Wat gebeurt er achter de lege blik?

Over welk vakgebied het ook gaat, we hebben allemaal wel eens momenten gehad waarop sommige leerlingen aan elk woord leken te hangen en onze boodschappen, beelden, grafieken en visuals met grote betrokkenheid opslurpten. In diezelfde klassen zal er echter ook een zekere verwarring zijn, verbijsterde blikken, of in het ergste geval, een lege blik! In mijn vakgebied van anatomisch onderwijs, net als in veel andere STEMM* disciplines, is het bijna alomtegenwoordige gebruik van multimedia en andere steeds complexere computer visualisaties een belangrijk onderdeel van onze pedagogische gereedschapskist voor het klaslokaal, kleine groep, of zelfs de één-op-één praatjes op graduaat niveau. Hoewel een beeld inderdaad duizend woorden zegt, zullen de woorden die elke persoon hoort, of nog belangrijker, begrijpt, sterk variëren.

Mijn lab, het Corps for Research of Instructional and Perceptual Technologies (CRIPT Lab), gebruikt het experimentele paradigma van ruimtelijk vermogen om te onderzoeken hoe individuen beelden gebruiken om te leren. Ieder van ons heeft een verschillende mate van ruimtelijke oriëntatie, gevoel voor richting, en vermogen om objecten mentaal te manipuleren of ruimtelijk vermogen. Deze eigenschap kan worden gemeten met behulp van een verscheidenheid van tests die onze bekwaamheid aangeven. Men denkt dat ruimtelijk inzicht onze onderwijskeuzes beïnvloedt en zelfs hoe goed we het doen in die vakken (Wai, Lubinski, en Benbow 2009). We gebruiken de cognitieve theorie van multimediaal leren (Mayer) en de cognitieve belastingstheorie (Valcke 2002) om te suggereren dat personen met een lagere ruimtelijke vaardigheid een hogere externe leerbelasting ondervinden omdat ze worstelen om bij te blijven met complexe visualisaties die soms worden gebruikt om een fenomeen te demonstreren. We zijn begonnen met het verzamelen van neurofysiologische gegevens tijdens het leren en testen. Wees gerust; dit zijn geen allesomvattende intelligentietests, maar ze hebben wel een redelijke en groeiende voorspellende toepasbaarheid.

Onderwijspromovendus Jay Loftus onderzocht hoe de cerebrale bloedstroom wordt verhoogd bij personen met een hoog ruimtelijk vermogen in vergelijking met personen met een laag ruimtelijk vermogen bij het gebruik van statische plaatjes om botten van de voeten of grote vaten in de borstkas te leren. Het doel was niet om hun namen of functies te leren, maar om te begrijpen hoe deze anatomische onderdelen in elkaar passen.

Tegenstrijdig is dat personen met een hoog ruimtelijk vermogen beter scoren op de door hem bedachte tests, en dat zij dat deden met een hogere cerebrale doorbloeding. Bij foute antwoorden daalde de bloedstroom bij personen met een hoger ruimtelijk inzicht enigszins, maar bij personen met een lager ruimtelijk inzicht daalde de bloedstroom tot onder de basislijn, wat wijst op een mogelijke verplaatsing van bloed naar andere delen van de hersenen in een poging de vraag te beantwoorden. We zijn geneigd dit te zien als een hogere cerebrale “werksnelheid” om de klus te klaren. In zekere zin ervaren personen met een laag ruimtelijk vermogen een hogere externe cognitieve belasting in deze leer- en testmodaliteit (Loftus, Jacobsen, en Wilson 2016). Loftus bestudeert deze effecten momenteel met behulp van dynamische beelden, gebruikelijk in veel multimedia-omgevingen, en het effect lijkt verder te verergeren.

We wilden dieper peilen om beter te begrijpen of ruimtelijke vaardigheid “allemaal in het hoofd zit”. We gingen een stap verder om te zien of mensen met verschillende ruimtelijke vermogens visualisaties op dezelfde manier bekijken. Doctoraatsstudent Victoria Roach gebruikte eye tracking technologie om haar vragen te beantwoorden. Eye tracking maakt gebruik van hogesnelheidscamera’s om te observeren waar het oog beweegt terwijl men naar een scherm kijkt. Met deze technologie meet ze de waar en wanneer-gerelateerde gebeurtenissen bij het bekijken van een visualisatie. Vanuit een visueel en cognitief perspectief verwerken we als mensen visuele informatie alleen wanneer we ons fixeren op dingen in onze visuele wereld. Daarom ontwikkelde Roach een maatstaf voor de opvallendheid (“waar” gecombineerd met “wanneer”) binnen elk beeld. Ze volgde personen terwijl ze tests deden van mentale rotatie. Zo wist zij aan het eind van het experiment hun mentale rotatiescore, of hoe goed zij het hadden gedaan op de test, en ook hun aandachtssaliëntie tijdens de test. Uit haar experimenten zijn interessante resultaten naar voren gekomen. Het eerste is dat personen met een hoge en een lage ruimtelijke capaciteit hun aandacht richten op verschillende delen van hetzelfde gepresenteerde beeld. Dat is op zichzelf al interessant, maar bedenk dat waar men binnen de afbeelding kijkt, aanwijzingen kan geven om zich beter te oriënteren en de betekenis af te leiden.

Om nog een stap verder te gaan, stellen we vaak tijdslimieten aan onze tests, en daarmee scheiden we de hoog- van de laag-ruimtelijk vaardige leerlingen verder, waardoor ze minder tijd hebben om zich op de belangrijke aspecten te concentreren en zo de laag-ruimtelijk vaardige leerlingen belemmeren. Geef mensen meer tijd om de tests af te maken, en we vinden het voor de hand liggende: de scores neigen over de hele linie toe te nemen. Belangrijker is echter dat lager ruimtelijk vaardige personen aandacht beginnen te besteden aan vergelijkbare saillante stukken van de visualisatie als hun hoger ruimtelijk vaardige tegenhangers (Roach et al. 2016). In haar nog te publiceren onderzoek gaat Roach zo ver dat ze van een groep hoog ruimtelijk vaardige personen het meest saillante gebied van een afbeelding bepaalt; vervolgens laat ze dit saillante gebied zien aan laag ruimtelijk vaardige personen, waarbij ze alleen zegt dat het een belangrijke plek in de afbeelding is. De gecoachte personen met een lage ruimtelijke vaardigheid verhogen hun score aanzienlijk, wat overeenkomt met het verhogen van een gemiddeld cijfer, en het effect is blijvend omdat zij het beter blijven doen op volgende “niet-gecoachte” tests.

Het samenvoegen van dit onderzoek is versterkend voor leraren en leerlingen. Ten eerste moeten we ons realiseren dat wij als opvoeders de cognitieve belasting van leerlingen op verschillende manieren kunnen veranderen door goede, slechte of lelijke demonstraties. Als we onbedoeld de cognitieve belasting van een diagram, grafiek of afbeelding verhogen, zijn de effecten wijdverspreid en verschillend over onze leerlingen, en degenen met lagere ruimtelijke capaciteiten lijden er het meest onder. Is ruimtelijk inzicht een afhankelijke variabele van uw toetsen? Stelt u zich dan eens voor wat er gebeurt in een toetssituatie waar de tijdslimieten kort zijn en er veel op het spel staat. Ten slotte ligt er een enorme kracht in de pedagogiek en ons vermogen als opvoeders om leerlingen complexe visualisaties te laten begrijpen. Als we de aandacht richten, leerlingen laten zien waar en hoe ze naar een fenomeen moeten kijken, wordt de kloof tussen ruimtelijke vermogens op zijn minst verkort, en kunnen onze leerlingen zich concentreren op de boodschap (kennis) in plaats van op de visualisatie (medium).

* STEMM wordt vaak aangeduid als disciplines die te maken hebben met wetenschap, technologie, techniek en wiskunde, en we voegen er vaak geneeskunde aan toe om de verwante gezondheidswetenschappelijke gebieden te vertegenwoordigen.

Loftus, Jay J., Michele Jacobsen, en Timothy D. Wilson. 2016. “Leren en beoordelen met beelden: 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. “Cognitive Theory of Multimedia Learning.” 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, and Timothy D. Wilson. 2016. “Het oog van de toeschouwer: Can Patterns in Eye Movement Reveal Aptitudes for Spatial Reasoning?” Anatomical Sciences Education 9 (4): 357-66.

Valcke, Martin. 2002. “Cognitieve belasting: Updating the Theory?” Learning and Instruction 12: 147-54.

Wai, Jonathan, David Lubinski, and Camilla P. Benbow. 2009. “Ruimtelijk vermogen voor bèta/technische domeinen: Aligning over 50 Years of Cumulative Psychological Knowledge solidifies its Importance.” Journal of Educational Psychology 101 (4): 817-35.

Dr. Tim Wilson is universitair hoofddocent aan de University of Western Ontario. Hij zit ook in de adviesraad van de Teaching with Technology Conference.

Gedrukt uit The Best of Teaching with Technology, een rapport met artikelen gebaseerd op enkele van de best beoordeelde sessies op de 2016 Teaching Professor Technology Conference (nu bekend als de Teaching with Technology Conference).