Co się dzieje za pustym spojrzeniem?
Niezależnie od naszego obszaru tematycznego, wszyscy mamy chwile, w których niektórzy uczniowie wydają się wisieć na każdym słowie, chłonąc nasze wiadomości, obrazy, wykresy i wizualizacje z dużym zaangażowaniem. W tych samych klasach, jednak, będzie pewien stopień zamieszania, zakłopotane spojrzenia, lub w najgorszym przypadku, puste spojrzenie! W mojej dziedzinie edukacji anatomicznej, podobnie jak w wielu innych dyscyplinach STEMM*, niemal wszechobecne wykorzystanie multimediów i innych coraz bardziej złożonych wizualizacji komputerowych jest ważnym elementem naszego zestawu narzędzi pedagogicznych dla klasy, małej grupy, a nawet indywidualnej rozmowy na poziomie absolwenta. Chociaż obraz rzeczywiście mówi tysiąc słów, słowa, które każda osoba słyszy, lub co ważniejsze, rozumie, będą się bardzo różnić.
Moje laboratorium, Corps for Research of Instructional and Perceptual Technologies (CRIPT Lab), używa eksperymentalnego paradygmatu zdolności przestrzennych do zbadania, jak jednostki używają obrazów do nauki. Każdy z nas ma różny stopień orientacji przestrzennej, poczucia kierunku i zdolności do mentalnego manipulowania obiektami lub zdolności przestrzennych. Cecha ta może być mierzona za pomocą różnych testów, które wskazują naszą sprawność. Uważa się, że zdolności przestrzenne wpływają na nasze wybory edukacyjne, a nawet na to, jak dobrze radzimy sobie w tych przedmiotach (Wai, Lubinski i Benbow 2009). Wykorzystujemy kognitywną teorię uczenia się multimediów (Mayer) i teorię obciążenia poznawczego (Valcke 2002), aby zasugerować, że osoby o niższych zdolnościach przestrzennych doświadczają wyższego zewnętrznego obciążenia uczeniem się, ponieważ starają się nadążyć za złożonymi wizualizacjami, które są czasami wykorzystywane do demonstracji zjawisk. Rozpoczęliśmy zbieranie danych neurofizjologicznych podczas nauki i testów. Bądźcie pewni; nie są to testy inteligencji typu catch-all, ale mają one uzasadnione i rosnące zastosowanie predykcyjne.
Doktorant edukacji Jay Loftus badał, jak mózgowy przepływ krwi jest podwyższony u osób o wysokiej zdolności przestrzennej w porównaniu z niską zdolnością przestrzenną, gdy używa się statycznych obrazów do nauki kości stóp lub dużych naczyń w klatce piersiowej. Celem nie było nauczenie się ich nazw lub funkcji, ale raczej zrozumienie, jak te części anatomiczne pasują do siebie.
Konsekwentnie, osoby o wysokich zdolnościach przestrzennych uzyskują lepsze wyniki w testach, które wymyślił, i zrobili to z wyższym mózgowym przepływem krwi. W przypadku błędnych odpowiedzi, osoby o wyższych zdolnościach przestrzennych miały niewielki spadek przepływu krwi, ale przepływ krwi osób o niższych zdolnościach przestrzennych spadł poniżej poziomu wyjściowego, co wskazuje na potencjalne przesunięcie krwi do innych obszarów mózgu w próbie odpowiedzi na pytanie. Mamy tendencję do myślenia o tym jako o wyższym mózgowym „tempie pracy”, aby wykonać zadanie. W pewnym sensie, osoby o niskiej zdolności przestrzennej doświadczają większych zewnętrznych obciążeń poznawczych w tej modalności uczenia się i testowania (Loftus, Jacobsen i Wilson 2016). Loftus bada obecnie te efekty przy użyciu dynamicznych obrazów, wspólnych dla wielu środowisk multimedialnych, i efekt ten wydaje się jeszcze bardziej nasilony.
Chcieliśmy sięgnąć głębiej, aby lepiej zrozumieć, czy zdolności przestrzenne są „wszystkim w głowie”. Poszliśmy o krok dalej, aby sprawdzić, czy ludzie o różnych zdolnościach przestrzennych badają wizualizacje w ten sam sposób. Doktorantka Victoria Roach włączyła technologię eye tracking, aby odpowiedzieć na swoje pytania. Eye tracking wykorzystuje kamery o dużej prędkości do obserwowania, gdzie porusza się oko podczas oglądania ekranu. Dzięki tej technologii, doktorantka zmierzyła, gdzie i kiedy zachodzą zdarzenia związane z badaniem obrazu. Z perspektywy wizualnej i poznawczej, my jako ludzie przetwarzamy informacje wizualne tylko wtedy, gdy skupiamy się na rzeczach w naszym świecie wizualnym. Roach opracowała więc miarę saliencji („gdzie” w połączeniu z „kiedy”) w obrębie każdego obrazu. Monitorowała osoby podczas wykonywania przez nie testów rotacji umysłowej. Dzięki temu na koniec eksperymentu znała ich wynik rotacji umysłowej, czyli jak dobrze poradzili sobie z testem, a także ich natężenie uwagi podczas testu. Z jej eksperymentów zaczęły wyłaniać się interesujące wyniki. Pierwszym z nich jest to, że osoby o wysokiej i niskiej zdolności przestrzennej zwracają uwagę na różne części tego samego prezentowanego obrazu. Jest to interesujące samo w sobie, ale weźmy pod uwagę, że to, gdzie ktoś patrzy w obrębie obrazu, może stanowić wskazówkę dla lepszej orientacji i wnioskowania o znaczeniu.
Idąc o krok dalej, często nakładamy limity czasowe na nasze testy, a robiąc to, jeszcze bardziej oddzielamy osoby o wysokiej i niskiej zdolności przestrzennej, dając im mniej czasu na skoncentrowanie się na ważnych aspektach, a tym samym utrudniając naukę osobom o niższej zdolności przestrzennej. Dając ludziom więcej czasu na wypełnienie testów, stwierdzamy rzecz oczywistą: wyniki mają tendencję do wzrostu we wszystkich grupach. Co ważniejsze jednak, osoby o niższych zdolnościach przestrzennych zaczynają zwracać uwagę na podobne istotne elementy wizualizacji, co ich koledzy o wyższych zdolnościach przestrzennych (Roach et al. 2016). W swoich jeszcze nieopublikowanych badaniach Roach posunęła się do tego, że na podstawie grupy osób o wysokiej zdolności przestrzennej zdefiniowała najbardziej istotny obszar obrazu; następnie pokazała ten obszar osobom o niskiej zdolności przestrzennej, mówiąc jedynie, że jest to ważne miejsce na obrazie. Osoby o niskiej zdolności przestrzennej znacznie zwiększają swój wynik, co jest równoznaczne z podniesieniem średniej ocen, a efekt ten jest trwały, ponieważ osoby te nadal radzą sobie lepiej na kolejnych „nieszkolonych” testach.
Połączenie tych badań daje nauczycielom i uczniom wiele możliwości. Po pierwsze, musimy zdać sobie sprawę, że jako nauczyciele możemy zmieniać obciążenia poznawcze uczniów na różne sposoby, poprzez dobre, złe lub brzydkie demonstracje. Jeśli nieumyślnie zwiększymy zewnętrzne obciążenie poznawcze diagramu, wykresu lub obrazu, skutki będą powszechne i zróżnicowane dla wszystkich uczniów, a najbardziej ucierpią na tym osoby o niższych zdolnościach przestrzennych. Czy zdolności przestrzenne są zmienną zależną w Twoich testach? Teraz wyobraź sobie, co się dzieje w sytuacji, gdy czas na rozwiązanie testu jest krótki, a stawka wysoka. Wreszcie, ogromna siła tkwi w pedagogice i naszej zdolności jako nauczycieli do prowadzenia uczniów do zrozumienia złożonych wizualizacji. Jeśli skierujemy uwagę, pokażemy uczniom, gdzie i jak patrzeć na zjawisko, skróci się przynajmniej przepaść między zdolnościami przestrzennymi, a nasi uczniowie będą mogli skupić się na przekazie (wiedzy), a nie na wizualizacji (medium).
* STEMM jest często określane jako dyscypliny obejmujące nauki ścisłe, technologię, inżynierię i matematykę, a często włączamy do tego medycynę, aby reprezentować dziedziny nauk pokrewnych naukom o zdrowiu.
Loftus, Jay J., Michele Jacobsen, and Timothy D. Wilson. 2016. „Learning and Assessment with Images: 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. „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. „Cognitive Load: Updating the Theory?” Learning and Instruction 12: 147-54.
Wai, Jonathan, David Lubinski, and Camilla P. Benbow. 2009. „Spatial Ability for STEM Domains: Aligning ponad 50 lat skumulowanej wiedzy psychologicznej ugruntowuje jej znaczenie.” Journal of Educational Psychology 101 (4): 817-35.
Dr Tim Wilson jest profesorem nadzwyczajnym na University of Western Ontario. Jest również członkiem rady doradczej konferencji Teaching with Technology.
Przedruk z The Best of Teaching with Technology, raportu zawierającego artykuły oparte na niektórych z najwyżej ocenianych sesji podczas 2016 Teaching Professor Technology Conference (obecnie znanej jako Teaching with Technology Conference).