Mitä tapahtuu tyhjän katseen takana?
Ainealueestamme riippumatta meillä kaikilla on ollut hetkiä, jolloin jotkut oppilaat tuntuvat roikkuvan kiinni jokaisessa sanassa ja ahmivat viestejämme, kuviamme, kaavioita ja visuaalista materiaalia vankalla sitoutumisella. Näillä samoilla tunneilla esiintyy kuitenkin myös hämmennystä, hämmentyneitä katseita tai pahimmillaan tyhjää tuijotusta! Omalla anatomian koulutusalallani, kuten monilla muillakin STEMM*-tieteenaloilla, multimedian ja muiden yhä monimutkaisempien tietokonevisualisointien lähes kaikkialle levinnyt käyttö on tärkeä osa pedagogista työkalupakkiamme luokkahuoneessa, pienryhmässä tai jopa kahdenkeskisessä tutkijakoulutustason keskustelutilaisuudessa. Vaikka kuva todellakin kertoo enemmän kuin tuhat sanaa, sanat, jotka kukin kuulee tai, mikä tärkeämpää, ymmärtää, vaihtelevat suuresti.
Laboratoriossani, CRIPT-laboratoriossa (Corps for Research of Instructional and Perceptual Technologies), käytetään kokeellista avaruudellisen kyvykkyyden paradigmaa tutkiessani, miten yksilöt käyttävät kuvia oppimiseen. Jokaisella meistä on eriasteinen avaruudellinen orientaatio, suuntavaisto ja kyky käsitellä esineitä henkisesti eli avaruudellinen kyky. Tätä ominaisuutta voidaan mitata erilaisilla testeillä, jotka kertovat taidoistamme. On ajateltu, että avaruudellinen kyky vaikuttaa koulutusvalintoihimme ja jopa siihen, miten hyvin menestymme kyseisissä oppiaineissa (Wai, Lubinski ja Benbow 2009). Käytämme monimediaisen oppimisen kognitiivista teoriaa (Mayer) ja kognitiivisen kuormituksen teoriaa (Valcke 2002) ehdottaaksemme, että henkilöt, joilla on heikommat avaruudelliset kyvyt, joutuvat kärsimään suuremmasta ulkoisesta oppimiskuormituksesta, kun he yrittävät pysyä perässä monimutkaisissa visualisoinneissa, joita toisinaan käytetään ilmiön havainnollistamiseen. Olemme aloittaneet neurofysiologisten tietojen keräämisen oppimisen ja testaamisen aikana. Voitte olla varmoja; nämä eivät ole älykkyystestejä, mutta niillä on kohtuullinen ja kasvava ennustuskelpoisuus.
Kasvatustieteen tohtoriopiskelija Jay Loftus tutki, miten aivoverenkierto kohoaa henkilöillä, joilla on korkea spatiaalinen kyvykkyys verrattuna matalaan spatiaaliseen kyvykkyyteen, kun he opettelevat staattisten kuvien avulla jalkojen luita tai rintakehän suuria verisuonia. Tavoitteena ei ollut oppia niiden nimiä tai toimintoja, vaan pikemminkin ymmärtää, miten nämä anatomiset osat sopivat yhteen.
Yhtäpitävästi henkilöt, joilla oli korkea avaruudellinen kyvykkyys, saivat parempia pisteitä hänen keksimissään testeissä, ja he tekivät niin korkeamman aivoverenkierron avulla. Väärien vastausten kohdalla korkeamman spatiaalisen kyvyn omaavien henkilöiden verenkierto laski hieman, mutta alhaisemman spatiaalisen kyvyn omaavien henkilöiden verenkierto laski lähtötason alapuolelle, mikä viittaa mahdolliseen veren siirtymiseen muille aivoalueille pyrittäessä vastaamaan kysymykseen. Meillä on tapana ajatella tätä korkeampana aivojen ”työtahtina” työn suorittamiseksi. Tavallaan matalan spatiaalisen kyvykkyyden omaavat henkilöt kokevat suurempaa ulkoista kognitiivista kuormitusta tässä oppimis- ja testausmoodissa (Loftus, Jacobsen ja Wilson 2016). Loftus tutkii parhaillaan näitä vaikutuksia käyttämällä dynaamisia kuvia, jotka ovat yleisiä monissa multimediaympäristöissä, ja vaikutus näyttää pahenevan entisestään.
Halusimme tutkia syvemmältä, jotta ymmärtäisimme paremmin, onko avaruudellinen kyvykkyys ”kaikki päässä”. Otimme askeleen pidemmälle nähdessämme, tutkivatko ihmiset, joilla on erilaiset avaruudelliset kyvyt, visualisointeja samalla tavalla. Tohtoriopiskelija Victoria Roach käytti kysymyksiinsä silmienseurantatekniikkaa. Silmäseuranta käyttää suurnopeuskameroita havainnoimaan, missä silmä liikkuu näyttöä tarkkaillessaan. Tämän tekniikan avulla hän mittasi mihin ja milloin liittyvät tapahtumat, jotka liittyvät visuaalin tarkasteluun. Visuaalisesta ja kognitiivisesta näkökulmasta katsottuna me ihmiset käsittelemme visuaalista tietoa vain silloin, kun kiinnitämme katseemme visuaalisen maailman asioihin. Niinpä Roach kehitti kuhunkin kuvaan liittyvän korostuneisuuden (”missä” yhdistettynä ”milloin”) mittarin. Hän seurasi henkilöitä, kun nämä suorittivat mielen kiertoa mittaavia testejä. Näin hän tiesi kokeen lopussa, kuinka hyvin he olivat suoriutuneet testistä ja kuinka paljon huomiota he olivat kiinnittäneet testin aikana. Hänen kokeistaan on saatu mielenkiintoisia tuloksia. Ensinnäkin korkean ja matalan avaruudellisen kyvykkyyden omaavat henkilöt kiinnittävät huomiota saman esitetyn kuvan eri osiin. Tämä on sinänsä mielenkiintoista, mutta ajatelkaapa, että se, mihin kuvassa katsotaan, voi antaa vihjeitä paremmasta orientoitumisesta ja merkityksen päättelystä.
Mikäli menemme vielä pidemmälle, asetamme usein testeillemme aikarajoituksia, ja näin erotamme edelleen korkean ja matalan avaruudellisen kyvykkyyden omaavat oppijat toisistaan antaen heille vähemmän aikaa keskittyä tärkeisiin seikkoihin ja siten jarrutamme matalamman avaruudellisen kyvykkyyden omaavien oppijoiden keskittymistä. Jos annamme ihmisille enemmän aikaa testien suorittamiseen, havaitsemme itsestäänselvyyden: pisteet yleensä nousevat kaikilla. Vielä tärkeämpää on kuitenkin se, että matalamman spatiaalisen kyvyn omaavat henkilöt alkavat kiinnittää huomiota samankaltaisiin visualisoinnin merkittäviin osiin kuin heidän korkeamman spatiaalisen kyvyn omaavat kollegansa (Roach ym. 2016). Vielä julkaisemattomassa tutkimuksessaan Roach on mennyt niinkin pitkälle, että hän on määritellyt korkeasti spatiaalisesti kyvykkäiden henkilöiden ryhmästä kuvan silmiinpistävimmän alueen; sen jälkeen hän näyttää tätä silmiinpistävää aluetta matalamman spatiaalisen kyvykkyyden omaaville henkilöille sanomalla vain, että kyse on tärkeästä kohdasta kuvassa. Valmennetut matalan avaruudellisen kyvykkyyden omaavat henkilöt nostavat pistemääräänsä huomattavasti, mikä vastaa arvosanan keskiarvon nostamista, ja vaikutus on kestävä, sillä he suoriutuvat jatkossakin paremmin myöhemmissä ”ei-valmennetuissa” testeissä.
Tämän tutkimuksen kokoaminen yhteen on voimaannuttavaa opettajille ja oppilaille. Ensinnäkin meidän on ymmärrettävä, että me opettajina voimme muuttaa opiskelijoiden kognitiivista kuormitusta monin eri tavoin hyvien, huonojen tai rumien demonstraatioiden avulla. Jos lisäämme tahattomasti kaavion, kuvaajan tai visuaalisen havainnollistamisen aiheuttamaa ylimääräistä kognitiivista kuormitusta, vaikutukset ovat laajalle levinneitä ja eriytyneitä oppijoillemme, ja eniten kärsivät ne, joilla on heikommat avaruudelliset kyvyt. Onko avaruudellinen kyvykkyys riippuvainen muuttuja testeissäsi? Kuvittele nyt, mitä tapahtuu koetilanteessa, jossa aikarajat ovat lyhyet ja panokset suuret. Lopuksi todettakoon, että pedagogiikassa ja kyvyssämme kasvattajina ohjata oppilaita ymmärtämään monimutkaisia visualisointeja on valtavasti voimaa. Jos ohjaamme huomion, näytämme oppilaille, mistä ja miten ilmiötä tarkastellaan, ainakin avaruudellisen kyvykkyyden välinen kuilu lyhenee, ja oppijamme voivat keskittyä viestiin (tietoon) pikemminkin kuin visualisointiin (välineeseen).
* STEMM:iin viitataan usein tieteenaloina, joihin liittyy tiedettä, teknologiaa, insinööritieteiden tekniikkaa ja matematiikkaa, ja sisällytämme siihen usein myös lääketieteen edustamaan liitännäisiä terveystieteiden aloja.
Loftus, Jay J., Michele Jacobsen, ja Timothy D. Wilson. 2016. ”Oppiminen ja arviointi kuvien avulla: 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. ”Multimediaoppimisen kognitiivinen teoria”. Teoksessa Cambridge Handbook of Multimedia Learning, toimittanut R. E. Mayer, 31-48. New York: Cambridge University Press.
Roach, Victoria A., Graham M. Fraser, James H. Kryklywy, Derek Mitchell ja Timothy D. Wilson. 2016. ”The Eye of the Beholder: Can Patterns in Eye Movement Reveal Aptitudes for Spatial Reasoning?”. Anatomical Sciences Education 9 (4): 357-66.
Valcke, Martin. 2002. ”Kognitiivinen kuormitus: Updating the Theory?” Learning and Instruction 12: 147-54.
Wai, Jonathan, David Lubinski ja Camilla P. Benbow. 2009. ”Spatial Ability for STEM Domains: Aligning over 50 Years of Cumulative Psychological Knowledge Solidifies Its Importance.”. Journal of Educational Psychology 101 (4): 817-35.
Tohtori Tim Wilson on apulaisprofessori Länsi-Ontarion yliopistossa. Hän toimii myös Teaching with Technology -konferenssin neuvottelukunnassa.
Painettu teoksesta The Best of Teaching with Technology, raportti, joka sisältää artikkeleita, jotka perustuvat joihinkin vuoden 2016 Teaching Professor Technology -konferenssin (joka tunnetaan nykyään nimellä Teaching with Technology -konferenssi) parhaimmiksi arvioituihin sessioihin.