Оценка установочного компонента когнитивной задачи по структурно-динамическим характеристикам движения глаз преподавателя вуза

10 Июля 2019

Цель работы - пилотное исследование структурно-динамических характеристик движения глаз у преподавателей высшей школы в процессе решения когнитивной задачи (оценивание сформированности знаний у студентов, выставление академической балльной оценки).

Методы. Движения глаз регистрировали монокулярно с помощью айтрекера Gazepoint GP3 EyeTracker с частотой 60 Гц. Функциональное биоуправление биологическая обратная связь (ФБУ БОС) - неинвазивный, безопасный, относительно дешевый метод, объективизирующий результаты исследования. Результаты. Выявлена стратегическая дифференциация решения когнитивных задач: преподаватели преимущественно придерживаются изучающей стратегии. Когнитивная задача, стоящая перед преподавателями, подразумевала оценивание письменной работы по преподаваемой дисциплине, что изначально создавало для них установку на поиск знакомых стимулов. Однако игнорирование признаков, раннее не присутствующих в практическом опыте, может формировать стереотипные гипотезы и приводить к снижению эффективности оценивания.


Несмотря на то что система оценок знаний применяется длительное время, существует множество противоречий и нерешенных вопросов.

Как оценивает преподаватель уровень и качество знаний? Есть ли отличия в оценивании учеников и студентов? Оценка субъективна или объективна? Это и многое другое непосредственно связано с одной из приоритетных задач образования - его качеством.

Существующий массив научной литературы наиболее полно освещает вопрос оценивания качества знаний учащихся общего уровня образования, менее изучен вопрос оценивания в высшей школе.

В психолого-педагогической литературе по проблеме оценивания успешности учебной деятельности выделяются и такие функции оценки, как образовательная, воспитывающая [1], информационная [2], мотивационная [3] и др. Н.А. Батурин считает, что оценка - это "психический процесс отражения объект-объектных, субъект-субъектных и субъект-объектных отношений превосходства и предпочтения, который реализуется в ходе сравнения предмета оценки и оценочного основания" [4].

Итак, оценка - это определение и выражение в условных знаках-баллах, а также в оценочных суждениях учителя степени усвоения учащимися знаний, умений и навыков, установленных программой. Оценке подлежат устные ответы, письменные, контрольные, практические, графические работы, а также труд в мастерских, на производстве и пришкольном участке. В ней учитываются правильность ответа по содержанию, его полнота и последовательность, точность формулировок, прочность и сознательность усвоения знаний, их связь с практикой, профессиональная подготовка и качество изделий.

По Б.Г Ананьеву, оценка может быть: ориентирующей (воздействующей на умственную работу, содействующей осознанию процесса этой работы и пониманию собственных знаний); стимулирующей (воздействующей на аффективно-волевую сферу посредством переживания успеха и неуспеха, формирования притязаний и намерений, поступков и отношений); воспитывающей под непосредственным влиянием отметки происходит "ускорение или замедление темпов умственной работы, качественные сдвиги (изменение приемов работы), изменение в структуре апперцепции, преобразование интеллектуальных механизмов" [5].

Общая тенденция многих работ по проблеме оценивания успешности учебной деятельности учащихся состоит в том, что одной из ведущих функций оценки называется контроль как условие формирования знаний и умений у обучающихся.

В современных условиях информатизации и компьютеризации всех сфер жизнедеятельности общества при увеличении объема получаемой информации также изменяется содержание знаний, умений, навыков и компетенций, которыми должен обладать современный специалист. Интеграция компьютерных технологий в учебный процесс способствует реализации идеи развивающего непрерывного обучения. Оценка качества обучения и его повышение - одно из приоритетных направлений в образовании. В науке существует несколько подходов к оценке информативности сообщения, в том числе и образовательной (синтаксический, семантический, прагматический). Также существует множество подходов по различным основаниям к оценке качества обучения.

Однако ни один из них в настоящее время не дает ответа на вопрос о механизме принятия решения об оценке. Социальные феномены дают пояснения возможности субъективности в оценивании. Для объективизации процесса оценивания введены методы тестирования, которые снижают возможность влияния на процесс оценивания субъективных факторов, например эффекта ореола и многих других. Образование находится в процессе постоянного технологического совершенствования. Однако это не дает ответа, как объективизировать процесс оценивания письменных работ, которые нельзя исключить из образовательного взаимодействия. В связи с этим особенно актуально провести исследование процесса принятия решения об оценке письменных работ преподавателями высшей школы.

При всем многообразии существующих аппаратных технологий вопросы экспертизы и контроля качества обучения в системе высшего образования остаются в зоне низкой исследовательской активности.

Механизм взаимосвязи когнитивных процессов с движением глаз актуально и неуклонно изучается как в отечественных [6], так и в зарубежных исследованиях [7]. Вместе с тем основная доля исследований характеристик глазодвигательных реакций и их нейрофизиологических механизмов в настоящее время преимущественно сосредоточена в сферах маркетинга [8], бизнеса [9], технологий виртуальной реальности [10] и профессиональной подготовки специалистов [11].

Формируя методологию исследовательского процесса, считаем необходимым определить основные параметры движения глаз и физиологических механизмов, обеспечивающих эти реакции. Технологии контроля движения глаз отслеживают траекторию взгляда во время выполнения задачи, позволяя исследователям собирать данные о методах, используемых во время рассуждений. Взгляд сознательно фиксирует далеко не все объекты, и, таким образом, технологии контроля движений глаз позволяют обнаружить неосознаваемые реакции, которые могут повлиять на процесс решения.

Технологии контроля движения глаз отслеживают траекторию взгляда во время выполнения задачи, визуализируют, какие области на экране попадают в область внимания, и тем самым получают представление о том, какая информация была включена в процесс принятия решений. Эти выводы обеспечиваются количественными параметрами, включая координаты взгляда, время фиксаций и число фиксаций, которые могут быть интерпретированы соответствующим образом.

Просматривание зрительных сцен осуществляется чередованием коротких пауз(фиксаций) и быстрых смещений взора (сак-кад). Саккады совершаются для того, чтобы объект зрительной сцены, представляющий для наблюдателя интерес, был спроецирован на центральную ямку сетчатки для детальной обработки. Во время фиксации происходит восприятие деталей зрительных объектов и их кодирование в памяти [12]. Таким образом, локализация последовательных фиксаций взора по зрительной сцене характеризует динамику распределения зрительного внимания наблюдателя (в нашем случае преподавателя).

В соответствии с такой закономерностью выделяют два режима (моды) зрения: амбиентное (динамическое, пространственное), обеспечивающее быстрое сканирование пространства в целях выделения расположения объектов и их движения; и фокальное (статическое, предметное), обеспечивающее распознавание объектов, их значимости в контексте выполняемой задачи. Морфофизиологическим базисом для такого разделения режимов зрения служат 2 функционально-анатомических пути обработки зрительной информации в головном мозге: дорсальный крупноклеточный путь "где?" и вентральный мелкоклеточный путь "что?" [13].

Для преподавателей с продолжительным стажем деятельности оценивание письменной работы может быть быстрым и интуитивным процессом распознавания ключевых слов, включающим легкое подключение наблюдаемой информации к знаниям, хранящимся в долговременной памяти. Когнитивная обработка может быть дополнена более аналитическим подходом, требующим осознанного подробного анализа данных [14].

Считаем возможным использовать зрительные предъявления письменных работ студентов с вопросом о постановке академической оценки в качестве когнитивной задачи. Решение когнитивной задачи - это процесс детализации в отслеживании воспринимаемых потоков информации, их критическая оценка, автономное и оперативное обобщение поступающих сообщений по их актуальной значимости, источникам и причинам возникновения. В нашем случае в оценке наблюдаемой информации преподаватель анализирует визуальный стимул (процесс восприятия) с детализацией и обобщением (когнитивные процессы).

Цель работы - исследование структурно-динамических характеристик движения глаз преподавателей высшей школы при решении когнитивной задачи по оцениванию письменной работы студентов.

Материал и методы

В пилотном эксперименте приняли участие 12 испытуемых. Из них 6 преподавателей с длительностью педагогической деятельности более 15 лет, в возрасте 38-45 лет, 6 преподавателей с длительностью педагогической деятельности до 3 лет, в возрасте 30-45 лет, которым предъявляли письменные работы и снимки работ студентов. Все испытуемые приняли участие в эксперименте на условиях информированного согласия. Группы испытуемых элиминировались по профилю латеральной асимметрии. Для эксперимента были приняты лишь испытуемые с левосторонним профилем латерализации. Из эксперимента были исключены испытуемые, использующие оптические приборы для коррекции зрения. В качестве когнитивной задачи применялись изображения -письменные работы студентов, включающие информацию о студенте.

Регистрация движений глаз осуществлялась с помощью айтрекера Gazepoint GP3 EyeTracker (частота 60 Гц) монокулярно. В процессе съемки использовалась инфракрасная (ИК) подсветка. С помощью оригинального программного обеспечения Gazepoint Analysis осуществлялись определение координат центра зрачка и перевод координат матрицы айтрекера в координаты экрана. Основным принципом работы айтрекера является обработка высокочастотного сигнала с видеокамеры, которая ведет в инфракрасном диапазоне съемку глаза. Затем на основании позиций центра зрачка и первого образа Пуркинье айтрекер передает их по компьютерной сети в контролирующую программу и далее проводит вычисления координат взора. Результирующими данными были число фиксаций взгляда, время отдельной фиксации, карта фиксаций. Для предъявления изображений использовали экран монитора Samsung с разрешением 1920x1080 пикселей и диагональю 23". Расстояние от монитора до глаз испытуемых составляло 60 см и занимало при этом 26° по вертикали и 47° по горизонтали их зрительного поля. Голова испытуемых в процессе эксперимента нежестко фиксировалась с помощью подголовника кресла.

В исследовании использовалось функциональное биоуправление биологическая обратная связь (ФБУ БОС) - неинвазивный, безопасный, относительно дешевый метод, объективизирующий результаты исследования. Конфигурация съема показателей включала проведение всем включенным в исследование лицам электроэнцефалографии (ЭЭГ) и электрокардиографии (ЭКГ). В качестве методологического основания выступили данные о закономерностях динамики θ- и α-ритмов в ЭЭГ человека в ряде функциональных состояний, изложенных в функциональнорегуляторном подходе [15].

α-Ритм - наиболее часто встречаемый ритм, наблюдается в состоянии спокойного бодрствования, медитации и длительной монотонной деятельности. Десинхронизация α-ритма возникает при интенсивном поступлении сенсорных стимулов, активной деятельности [16].

Когда внимание захвачено одной-единственной мишенью, когда она удерживается в памяти, во внутреннем фокусе, то в коре появляется θ-ритм [17]. θ-Система мозга выступает как комплекс генераторов, обеспечивающих локальную активацию корковых структур, в основном левого полушария. Таким образом, отслеживаемые нами параметры активации и депрессии α- и θ-ритмов позволят отслеживать активацию коры головного мозга, а следовательно, и сосредоточение внимания. Регистрируемые параметры объективизируют данные, позволяя не только констатировать повышение-снижение возбуждения симпатической нервной системы в ответ на стимул (в нашем случае письменная работа), но и выявляет качественные характеристики, причину возбуждения, действительно ли наблюдаемые изменения происходят вследствие познавательной активности или они другого генеза.

Экспериментальное исследование проводили в 3 этапа. На I этапе каждому испытуемому индивидуально предлагали список студентов, чьи работы будут оцениваться. Каждому испытуемому индивидуально на мониторе компьютера предъявляли письменные работы студентов с высокой и низкой академической успеваемостью в виде отсканированных изображений в формате jpeg с разрешением 600x580 пикселей. В начале эксперимента испытуемым давали следующую инструкцию: "Вам последовательно будут предъявлены 3 отсканированных изображения письменных работ студентов с низкой успеваемостью, а после - 3 отсканированных изображения письменных работ студентов с высокой успеваемостью. На изучение одного изображения у вас будет ограниченное время. Ваша задача - изучить представленный материал и оценить его полноту, качество, достоверность научных знаний, соответствие ответа поставленному вопросу". Длительность предъявления каждого изображения составляла 30 с. Параллельно с этим регистрировали параметры α- и θ-ритма при предъявлении сканированной письменной работы.

На II этапе испытуемым необходимо было ответить на следующие вопросы: "Работу какого студента вы оцениваете выше? Почему?", "По каким критериям вы оценивали качество письменной работы?", "Работа какого студента потребовала у вас больше времени для оценки?".

Завершающим этапом работы был анализ регистрируемых показателей глазодвигательных реакций, показателей α- и θ-ритма, а также их соотнесение с обратной связью от испытуемых, участвующих в эксперименте.

Результаты

В результате обработки данных регистрации параметров α- и θ-ритма при предъявлении сканированной письменной работы выявлены закономерности динамики исследуемых показателей (табл. 1).


В процессе обработки данных выявлена следующая динамика в регистрируемых параметрах: регистрировались снижение α-ритма, резкое повышение θ-ритма с дальнейшей относительно стабильной положительной динамикой, что может свидетельствовать о повышении активности в процессе оценивания письменной работы.

На основании числа фиксаций взора во время просмотра снимков с целью оценивания письменных работ студентов можем отметить, частичность объема просмотренного текста (в течение 30 с в область активного внимания преподавателя попадал определенный процент от всего объема текста) и разные стратегии просмотра, от сплошного просмотра сверху вниз, возврата к определенным участкам несколько раз до выборочного внимания к ключевым словам. Выделено 2 основных типа стратегий просмотра - тотальная и стратегия ключевых слов.

Средние значения показателей глазодвигательных реакций преподавателей при просмотре отсканированных изображений письменных работ студентов представлены в табл. 2.


Тотальная стратегия глазодвигательных реакций преподавателей характеризуется последовательным постепенным просмотром всего изображения с фиксациями взора на интересующих зонах. При этом в область активного внимания попадает максимальное количество текста письменной работы студента. Данная стратегия характерна для 50% преподавателей вне зависимости от длительности педагогической деятельности (рис. 1, 2).


Стратегия ключевых слов, характеризующаяся фиксациями взора на ключевых точках текста по заданному вопросу (субъективно определяемых преподавателем при оценивании работы), выявлена у 27% испытуемых. При применении данной стратегии просмотра происходит игнорирование большей части работы, остающейся только дополнением к ключевым точкам. У остальных преподавателей не выявлен преобладающий стиль при оценивании работ. Данные носят предположительный характер в связи с пилотным характером исследования.


Выявлена общая тенденция взаимосвязи числа фиксаций со временем фиксаций взора независимо от длительности педагогической деятельности и от отнесения студента в группу с высокой или низкой успеваемостью (рис. 3, 4). У преподавателей с длительностью профессиональной деятельности более 10 лет выявлено увеличение числа фиксаций с уменьшением времени.



Данный феномен объясняется спецификой деятельности в процессе решения когнитивной задачи: осуществляется быстрое сканирование пространства в целях выделения ключевых слов, соответствующих сути вопроса. У преподавателей с длительностью деятельности до 3 лет отмечается уменьшение числа фиксаций с увеличением времени фиксаций. В данном случае стратегия просмотра характеризуется выделением признаков, определением их семантических свойств в контексте заданного вопроса и общей изучаемой темы выполняемой задачи.

По завершении просмотра снимков испытуемые высказывали свои предположения об академической оценке. Расхождения в выставлении академической оценки не носили значимого характера.

Заключение

Когнитивная задача, стоящая перед преподавателями, подразумевала соотнесение письменного ответа с заданием и выставлением академической оценки. В результате исследования установлено, что преподаватели в процессе оценивания письменных работ, изучения визуальной информации придерживаются 2 стратегий просмотра: тотальной и стратегии ключевых слов. Обе стратегии эффективны в решении данных задач, однако отмечено, что преподавателями значимо чаще используется тотальная стратегия изучения письменных работ, хотя используется и стратегия ключевых слов, применение которой стимулируется включением студента в группу слабоуспевающих студентов, что может формировать стереотипные гипотезы и приводить к снижению объективности оценивания. Статистически значимых различий не выявлено, так как исследование носит ориентировочный характер.


Литература

1. Щукина Г.И. Социально-педагогические приоритеты современности // Советская педагогика. 1991. № 1. С. 50-54.

2. Безносов С.П. Педагогический контроль как средство социализации личности // Пробл. гуманитарного образования в вузах МВД РФ. 1993. № 2. С. 75-79.

3. Сапегин К.В., Буторина О.Г. Когнитивные стили, свойства темперамента: соотношение и их учет в организации семинарских занятий в вузе // Педагогическое образование и наука. 2014. № 5. С. 153-155.

4. Батурин Н.А. Проблема оценивания и оценки в общей психологии // Вопр. психол. 1989. № 2. С. 34-41.

5. Ананьев Б.Г. Избранные психологические труды. М. : Педагогика, 1980. Т. I. 230 с.

6. Жердев И.Ю., Барабанщиков В.А. Аппаратно-программный комплекс для исследований зрительного восприятия сложных изображений во время саккадических движений глаз человека // Экспер. психол. 2014. Т. 7, № 1. С. 123-137.

7. Hasse C., Bruder C. Eye-tracking measurements and their link to a normative model of monitoring behaviour // Ergonomics. 2015. Vol. 58, N 3. P. 355-367.

8. Лунева Е.А., Скобелкина Н.Г. Айтрекинг в системе современных технологий нейромаркетинга // Сибир. торгово-экономический журн. 2016. № 3 (24). С. 50-53.

9. Jankowski J., Ziemba P., Watrobski J., Kazienko P. Towards the tradeoff between online marketing resources exploitation and the user experience with the use of eye tracking // Asian Conference on Intelligent Information and Database Systems. Berlin; Heidelberg : Springer, 2016. P. 330-343.

10. Maimone A., Georgiou A., Kollin J.S. Holographic near-eye displays for virtual and augmented reality // ACM Trans. Graph. (TOG). 2017. Vol. 36, N 4. P. 85.

11. Вяльцев А.В., Павлов М.М., Янц А.И. Использование технологий виртуальной реальности в подготовке горноспасателей // Инновационная наука. 2017. № 1-2. С. 59-60.

12. Balslev T., Jarodzka H., Holmqvist K., Scherpbier A.J.J.A. Visual expertise in paediatric neurology // Eur. J. Paediatr. Neurol. 2012. Vol. 16, N 2. P. 161-166.

13. Шурупова М.А., Анисимов В.Н., Терещенко Л.В., Латанов А.В. Влияние когнитивной задачи на параметры движений глаз при просмотре статических и динамических сцен // Сенсорные системы. 2016. Т. 30, № 1. С. 53-62.

14. Krupinski E.A. Current perspectives in medical image perception // Attent. Percept. Psychophys. 2010. Vol. 72, N 5. P. 1205-1217.

15. Новикова С.И. Ритмы ЭЭГ и когнитивные процессы// Соврем. зарубежная психология. 2015. Т. 4, № 1. С. 91-108.

16. Луценко Е.Л. Особенности межполушарной асимметрии индекса альфа-ритма у студентов // Вестн. психофизиологии. 2013. № 2. С. 34-40.

17. Строганова Т.А. Откуда берутся умные дети // Наука и жизнь. 2013. № 5. С. 14-27.


References

1. Shchukina G.I. Socio-pedagogical priorities of modernity. Sovetskaya pedagogika [Sovet Pedagogy]. 1991; (1): 50-4. (in Russian)

2. Beznosov S.P. The pedagogical monitoring as a means of socialization of the personality. Problemy gumanitarnogo obrazovaniya v vuzakh MVD RF [Problems of Education in Educational Institutions of the MIA of the Russian Federation ]. 1993; (2): 75-9. (in Russian)

3. Sapegin K.V., Butorina O.G. Cognitive styles, properties of temperament: the ratio and their account in the organization of seminars at the university. Pedagogicheskoe obrazovanie i nauka [Pedagogical Education and Science]. 2014; (5): 153-5. (in Russian)

4. Baturin N.А. The problem of evaluation and evaluation in general psychology. Voprosy psikhologii [Problems of Psychology]. 1989; (2): 34-41. (in Russian)

5. Аnan’ev B.G. Selected psychological works. Moscow: Pedagogika, 1980; (I): 230 p. (in Russian)

6. Zherdev I.Yu., Barabanshhikov V.А. Hardware and software complex for the visual perception of complex images in the time of the human eye. Eksperimental’naya psikhologiya [Experimental Psychology]. 2014; 7 (1): 123-37. (in Russian)

7. Hasse C., Bruder C. Eye-tracking measurements and their link to a normative model of monitoring behavior. Ergonomics. 2015; 58 (3): 355-67.

8. Luneva E.А., Skobelkina N.G. Eye tracking in the system of modern technologies of neuromarketing. Sibirskiy torgovo-ekonomicheskiy zhurnal [Siberian Trade and Economic Journal]. 2016; 3 (24): 50-3. (in Russian)

9. Jankowski J., Ziemba P., Watrobski J., Kazienko P. Towards the tradeoff between online marketing resources exploitation and the user experience with the use of eye tracking. In: Asian Conference on Intelligent Information and Database Systems. Berlin; Heidelberg: Springer, 2016: 330-43.

10. Maimone A., Georgiou A., Kollin J.S. Holographic near-eye displays for virtual and augmented reality. ACM Trans Graph (TOG). 2017; 36 (4): 85.

11. Vyal’tsev А.V., Pavlov M.M., Yants А.I. The use of virtual reality technologies in the training of mine rescuers. Innovatsionnaya nauka [Innovative Science]. 2017; (1-2): 59-60. (in Russian)

12. Balslev T., Jarodzka H., Holmqvist K., Scherpbier A.J.J.A. Visual expertise in paediatricneurology. Eur J Paediatr Neurol. 2012; 16 (2): 161-6.

13. Shurupova M.А., Аnisimov V.N., Tereshhenko L.V., Latanov А.V. The Influence of the cognitive problem on the parameters of eye movements when viewing static and dynamic scenes. Sensornye sistemy [Sensory Systems]. 2016; 30 (1): 53-62. (in Russian)

14. Krupinski E.A. Current perspectives in medical image perception. Attent Percept Psychophys. 2010; 72 (5): 1205-17.

15. Novikova S.I. Rhythms and cognitive processes. Sovremennaya zarubezhnaya psikhologiya [Modern Foreign Psychology]. 2015; 4 (1): 91-108. (in Russian)

16. Lutsenko E.L. Peculiarities of interhemispheric asymmetry index of the alpha rhythm in students. Vestnik psykhofiziologii [Bulletin of Psychophysiology]. 2013; (2): 34-40. (in Russian)

17. Stroganova T.А. Where are the smart kids. Nauka i zhizn’ [Science and Life]. 2013; (5): 14-27. (in Russian)