka jest bardziej efektywne i prowadzi do trwałego przyswojenia języka. Wtedy zdałem sobie sprawę z tego, jak ważne jest stworzenie systemu nauki, w którym uczniowie od razu zaczną używać języka i to w jak najbardziej naturalnych sytuacjach.

Moja przygoda ze Spaced Repetition – część czwarta

W 2013 poznałem Annę, dziewczynę z Włoch i zacząłem uczyć się włoskiego. Do tego planowałem wyjazd na wakacje na Sycylię – tam angielski raczej się nie sprawdzi. Zamiast jednak powtarzać błędy z przeszłości, wykorzystałem je tak, aby jak najszybciej opanować nowy język. 

Po pierwsze, od razu zacząłem mówić, używając tego słownictwa, którego się uczyłem. Z czasem zaczęło się ono poszerzać. Oglądałem też filmy i zacząłem słuchać włoskiej muzyki. Uczenie się języka przez słuchanie piosenek, to doskonały i ciekawy sposób na zbudowanie bazy słów, a także odkrycie gramatyki.

Chciałem dalej korzystać z aplikacji do nauki języków, ale zacząłem robić coś nowego. Zamiast wpisywać słowa wyrwane z kontekstu, wklepywałem do SuperMemo dużo wariacji tych samych konstrukcji gramatycznych, z użyciem tych samych słów. Na przykład tworzyłem 20 zdań ze słowem “although”, albo 30 zdań w trybie przypuszczającym. Dużo odmieniałem ten sam czasownik przez osoby w różnych czasach. Jeżeli uczyłem się czegoś na kursach, od razu wpisywałem wszystko do aplikacji. 

Regularne powtórki połączone z dodatkowymi wdrożonymi metodami sprawiły, że efekty przerosły moje oczekiwania. Po pół roku nauki pojechałem na Sycylię. Wypiłem trochę wina, aby dodać sobie odwagi i zacząłem rozmawiać z Włochami. Oczywiście nie były to żadne zaawansowane rozmowy na poważne tematy, ale umiałem się z nimi porozumieć i miło spędzić czas. Do dziś pamiętam ten wspaniały moment, kiedy słowa i zdania, których się uczyłem, zdawały się same płynąć i tworzyć rozmowę. Udowodniłem sobie, że można osiągnąć płynność (oczywiście limitowaną) w języku obcym zaledwie w pół roku.

Po dwóch latach nauki pojechałem do Mediolanu na tygodniowy kurs włoskiego. Kiedy po raz pierwszy rozmawiałem z nauczycielem podczas lunchu, zorientowałem się, że automatycznie używam masy słów, których uczyłem się z SuperMemo. A co najlepsze, robiłem to w płynny sposób. Po ukończeniu kursu postanowiłem, że od tego momentu będę rozmawiać z moją dziewczyną wyłącznie po włosku, a w 2015 roku, po 2 latach nauki, zdałem egzamin B2. 

Czy można uczyć się jeszcze efektywniej? 

Mój sukces w nauce włoskiego sprawił, że zacząłem zastanawiać się, jak można usprawnić algorytm aplikacji, dodając do interwałowych powtórek inne elementy. 

Po pierwsze, zamiast podawać całe, długie i skomplikowane reguły gramatyczne, zdecydowałem się stworzyć krótkie gramatyczne wskazówki, które mogą pomóc w rozumieniu gramatyki. 

W SuperMemo musisz wystawić sobie ocenę. Ja jednak chciałem, aby nauka była wygodna – możliwa bez użycia rąk. Stworzyłem więc radio językowe, którego lista jest zarządzana przez algorytm. Dzięki temu możesz uczyć się na siłowni, w samochodzie, w kolejce po zakupy, wszędzie tam, gdzie masz zajęte ręce. 

Zdałem sobie też sprawę z tego, że świetnym elementem nauki są materiały do słuchania, na które składa się tylko i wyłącznie słownictwo, które już znasz. A więc są rozumiałe w 100%. 

Aby usprawnić wymowę i rozpoznawanie dźwięku, dodałem też transkrypcję fonetyczną IPA nad którą pracowałem w czasie studiów. 

Nowy algorytm Atom – jeszcze lepsza nauka języków obcych

Na podstawie swoich doświadczeń z nauką, stworzyłem przepis na skuteczne opanowanie języka dla wszystkich. Potrzebowałem jednak narzędzia, które mogłoby je zrealizować. Właśnie dlatego zacząłem pracować nad własnym algorytmem, który uwzględniałby wszystkie wspomniane aspekty nauki. 

Swoją pracę zacząłem od analizy algorytmu SM-15. Zacząłem też generować wariacje zdań przy pomocy sztucznej inteligencji. Moim celem było stworzenie listy najczęściej używanych słów w języku, na przykład “go”, “often”, “speak”, “work”, itp., a także jak największej wariancji zdań, zawierających te słowa. Postanowiłem też, że zdania powinny używać różnych struktur gramatycznych dla danego poziomu, czyli, na przykład, w poziomie A1 pojawiałyby się zdania w czasie teraźniejszym, pytania, przeczenia, czas przyszły, liczba mnoga, itd. 

Chciałem, aby produkt, który zaoferuje innym był jak najlepszy. Musiało więc upłynąć trochę czasu, kiedy byłem swoim własnym królikiem doświadczalnym i testowałem na sobie, jak szybko jestem w stanie zapamiętać dane struktury. Na podstawie prób i błędów ulepszyłem algorytm. 

W międzyczasie testowałem też wpływ treningu sportowego, medytacji, a także snu na pamięć. Okazało się, że wszystkie te sposoby, w połączeniu z odpowiednimi technikami, dają spektakularne efekty. Przykładowo badania jednomyślnie wskazują, że aktywność fizyczna podczas procesu nauki wpływa korzystnie na zdolność zapamiętywania i retencję informacji. Wykonywanie ćwiczeń, takich jak podnoszenie ciężarów, jazda na rowerze, spacery, bieganie, aerobik, czy inny rodzaj wysiłku fizycznego, przyczynia się do istotnych zmian w biologii mózgu. Te zmiany sprawiają, że mózg staje się bardziej podatny na proces uczenia się poprzez zwiększenie przepływu tlenu oraz ilości neuroprzekaźników. 

W 2017 dołączył do mnie Łukasz, który również ma ogromne doświadczenie z nauką języków, metodą Spaced Repetition i inżynierią oprogramowania. Połączyliśmy więc siły i dalej testowaliśmy i usprawnialiśmy algorytm. Wówczas rozwój nabrał tempa i formy. W 2019 zauważyliśmy już naprawdę niesamowite rezultaty. Był to też czas, kiedy nasz algorytm otrzymał swoją nazwę. Atom Algorithm był podstawą do stworzenia Taalhammera.

Taalhammer dzisiaj to twój osobisty trener językowy stworzony z naszej pasji do nauki języków obcych. Wspierany przez naukę, zasilany technologią AI i zweryfikowany przez doświadczenie. 

Nasza aplikacja wykorzystuje nasze osobiste doświadczenia, a także wieloletnie badania na temat pamięci, technik uczenia się i psychologi. Dzięki temu jest tak bardzo skuteczna. Dołącz do nas w naszej misji!