טכנולוגיה למעקב אחר העיניים וטכניקות כריית נתונים המשמשות לניתוח התנהגותי של מבוגרים העוסקים בתהליכי למידה

מתודולוגיית מעקב אחר העיניים החלה על ניתוח התנהגותי בלמידה
מתודולוגיית מעקב אחר העיניים, בין שימושים פונקציונליים אחרים, מוחלת על חקר ההתנהגות האנושית, במיוחד במהלך פתרון המשימה. טכניקה זו מאפשרת ניטור וניתוח במהלך השלמת משימות למידה¹. באופן ספציפי, ניתן ללמוד את רמות הקשב של התלמידים בנקודות שונות של תהליך הלמידה (התחלה, פיתוח וסיום) במקצועות שונים (היסטוריה, מתמטיקה, מדעים וכו ‘) תוך שימוש בטכנולוגיית מעקב אחר העיניים. בנוסף, אם המשימה כוללת שימוש בסרטונים עם קול המנחה את תהליך הלמידה, למידה מווסתת עצמית (SRL) מתאפשרת. לכן, היישום של טכנולוגיית מעקב אחר העיניים בניתוח של משימות אשר SRL (הכוללים את השימוש בסרטונים) מוצע כמשאב משמעותי כדי להבין כיצד הלמידה מפותחת^2,3,4. שילוב זה גם אומר כי ההבדלים בין שיטות הדרכה (עם או בלי SRL, וכו ‘) ניתן לבדוק עם סוגים שונים של תלמידים (עם או בלי ידע מוקדם, וכו ‘) ⁵. לעומת זאת, הצגת מידע רב ערוצי (הצגה בו זמנית של מידע שמיעתי וויזואלי, בין אם מילולי, כתוב או ציורי) יכולה להקל הן על ההקלטה והן על ניתוח המידע הרלוונטי לעומת הלא רלוונטי מהמשתנים הנ”ל⁶. תלמידים עם ידע מוקדם שנחשף לערוצי למידה מולטימדיה נראה ללמוד בצורה יעילה יותר מאשר אלה עם ידע מוקדם מעט או ללא ידע קודם. תלמידים עם רמות גבוהות של ידע מוקדם בנושא ישלבו מידע טקסטואלי וגרפי בצורה יעילה יותר⁷. פונקציונליות זו נצפתה בלמידה של טקסטים⁸ הכוללים תמונות⁹. טכנולוגיית מעקב אחר העיניים מציעה מידע על המקום שבו תשומת הלב ממוקדת ולכמה זמן. נתונים אלה נותנים תובנה על התפתחות תהליך למידה בצורה מדויקת יותר מאשר באמצעות התבוננות פשוטה של תהליך הרזולוציה במהלך השלמת משימה. כמו כן, הניתוח של אינדיקטורים אלה מקל על המחקר אם התלמיד מפתח למידה עמוקה או שטחית. יתר על כן, הקשר בין נתונים אלה לבין תוצאות הלמידה מקל על אימות המידע המתקבל עם טכנולוגיית מעקב אחר העיניים^4,10. למעשה, טכניקה זו יחד עם SRL משמשים יותר ויותר בהשכלה גבוהה ובחינוך למבוגרים¹¹ סביבות למידה, הן על מוסדר והן על קורסים שאינם מוסדרים¹².

טכנולוגיית מעקב אחר העיניים מציעה מדדים שונים: מרחק, מהירות, תאוצה, צפיפות, פיזור, מהירות זוויתית, מעברים בין תחומי עניין (AOI), סדר רציף של AOI, ביקורים בקיבעון, סקאדות, נתיב סריקה ופרמטרים של מפת חום. עם זאת, הפרשנות של נתונים אלה מורכבת ומחייבת שימוש בפיקוח (רגרסיה, עצי החלטה וכו’) ותוקפים ללא השגחה (טכניקות אשכול k-means וכו’) ^13,14 טכניקות כריית נתונים. ניתן ליישם מדדים אלה לניטור אופן הפעולה של אותו נושא לאורך זמן או להשוואה בין מספר נושאים והביצועים שלהם עם אותה משימה¹⁵, על ידי ניתוח ההבדל בין משתתפים עם ידע קודם לעומת לא ידע קודם¹⁶. מחקר שנערך לאחרונה^11,17 גילה כי חניכים טירון להתקבע זמן רב יותר על הגירויים (כלומר, יש תדירות קיבעון גדולה יותר בעוד דפוסי נתיב סריקה דומים נרשמים). משך הקיבעון הממוצע היה ארוך יותר עבור מומחים מאשר עבור טירונים. המומחים הציגו את מוקד תשומת הלב שלהם על נקודות האמצע של המידע (קרוב ומרכזי), הבדלים שניתן לראות גם בנקודות ההדמיה בתוך AOI על מפות החום.

פרשנות מדדים במעקב אחר העיניים
מחקרים^{אחרונים 18} הראו כי רכישת מידע קשורה למספר קיבעון העין על הגירויים. מדד חשוב נוסף הוא ה-saccade, המוגדר כתנועה מהירה ופתאומית של קיבעון עם מרווח של [10 אלפיות השנייה, 100 אלפיות השנייה]. שרפי ואח ‘ (2015)^{18 מצאו} הבדלים במספר הסאקאדות, בהתאם לשלב קידוד המידע של התלמיד. פרמטר רלוונטי נוסף הוא נתיב הסריקה, מדד הלוכד את הסדר הכרונולוגי של השלבים שהמשתתף מבצע לפתרון משימת הלמידה בתוך AOI שהוגדר על ידי החוקר¹⁸. באופן דומה, ניתן להשתמש בטכנולוגיית מעקב אחר העיניים כדי לחזות את רמת ההבנה של המשתתף, שנראית קשורה למספר הקיבעון. מחקרים שנעשו לאחרונה הצביעו על כך שהשונות בהתנהגות המבט נקבעת על-ידי מאפייני התמונה (מיקום, עוצמה, צבע וכיוון), ההוראות לביצוע המשימה וסוג עיבוד המידע (סגנון הלמידה) של המשתתף. הבדלים אלה מזוהים על ידי ניתוח האינטראקציה של התלמיד עם AOI^{19 שונה}. ניתן להשתמש בטכניקות כמותיות²⁰ (ניתוח תדירות) ו/או איכותיות או דינמיות²¹ (נתיב סריקה) כדי לנתח את הנתונים שנאספו מהמדדים השונים. הטכניקות הקיימות מנותחות בטכניקות סטטיסטיות מסורתיות (ניתוח תדירות, הפרש ממוצע, הפרשי שונות וכו ‘) והן מנותחות בטכניקות למידת מכונה (מרחקים אוקלידיים עם שיטות עריכת^{מחרוזות 21,22}וקיבוץ באשכולות¹⁷). היישום של טכניקות אלה מקל על קיבוץ באשכולות, על ידי התחשבות במאפיינים שונים של הנושאים. מחקר אחד¹⁷ מצא כי ככל שהסטודנט מומחה יותר, כך אסטרטגיית עיבוד המידע המרחבית והטמפורלית היעילה יותר מיושמת. טבלה תיאורית של פרמטרי המדידה ששימשו במחקר זה ניתן להתייעץ להלן בטבלה 1.

טבלה 1: רוב הפרמטרים הייצוגיים שניתן להשיג בטכניקת מעקב העיניים, המותאמים מסאיז, זפאריין, מרטיקורנה ולסקו (2019). ²⁰   לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.

יישום מתודולוגיית המעקב אחר העיניים לחקר תהליך הלמידה
השימוש בהתקדמות הטכנולוגית ובטכניקות ניתוח הנתונים המתוארות לעיל^{5 יוסיף} דיוק רב יותר לניתוח התנהגותי של הלומדים במהלך פתרון בעיות בשלבים השונים של עיבוד מידע (ייזום משימות, עיבוד מידע ופתרון משימות). כל זה יאפשר ניתוח התנהגותי אישי, אשר בתורו יאפשר קיבוץ של תלמידים עם מאפיינים דומים²⁴. כמו כן, טכניקות חיזוי (עצי החלטה, טכניקות רגרסיה וכו ‘) ²⁵ ניתן להחיל על למידה, הקשורים הן למספר הקיבעון והן לתוצאות פתרון המשימה של כל תלמיד. פונקציונליות זו היא התקדמות חשובה מאוד בידע על האופן שבו כל תלמיד לומד ועל ההצעה של תוכניות למידה מותאמות אישית בתוך קבוצות שונות (אנשים עם או בלי קשיי למידה²⁶). לכן, השימוש בטכניקה זו יתרום להשגת התאמה אישית ואופטימיזציה של למידה²⁷. יש להבין למידה לכל החיים כמעגל של שיפור מתמשך, שכן הידע של החברה מתקדם ומתקדם ללא הרף. הפסיכולוגיה האבולוציונית מצביעה על כך שכישורי הרזולוציה והיעילות בעיבוד מידע יורדים עם הגיל. באופן ספציפי, תדירות saccade, משרעת, ומהירות של תנועות עיניים בקרב מבוגרים נמצאו לרדת עם הגיל. בנוסף, בגילאים מבוגרים יותר, תשומת הלב מתמקדת באזורים הנמוכים יותר של סצינות חזותיות, הקשורות לגירעונות בזיכרון העבודה¹⁴. עם זאת, ההפעלה גדלה באזורים הקדמיים והקדם-פרונטליים בגיל מבוגר יותר, מה שנראה כפצה על גירעונות אלה בפתרון משימות. היבט זה כולל את רמת הידע הקודם ואת אסטרטגיות הפיצוי הקוגניטיבי שהנושא יכול ליישם. משתתפים מנוסים לומדים בצורה יעילה יותר, שכן הם מנהלים את תשומת הלב בצורה יעילה יותר, בשל היישום של תהליכי פיקוח אוטומטיים²⁸. בנוסף, אם המידע שיש ללמוד מוענק באמצעות טכניקות SRL, הליקויים הנ”ל הם הקלה¹⁷. השימוש בטכניקות כאלה פירושו כי דפוסי מעקב חזותי דומים מאוד, הן בנושאים ללא ידע מוקדם והן בנושאים עם ידע מוקדם⁷.

לסיכום, ניתוח נתונים רב-ערוציים על SRL המתקבלים עם שימוש בטכנולוגיות למידה מתקדמות (מעקב אחר העיניים) הוא המפתח להבנת האינטראקציה בין תהליכים קוגניטיביים, מטא-קוגניטיביים ומוטיבציוניים, והשפעתם על למידה²⁹. לתוצאות ולחקר ההבדלים בלמידה יש השלכות על עיצוב חומרי למידה ומערכות לימוד חכמות, שתיהן יאפשרו למידה מותאמת אישית שעשויה להיות יעילה ומשביעות רצון יותר עבור התלמיד³⁰.

במחקר זה נשאלו שתי שאלות חקירה: (1) האם יהיו הבדלים משמעותיים בתוצאות הלמידה ובפרמטרים של קיבעון עיני בין תלמידים למורים מומחים לעומת מורים שאינם מומחים בתולדות האמנות המבדילים תלמידים בעלי תארים רשמיים לעומת סטודנטים בעלי תארים לא רשמיים (אוניברסיטת ניסיון – חינוך מבוגרים)? ו-(2) האם אשכולות של כל משתתף עם תוצאות למידה ופרמטרים של קיבעון עיני חופפים לסוג המשתתפים (סטודנטים בעלי תארים רשמיים, סטודנטים בעלי תארים לא רשמיים (אוניברסיטת ניסיון – חינוך מבוגרים) ומורים)?