Co se skrývá za prázdným pohledem?

Všichni jsme bez ohledu na obor zažili chvíle, kdy se zdálo, že někteří studenti visí na každém slově a s velkým zaujetím hltají naše sdělení, obrázky, grafy a vizuální materiály. V těch samých třídách se však objeví i určitý stupeň zmatku, nechápavých pohledů nebo v nejhorším případě prázdný pohled! V mém oboru anatomického vzdělávání, stejně jako v mnoha dalších STEMM* oborech, je téměř všudypřítomné používání multimédií a dalších stále složitějších počítačových vizualizací důležitou součástí naší pedagogické výbavy pro výuku ve třídě, v malé skupině nebo dokonce pro individuální přednášku na úrovni absolventa. Ačkoli obrázek skutečně řekne tisíc slov, slova, která každý člověk uslyší, nebo, což je důležitější, pochopí, se budou značně lišit.

Moje laboratoř, Corps for Research of Instructional and Perceptual Technologies (CRIPT Lab), využívá experimentální paradigma prostorových schopností ke zkoumání toho, jak jednotlivci používají obrázky k učení. Každý z nás má různou míru prostorové orientace, smyslu pro směr a schopnosti mentální manipulace s objekty neboli prostorové schopnosti. Tuto vlastnost lze měřit pomocí různých testů, které ukazují naši zdatnost. Předpokládá se, že prostorové schopnosti ovlivňují náš výběr vzdělávacích předmětů a dokonce i to, jak dobře si v těchto předmětech vedeme (Wai, Lubinski a Benbow 2009). Využíváme kognitivní teorii multimediálního učení (Mayer) a teorii kognitivní zátěže (Valcke 2002), abychom naznačili, že osoby s nižšími prostorovými schopnostmi podstupují vyšší mimoučební zátěž, protože se snaží udržet krok se složitými vizualizacemi, které jsou někdy využívány k demonstraci jevu. Zahájili jsme sběr neurofyziologických dat během učení a testování. Buďte ujištěni; nejedná se o univerzální testy inteligence, ale mají přiměřenou a rostoucí prediktivní použitelnost.

Doktorand Jay Loftus studoval, jak se zvyšuje průtok krve mozkem u osob s vysokými prostorovými schopnostmi ve srovnání s osobami s nízkými prostorovými schopnostmi, když se pomocí statických obrázků učí kosti nohou nebo velké cévy v hrudníku. Cílem nebylo naučit se jejich názvy nebo funkce, ale spíše pochopit, jak do sebe tyto anatomické části zapadají.

Shodně osoby s vysokými prostorovými schopnostmi dosahovaly lepších výsledků v jím navržených testech, a to při vyšším průtoku krve mozkem. U osob s vyššími prostorovými schopnostmi docházelo při nesprávných odpovědích k mírnému poklesu krevního průtoku, ale u osob s nižšími prostorovými schopnostmi klesl krevní průtok pod výchozí hodnotu, což svědčí o možném přesunu krve do jiných oblastí mozku ve snaze odpovědět na otázku. Máme tendenci si to představovat jako vyšší mozkovou „pracovní rychlost“, aby byla práce hotova. V jistém smyslu osoby s nízkou prostorovou schopností zažívají v tomto způsobu učení a testování vyšší cizí kognitivní zátěž (Loftus, Jacobsen a Wilson 2016). Loftus v současné době zkoumá tyto účinky pomocí dynamických obrázků, které jsou běžné v mnoha multimediálních prostředích, a zdá se, že se tento efekt dále prohlubuje.

Chtěli jsme provést hlubší sondu, abychom lépe pochopili, zda jsou prostorové schopnosti „jen v hlavě“. Udělali jsme další krok, abychom zjistili, zda lidé s různými prostorovými schopnostmi zkoumají vizualizace stejným způsobem. Doktorandka Victoria Roachová zapojila do řešení svých otázek technologii sledování očí. Sledování očí využívá vysokorychlostní kamery, které sledují, kam se oko při sledování obrazovky pohybuje. Pomocí této technologie měřila události související s tím, kde a kdy se odehrávají při zkoumání vizualizace. Z vizuálního a kognitivního hlediska zpracováváme jako lidé vizuální informace pouze tehdy, když fixujeme věci v našem vizuálním světě. Roachová proto vyvinula měřítko salience („kde“ v kombinaci s „kdy“) v rámci každého obrazu. Sledovala osoby, které prováděly testy mentálního otáčení. Na konci experimentu tak znala jejich skóre mentální rotace, tedy jak dobře si v testu vedli, a také salienci jejich pozornosti během testu. Z jejích experimentů se začaly objevovat zajímavé výsledky. Prvním z nich je, že osoby s vysokou a nízkou prostorovou schopností věnují pozornost různým částem téhož prezentovaného obrázku. To je samo o sobě zajímavé, ale vezměme v úvahu, že to, kam se člověk v rámci obrázku dívá, mu může poskytnout vodítka pro lepší orientaci a odvození významu.

Jdeme-li o krok dále, v našich testech často stanovujeme časové limity, a tím ještě více oddělujeme osoby s vysokou a nízkou prostorovou schopností, dáváme jim méně času na soustředění se na důležité aspekty, a tím brzdíme osoby s nižší prostorovou schopností. Dáme-li lidem více času na vyplnění testů, zjistíme zřejmou věc: výsledky mají tendenci se plošně zvyšovat. Ještě důležitější však je, že osoby s nižšími prostorovými schopnostmi začnou věnovat pozornost podobným významným částem vizualizace jako jejich protějšky s vyššími prostorovými schopnostmi (Roach et al. 2016). Ve svém dosud nepublikovaném výzkumu šla Roachová tak daleko, že u skupiny osob s vysokými prostorovými schopnostmi definovala nejvýznamnější oblast obrázku; tuto významnou oblast pak ukázala osobám s nízkými prostorovými schopnostmi, přičemž pouze uvedla, že se jedná o důležité místo na obrázku. Koučované osoby s nízkými prostorovými schopnostmi výrazně zvýší svůj výsledek, což se rovná zvýšení průměru známek, a tento efekt je trvalý, protože v následujících „nekoučovaných“ testech si vedou i nadále lépe.

Složení tohoto výzkumu je pro učitele a studenty posilující. Zaprvé si musíme uvědomit, že jako pedagogové můžeme různými způsoby měnit kognitivní zátěž studentů prostřednictvím dobrých, špatných nebo ošklivých ukázek. Pokud neúmyslně zvýšíme cizí kognitivní zátěž diagramem, grafem nebo vizuální ukázkou, účinky jsou rozsáhlé a diferencované u všech našich žáků, přičemž nejvíce trpí ti s nižšími prostorovými schopnostmi. Jsou prostorové schopnosti závislou proměnnou vašich testů? Nyní si představte, co se stane v situaci, kdy je na testování krátký časový limit a sázka je vysoká. A konečně, v pedagogice a naší schopnosti jako pedagogů vést žáky k pochopení komplexních vizualizací je obrovská síla. Pokud nasměrujeme pozornost, ukážeme studentům, kam a jak se mají na daný jev dívat, propast mezi prostorovými schopnostmi se přinejmenším zkrátí a naši studenti se mohou soustředit spíše na sdělení (znalosti) než na vizualizaci (médium).

* STEMM se často označuje jako obory zahrnující přírodní vědy, technologie, inženýrství a matematiku a často sem zahrnujeme i medicínu, abychom reprezentovali příbuzné zdravotnické obory.

Loftus, Jay J., Michele Jacobsen a Timothy D. Wilson. 2016. „Učení a hodnocení pomocí obrázků: A View of Cognitive Load through the Lens of Cerebral Blood Flow“. British Journal of Educational Technology. http://dx.doi.org/10.1111/bjet.12474.

Mayer, Richard E. 2014. „Kognitivní teorie multimediální výuky“. In Cambridge Handbook of Multimedia Learning, edited by R. E. Mayer, 31-48. In Cambridge Handbook of Multimedia Learning, edited by R. E. Mayer, 31-48. New York: Cambridge University Press.

Roach, Victoria A., Graham M. Fraser, James H. Kryklywy, Derek Mitchell a Timothy D. Wilson. 2016. „The Eye of the Beholder: Can Patterns in Eye Movement Reveal Aptitudes for Spatial Reasoning?“ (Vzory v pohybu očí mohou odhalit vlohy pro prostorové uvažování). Anatomical Sciences Education 9 (4): 357-66.

Valcke, Martin. 2002. „Kognitivní zátěž: Kognitivní funkce: aktualizace teorie?“ Learning and Instruction 12: 147-54.

Wai, Jonathan, David Lubinski a Camilla P. Benbow. 2009. „Prostorové schopnosti pro oblasti STEM: Aligning over 50 Years of Cumulative Psychological Knowledge Solidifies Its Importance“. Journal of Educational Psychology 101 (4): 817-35.

Dr. Tim Wilson je docentem na University of Western Ontario. Je také členem poradního sboru konference Teaching with Technology.

Přetištěno ze zprávy The Best of Teaching with Technology, která obsahuje články vycházející z některých nejlépe hodnocených zasedání na konferenci Teaching Professor Technology Conference 2016 (nyní známé jako Teaching with Technology Conference).