Vad händer bakom den tomma blicken?
Oavsett vilket ämne vi studerar har vi alla upplevt stunder då vissa elever tycks hänga på varje ord och slukar våra budskap, bilder, diagram och visuella bilder med stort engagemang. Inom samma klass finns det dock en viss grad av förvirring, förbryllade blickar eller, i värsta fall, en tom blick! Inom mitt område för anatomisk utbildning, liksom inom många andra STEMM*-områden, är den nästan allestädes närvarande användningen av multimedia och andra alltmer komplexa datorvisualiseringar en viktig del av vår pedagogiska verktygslåda i klassrummet, i små grupper eller till och med i enskilda samtal på forskarnivå. Även om en bild verkligen säger mer än tusen ord, kommer de ord som varje person hör, eller ännu viktigare, förstår, att variera kraftigt.
Mitt labb, Corps for Research of Instructional and Perceptual Technologies (CRIPT Lab), använder sig av det experimentella paradigmet med rumslig förmåga för att utforska hur individer använder bilder för att lära sig. Var och en av oss har olika grader av rumslig orientering, riktningssinne och förmåga att mentalt manipulera objekt eller rumslig förmåga. Denna egenskap kan mätas med hjälp av en rad olika tester som visar vår förmåga. Man tror att den rumsliga förmågan påverkar våra utbildningsval och till och med hur bra vi lyckas i dessa ämnen (Wai, Lubinski och Benbow 2009). Vi använder den kognitiva teorin om multimedial inlärning (Mayer) och teorin om kognitiv belastning (Valcke 2002) för att antyda att personer med lägre rumslig förmåga genomgår högre externa inlärningsbelastningar när de kämpar för att hänga med i komplexa visualiseringar som ibland används för att demonstrera fenomen. Vi har börjat samla in neurofysiologiska data under inlärning och testning. Var lugn; dessa är inte ett allmängiltigt intelligenstest, men de har en rimlig och växande prediktiv tillämplighet.
Utbildningsdoktoranden Jay Loftus studerade hur det cerebrala blodflödet är förhöjt hos personer med hög rumslig förmåga jämfört med låg rumslig förmåga när man använder statiska bilder för att lära sig ben i fötterna eller stora kärl i bröstkorgen. Målet var inte att lära sig deras namn eller funktioner, utan snarare att förstå hur dessa anatomiska delar passar ihop.
Konstigt nog fick personer med hög spatial förmåga bättre resultat på tester som han utarbetade, och de gjorde det med högre cerebralt blodflöde. Vid felaktiga svar hade personer med högre spatial förmåga en liten nedgång i blodflödet, men personer med lägre spatial förmåga hade ett blodflöde som sjönk under baslinjen, vilket tyder på en potentiell shunt av blod till andra delar av hjärnan i ett försök att besvara frågan. Vi brukar tänka på detta som en högre ”arbetsfrekvens” i hjärnan för att få jobbet gjort. På sätt och vis upplever personer med låg spatial förmåga högre yttre kognitiv belastning i denna inlärnings- och testmodalitet (Loftus, Jacobsen och Wilson 2016). Loftus studerar för närvarande dessa effekter med hjälp av dynamiska bilder, som är vanliga i många multimediemiljöer, och effekten verkar förvärras ytterligare.
Vi ville sondera djupare för att bättre förstå om rumslig förmåga är ”all in the head”. Vi tog det ett steg längre för att se om personer med olika spatiala förmågor undersöker visualiseringar på samma sätt. Doktoranden Victoria Roach använde ögonspårningsteknik för att lösa sina frågor. Ögonspårning använder höghastighetskameror för att observera var ögat rör sig när man tittar på en skärm. Med denna teknik mätte hon de var och när-relaterade händelserna när det gäller att undersöka en visuell bild. Ur ett visuellt och kognitivt perspektiv bearbetar vi människor visuell information endast när vi fixerar oss på saker i vår visuella värld. Roach utvecklade därför ett mått på salience (”var” kombinerat med ”när”) inom varje bild. Hon övervakade personer medan de genomförde tester av mental rotation. I slutet av försöket kände hon därför till deras poäng för mental rotation, eller hur bra de hade klarat testet, samt deras uppmärksamhet under testet. Intressanta resultat har börjat framträda från hennes experiment. Det första är att personer med hög och låg spatial förmåga uppmärksammar olika delar av samma presenterade bild. Det är intressant i sig självt, men tänk på att var man tittar i bilden kan ge ledtrådar som gör att man bättre kan orientera sig och härleda betydelsen.
För att gå ett steg längre sätter vi ofta tidsgränser på våra tester, och genom att göra det skiljer vi ytterligare mellan personer med hög och låg spatial förmåga, vilket ger dem mindre tid att koncentrera sig på de viktiga aspekterna och på så sätt hämmar personer med lägre spatial förmåga. Om vi ger människor mer tid att genomföra testerna, finner vi det uppenbara: resultaten tenderar att öka över hela linjen. Ännu viktigare är dock att personer med lägre spatial förmåga börjar uppmärksamma liknande framträdande delar av visualiseringen som deras motsvarigheter med högre spatial förmåga (Roach et al. 2016). I sin ännu inte publicerade forskning har Roach gått så långt som att definiera det mest framträdande området i en bild från en grupp personer med hög spatial förmåga; hon visar sedan detta framträdande område för personer med låg spatial förmåga och säger bara att det är en viktig plats i bilden. De coachade personerna med låg spatial förmåga ökar sitt resultat avsevärt, vilket motsvarar en höjning av ett betygsgenomsnitt, och effekten är bestående eftersom de fortsätter att göra bättre ifrån sig på efterföljande ”icke-coachade” tester.
Att sammanställa denna forskning är stärkande för lärare och elever. För det första måste vi inse att vi som pedagoger kan förändra elevernas kognitiva belastning på olika sätt genom bra, dåliga eller fula demonstrationer. Om vi oavsiktligt ökar den främmande kognitiva belastningen av ett diagram, en graf eller en visuell bild, är effekterna utbredda och differentiella bland våra elever, och de med lägre spatiala förmågor lider mest. Är rumslig förmåga en beroende variabel i era tester? Föreställ dig nu vad som händer i en provsituation där tidsgränserna är korta och insatserna höga. Slutligen finns det en enorm kraft i pedagogiken och vår förmåga som pedagoger att leda eleverna till att förstå komplexa visualiseringar. Om vi riktar uppmärksamheten, visar eleverna var och hur de ska titta på ett fenomen förkortas åtminstone klyftan mellan rumslig förmåga, och våra elever kan koncentrera sig på budskapet (kunskapen) snarare än visualiseringen (mediet).
* STEMM kallas ofta för discipliner som involverar naturvetenskap, teknik, ingenjörsvetenskap och matematik, och vi inkluderar ofta medicin för att representera allierade hälsovetenskapliga områden.
Loftus, Jay J., Michele Jacobsen, och Timothy D. Wilson. 2016. ”Lärande och bedömning med bilder: 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. ”Kognitiv teori om multimedial inlärning”. I Cambridge Handbook of Multimedia Learning, redigerad av R. E. Mayer, 31-48. New York: Cambridge University Press.
Roach, Victoria A., Graham M. Fraser, James H. Kryklywy, Derek Mitchell och 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. ”Kognitiv belastning: Updating the Theory?” Learning and Instruction 12: 147-54.
Wai, Jonathan, David Lubinski och Camilla P. Benbow. 2009. ”Rumslig förmåga för STEM-domäner: Aligning av över 50 års kumulativ psykologisk kunskap bekräftar dess betydelse”. Journal of Educational Psychology 101 (4): 817-35.
Dr Tim Wilson är docent vid University of Western Ontario. Han sitter också i den rådgivande nämnden för konferensen Teaching with Technology Conference.
Här återges från The Best of Teaching with Technology, en rapport med artiklar baserade på några av de högst rankade sessionerna vid 2016 års Teaching Professor Technology Conference (numera känd som Teaching with Technology Conference).