הערכת ממדים המרובים של אירוסין לאפיין למידה: הנוירופיזיולוגי פרספקטיבה

אירוסין ממלאים תפקיד מכריע בלמידה. לקלארק והמאייר ^2, "כל הלמידה דורשת אירוסין," ללא קשר לתקשורת משלוח. גם ג'אנג et al. ³ הציעו כי התקשרות מוגברת של תלמידים יכולה לשפר את תוצאות למידה, כגון פתרון בעיות ומיומנויות חשיבה ביקורתיות. הגדרת אירוסין עדיין מהווה אתגר. בסקירת הספרות שלהם, פרדריקס, בלומנפלד ופריז ¹ מוגדרת אירוסין על ידי טבעה רב פנים: "אירוסין התנהגות נשענים על הרעיון של השתתפות; היא כוללת מעורבות בפעילות אקדמית וחברתית או חוגים. (…) מעורבות רגשית מקיפה תגובות חיוביות ושליליות למורים, חברים לכיתה, אנשי אקדמיה, ובית ספר, והוא הניח ליצירת קשרים לנכונות אובייקט והשפעה כדי לעשות את העבודה. לבסוף, אירוסין הקוגניטיבית מתבססים על הרעיון של השקעה נפשית; היא משלבת התחשבות ונכונות להפעיל NEC המאמץessary להבין רעיונות מורכבים ומיומנויות קשות אדון. "

פרדריקס, בלומנפלד ופריז ¹ גם טענו כי התמקדות בהתנהגות, רגש, וקוגניציה, ברעיון של התקשרות, עשויה לספק אפיון עשיר יותר של למידה. מחברים אלה הצביעו על כך שגוף חזק של מחקר עוסק כל רכיב של אירוסין בנפרד, אבל רכיבים אלה לא נחקרו בשיתוף. הם גם ציינו כי מעט מידע זמין על יחסי גומלין בין הממדים וכי מחקרים נוספים יכולים לתרום לתכנון התערבויות הוראה מכוונת היטב. כצעד בכיוון זה, מאמר זה מתאר שיטות מחקר שפותחה כדי לאסוף ולנתח נתונים כמותיים ואיכותיים, באופן סינכרוני, על אירוסין התנהגות, רגשיים וקוגניטיביים במהלך משימות למידה.

הבאת Neurosciences לחינוך

BehavIOR, וכתוצאה מכך התנהגות אירוסין, כבר זמן רב במוקד המחקרים בחינוך המרכזי: עיצובי מחקר התמקדו בעיקר בשינויים בידע ובהתנהגות המתרחשים על פני תקופות זמן ארוכות, בין-בדיקות לפני ואחרי, ועל מרווחים של שעות, שבועות , חודשים או שנים. להפלות בין אירוסין התנהגות, רגשיים, הקוגניטיבי ועדיין מהווים אתגר, כי שני הממדים האחרונים אינם שיטתי נצפים חיצוני. קוגניציה ורגשות חייבות או להסיק מתצפיות או העריכו באמצעים דיווח עצמי. מנקודת המבט חיצונית, זה עדיין קשה לקבוע אם תלמידים מנסים לבצע את עבודתם במהירות אפשרית או באמצעות אסטרטגיות למידה ברמה עמוקה לשלוט בתוכן ספציפי. לאמיתו של דבר, פרדריקס, בלומנפלד ^ו1 פריז לא הצליח למצוא כל מחקרים שפורסמו באמצעים ישירים, מטרה של מעורבות קוגניטיבית.

התפתחויות טכנולוגיות האחרונות בתחום מדעי המוח יצר אפשרויות חדשות למחקר בחינוך. שיטות איסוף נתונים חדשות וניתוח אלגוריתמים שפותחו בתחום הארגונומיה נוירו נראים מבטיחים מאוד ללימודים איכותיים וכמותיים במהלך משימות למידה. דיסציפלינות אחרות, כגון כלכלה, פסיכולוגיה, שיווק, וארגונומיה, כבר משתמשים מדידות neurophysiological להעריך אירוסין קוגניטיבית לכמה זמן ^4-8. צעדי neurophysiological, בשילוב עם ניתוח אלגוריתמים יעילים, יאפשר אחד ללמוד תופעה מבלי להפריע זה. מעצם טבעם, שאלוני דיווח עצמי להתנתק סטודנטים מלמידה. צעדי neurophysiological לאפשר עיצובי מחקר להתבצע בסביבות למידה אותנטיות יותר. כלים אלה כוללים ציוד לניטור קצב לב, קצב נשימה, לחץ דם, טמפרטורת גוף, קוטר אישון, פעילות חשמלית, electroencephalography (EEG), וכו '.

<stRong> איסוף נתונים על התנהגות מסונכרן, רגשית, וקוגניטיבית אירוסין

כנציג תוצאות בעקבות השימוש בפרוטוקול זה, מאמר זה יציג את התוצאות חלקיות של מחקר שבו לומדים היו צריכים לפתור, על מסך מחשב, עשר בעיות בפיסיקה מכאנית. בעיות אלו פותחו בעבודה קודמת ^9. נתונים neurophysiological נאספו תוך הלומדים היו לפתור את הבעיות ומרגיעים במהלך של 45 הפסקה, בעיניים עצומות, לאחר כל בעיה.

כאמור לעיל, נתוני אירוסין התנהגות מורכבים של אינטראקציות תוכנה (תנועות עכבר ולחיצות), מבט עיניים, ביצועים ותשובות לשאלות המיוצרות על ידי לומד אינטראקציה עם המערכת תוך ביצוע המשימה ^1. מערכת מעקב העין שימשה לאיסוף אינטראקציות תוכנה ונתונים מבט עין. נתוני ביצועים (זמן לפתור בעיה, נכונות תשובות) נאספו על אתר סקר ששימש להציג את המשימה. אתר זה משמש גם כדי לאסוף נתונים דיווח עצמי שנאספו עם שאלון המותאם מבראדלי ולאנג ^10. מעורבות רגשית כרוכה אפיון של רגשות. על פי ¹¹ לאנג, רגשות מאופיינים במונחים של הערכיות ועוררות (נעימים / לא נעימים) (רגועים / עורר). נתוני מעורבות רגשית נאספו בהתאם, באמצעות תוכנת זיהוי פנים רגש אוטומטית שמכמתת הערכיות רגשית ומקודד / חיישן פעילות-חשמלי לעוררות ^12,13. פעילות-חשמלי (EDA) מתייחסת להתנגדות החשמלית נרשמה בין שתי אלקטרודות כאשר זרם חשמלי חלש מאוד הוא עבר בעקביות ביניהם. Cacioppo, Tassinary ו ^-14 Berntson הראו כי ההתנגדות נרשמה משתנה בהתאם לעוררות של הנושא. לפיכך, נתוני פסיכו, כגון ערכיות או עוררות, נחשבים כקושרת של מעורבות רגשית.

<p class = "jove_content"> לבסוף, נאספים נתונים אירוסין קוגניטיביים באמצעות electroencephalography (EEG). צעדי EEG, על הקרקפת, מסונכרנים פעילות חשמלית של קבוצות תאי עצב במוח. אותות חשמליים שנרשמו מהקרקפת הם לעתים קרובות oscillatory ומורכבת של רכיבי תדר. לפי אמנה, תדרים אלו מקובצים ברצפים, הידוע בלהקות. לדוגמא, אלפא, ביתא ותטא להקות הם המוקד של מחקר זה. על פי מחקרי נירולוגית מדעיים ^14, להקות אלה משקפות את יכולות עיבוד הקוגניטיבי שונות באזורים מסוימים של המוח. לפיכך, הניתוח של הצפיפות ספקטרלית כוח (PSD) של תדרים מסוימים, בשילוב עם מחקרים רבים ^7,15 על ערנות ותשומת לב, מאפשר לחוקרים לכמת אירוסין הקוגניטיבי במהלך משימה. כMikulka et al. ¹⁶ ציין, מחקרים הוכיחו קשר ישיר בין הפעילות בטא וערנות קוגניטיביים וקשר עקיף בין אלפאפעילות ד תטא וערנות. כך, האפיפיור, בוגרט ו ^-7 Bartoleme פיתחו מדד אירוסין שמחשב את PSD של שלוש להקות: בטא / (אלפא תטא +). יחס זה קבל תוקף במחקרים אחרים על אירוסין ^16,17,18. לאפיין אירוסין קוגניטיביים לאורך זמן, Fast Fourier Transform (FFT) ממיר את אות ה- EEG מאתר פעיל (F3, F4, O1, O2) לספקטרום כוח. מדד האירוסין EEG בזמן T מחושב לפי הממוצע של כל יחס אירוסין בתוך חלון הזזה 20 שניות שקדמו לט זמן הליך זה חוזר על עצמו בכל שנייה וחלון הזזה חדש משמש לעדכון המדד.

מאחר והמטרה של מתודולוגיה זו היא לספק ניתוח עשיר של ממדים הרבים של אירוסין, סנכרון נתונים הוא חיוני. כז'ה et al. ¹⁹ להזכיר לקוראים, יצרני ציוד ממליצים בחום רק באמצעות מחשב אחד לכל כלי מדידה כדי להבטיח דיוק le צויןvel. לכן, כאשר מספר מחשבים מועסקים, סנכרון בין מחשבי הקלטה הופך שלב קריטי. לא יכולות להיות כל התחילו ההקלטות בדיוק באותו הזמן, וכל זרם נתוני מסגרת הזמן הספציפי שלה (למשל, סעיף 0 העין מעקב ≠ שניות 0 של EEG או נתונים פיסיולוגיים). זה מאוד חשוב: desynchronization בין זרמי נתונים פירוש שגיאות בכימות של כל ממד של מעורבות. ישנן דרכים של סנכרון הקלטות פיסיולוגיות והתנהגותיים במקביל שונות. שיטות אלה עשויות להיות מחולקות לשתי גישות עיקריות; ישיר ועקיף ^20. הפרוטוקול שהוצג בסעיף הבא מבוסס על גישה עקיפה שבו התקן חיצוני, syncbox, משמש לשליחת היגיון טרנזיסטור-טרנזיסטור (TTL) אותות לכל ציוד ההקלטה (כפי שמוצג באיור 1). כמו כל פיסת הציוד יש זמן התחלה שונה, סמני TTL נרשמים בקבצי היומן עם קרוב משפחה עיכוב. סמנים משמשים לאחר מכן כדי ליישר מחדש את האותות ובכך להבטיח סנכרון נכון אחרי כל הקלטה. תוכנת ניתוח התנהגות, המאפשרת אינטגרציה קובץ חיצוני משמשת לסנכרון מחדש את ציר הזמן של כל זרם הנתונים ולבצע ניתוח כמותי ואיכותי של כל ממד של מעורבות.

איור 1. ארכיטקטורה של מערכת איסוף נתונים. סביבת המעבדה שבי (מעקב עיניים) התנהגות, רגשי (EDA ורגש פנים) ונתונים קוגניטיביים אירוסין (EEG) נאספים מכילים מחשבים רבים. זה מעלה אתגר סנכרון לנתונים שהפניה בשעוני המחשב שלהם. כדי להיות מסוגל לנתח את כל הנתונים באותו זמן התייחסות, התקנת המעבדה כרוכה syncbox ששולח אותות TTL לכל זרמי נתונים.nk "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

כדי להעריך את הדיוק של המתודולוגיה במונחים של סנכרון, 45 שניות הפסקות הוכנסו לפני כל אחת מבעיות הפיזיקה המכנית. במהלך הפסקות אלה, נושאים היו להירגע ולעצום את עיניהם. כפי שניתן לראות במחקרים אחרים ^{4,9,16,17,18,} הפסקות אלה צריכים לגרום לשינויים משמעותיים באות שנאסף: שתי נקודות אישון העין ב( אירוסין התנהגות) מייד נעלמים מעקב העין וירידה מיידית במעורבות קוגניטיבית (EEG אות) הוא ציין. רכיבים ספציפיים אלה של האות משמשים כדי להעריך את התוקף הכללי של הסנכרון. הפרסום האחרון של עיתונים שאופן מלא או חלקי להסתמך על הליך סנכרון זה, בתחומי מערכות מידע ^19, אינטראקציות אדם-מכונה ²¹ וחינוך ^{9, 22,} מספק ראיות ליעילותה.