La evaluación de las múltiples dimensiones de compromiso para caracterizar aprendizaje: una perspectiva neurofisiológica

Compromiso juega un papel crucial en el aprendizaje. Para Clark y Mayer ^2, "todo aprendizaje requiere compromiso," independientemente de los medios de entrega. Zhang et al. ³ también sugiere que una mayor participación de los estudiantes puede mejorar los resultados de aprendizaje, tales como la resolución de problemas y habilidades de pensamiento crítico. Definir el compromiso sigue siendo un desafío. En su revisión de la literatura, Fredricks, Blumenfeld y París ¹ definen su participación por su naturaleza multifacética: "compromiso conductual se basa en la idea de la participación; que incluye la participación en las actividades académicas y sociales o extracurriculares. (…) El compromiso emocional abarca reacciones positivas y negativas a los maestros, compañeros de clase, académicos y de la escuela y se presume para crear vínculos con un objeto y la influencia voluntad de hacer el trabajo. Por último, el compromiso cognitivo se basa en la idea de la inversión mental; incorpora seriedad y voluntad de ejercer el nec esfuerzonece- comprender ideas complejas y maestros habilidades difíciles ".

Fredricks, Blumenfeld y París ¹ también afirmaron que un enfoque en el comportamiento, la emoción y la cognición, dentro del concepto de compromiso, puede proporcionar una caracterización más rica de aprendizaje. Estos autores señalaron que un cuerpo robusto de la investigación se dirige a cada componente de la participación por separado, pero estos componentes no se habían estudiado en conjunto. También observaron que hay poca información disponible acerca de las interacciones entre las dimensiones y que más estudios podrían contribuir a la planificación de las intervenciones de enseñanza finamente sintonizados. Como un paso en esa dirección, este trabajo describe una metodología de investigación que se ha desarrollado para recopilar y analizar datos cuantitativos y cualitativos, sincrónicamente, sobre el compromiso conductual, emocional y cognitivo durante las tareas de aprendizaje.

Llevar las Neurociencias en Educación

Behavior, y el compromiso en consecuencia del comportamiento, ha sido durante mucho tiempo el foco central de los estudios en la educación: diseños de investigación se centraron principalmente en los cambios en el conocimiento y el comportamiento que ocurren durante largos períodos de tiempo, entre pre y post-test, y en intervalos de horas, semanas , meses o años. Discriminar entre el compromiso conductual, emocional y cognitiva sigue siendo un desafío, porque las últimas dos dimensiones no son sistemáticamente observable externamente. La cognición y las emociones o bien deben ser inferidas a partir de observaciones o evaluados con medidas de auto-informe. Desde un punto de vista externo, sigue siendo difícil determinar si los estudiantes están tratando de hacer su trabajo lo más rápido posible o el uso de estrategias de aprendizaje a nivel profundo para dominar un contenido específico. En realidad, Fredricks, Blumenfeld y París ¹ no pudieron encontrar ningún estudio publicado que utilizan medidas directas y objetivas de compromiso cognitivo.

Recientes desarrollos tecnológicos enel campo de las neurociencias han creado nuevas posibilidades para la investigación en la educación. Nuevos métodos de recopilación de datos y algoritmos de análisis desarrollados en el campo de la ergonomía neuro parecen muy prometedores para los estudios cualitativos y cuantitativos durante las tareas de aprendizaje. Otras disciplinas, como la economía, la psicología, el marketing y la ergonomía, la han estado utilizando mediciones neurofisiológicas para evaluar el compromiso cognitivo durante algún tiempo ^4-8. Medidas neurofisiológicas, junto con algoritmos de análisis eficientes, permiten estudiar un fenómeno sin perturbarla. Por su naturaleza, los cuestionarios de auto-reporte desenganchan estudiantes de aprendizaje. Medidas neurofisiológicas permiten diseños de investigación que se lleven a cabo en entornos de aprendizaje más auténtico. Estas herramientas incluyen equipos para monitorear la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria, la presión arterial, la temperatura corporal, diámetro de la pupila, la actividad electrodérmica, electroencefalografía (EEG), etc.

<strong> Encuentro Sincronizado datos sobre comportamiento, emocional y cognitivo de compromiso

Como resultados representativos tras el uso de este protocolo, este trabajo presenta resultados parciales de un estudio en el que los alumnos tuvieron que resolver, en una pantalla de ordenador, diez problemas de la física mecánica. Estos problemas se han desarrollado en trabajos anteriores ^9. Datos neurofisiológicos se recogieron mientras que los alumnos estaban resolviendo los problemas y relajarse durante las vacaciones a 45 s, con los ojos cerrados, después de cada problema.

Como se mencionó anteriormente, los datos de compromiso de comportamiento consisten en interacciones de software (los movimientos del ratón y los clics), la mirada, el rendimiento y las respuestas a las preguntas producidos por un aprendiz de interactuar con el sistema, mientras que el cumplimiento de la tarea ^1. Se utilizó un sistema de seguimiento ocular para recoger las interacciones de software y los datos de la mirada de los ojos. Los datos de rendimiento (tiempo para resolver un problema, la corrección de las respuestas) se recogieron en unpágina web encuesta que se utilizó para presentar la tarea. Este sitio web también se utilizó para recopilar datos de autoinforme recolectados con un cuestionario adaptado de Bradley y Lang ^10. Compromiso emocional implica la caracterización de las emociones. Según Lang ^11, las emociones se caracterizan en términos de valencia (agradable / desagradable) y la excitación (calma / despertaron). Datos de compromiso emocional fueron consecuencia recogidos, utilizando software de reconocimiento de emociones faciales automático que cuantifica valencia emocional y una actividad codificador / sensor electrodérmica para la excitación ^12,13. La actividad electrodérmica (EDA) se refiere a la resistencia eléctrica entre dos electrodos grabado cuando una corriente eléctrica muy débil se hace pasar de manera constante entre ellos. Cacioppo, Tassinary y Berntson ¹⁴ mostraron que la resistencia grabado varía de acuerdo a la excitación del sujeto. Así, los datos psicofisiológicos, como valencia o la excitación, se consideran como correlatos de compromiso emocional.

<pclass = "jove_content"> Finalmente, los datos de compromiso cognitivo se recogen a través de la electroencefalografía (EEG). Medidas de EEG, en el cuero cabelludo, la sincronizados actividad eléctrica de los grupos de neuronas en el cerebro. Las señales eléctricas registradas desde el cuero cabelludo son con frecuencia oscilatoria y compuesto por componentes de frecuencia. Por convención, estas frecuencias se agrupan en secuencias, conocido como bandas. Por ejemplo, alfa, beta y theta bandas son el foco de este estudio. De acuerdo con estudios neurocientíficos ^14, estas bandas reflejan diferentes habilidades de procesamiento cognitivo en áreas específicas del cerebro. Por lo tanto, el análisis de la densidad espectral de potencia (PSD) de frecuencias específicas, en combinación con numerosos estudios ^7,15 en el estado de alerta y la atención, permite a los investigadores para cuantificar compromiso cognitivo durante una tarea. Como señaló Mikulka et al. ^16, la investigación ha demostrado una relación directa entre la actividad beta y el estado de alerta cognitiva y una relación indirecta entre un alfad actividad theta y el estado de alerta. De este modo, el Papa, Bogart y Bartolemé ⁷ desarrollaron un índice de compromiso que calcula el PSD de tres bandas: beta / (alfa + theta). Esta relación fue validado en otros estudios sobre la participación ^16,17,18. Para caracterizar compromiso cognitivo en el tiempo, una transformada rápida de Fourier (FFT) convierte la señal de EEG de cada sitio activo (F3, F4, O1, O2) en un espectro de potencia. El índice EEG compromiso en el tiempo T se calcula la media de cada relación de compromiso dentro de una ventana deslizante 20 sec precedente tiempo T. Este procedimiento se repite cada segundo y una nueva ventana deslizante se utiliza para actualizar el índice.

Dado que el objetivo de esta metodología es proporcionar un rico análisis de las múltiples dimensiones del compromiso, la sincronización de datos es crucial. Como Leger et al. ¹⁹ recuerdan los lectores, los fabricantes de equipos recomiendan encarecidamente el uso de una sola computadora por herramienta de medición para garantizar su precisión especificada level. Por lo tanto, cuando se emplean varios equipos, la sincronización entre ordenadores de grabación se convierte en un paso crítico. Las grabaciones no pueden todos ser iniciado en el mismo momento, y cada flujo de datos tiene su marco de tiempo específico (por ejemplo, sec 0 de seguimiento de los ojos ≠ seg 0 de EEG o los datos fisiológicos). Esto es extremadamente importante: desincronización entre los flujos de datos significa errores en la cuantificación de cada dimensión de compromiso. Hay diferentes maneras de sincronizar las grabaciones fisiológicas y conductuales concurrentes. Estos métodos pueden dividirse en dos enfoques principales; directa e indirecta ^20. El protocolo presentado en la siguiente sección se basa en un enfoque indirecto donde un dispositivo externo, un SyncBox, se utiliza para enviar lógica transistor-transistor (TTL) señales a todo el equipo de grabación (como se muestra en la Figura 1). Como cada equipo tiene una hora de inicio diferente, los marcadores TTL están registrados en los archivos de registro con un familiar demora. Los marcadores se utilizan entonces para realinear las señales y por lo tanto garantizar una correcta sincronización después de cada grabación. Un programa de software de análisis de comportamiento que permite la integración archivo externo se utiliza para volver a sincronizar la línea de tiempo de cada flujo de datos y realizar el análisis cuantitativo y cualitativo de cada dimensión de compromiso.

Figura 1. Arquitectura del Sistema de Recolección de Datos. El entorno de laboratorio en los que la conducta (eye-tracking), emocional (EDA y la emoción facial) y datos (EEG) de compromiso cognitivo se recogen contiene muchas computadoras. Esto plantea un reto para la sincronización de datos que se hace referencia en sus respectivos relojes de los ordenadores. Para ser capaz de analizar todos los datos en el mismo tiempo de referencia, la configuración de laboratorio implica un SyncBox que envía señales TTL a todos los flujos de datos.nk "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Para evaluar la precisión de la metodología en términos de sincronización, 45 seg pausas se introdujeron antes de cada uno de los problemas de la física mecánica. Durante estas pausas, los sujetos tenían que relajarse y para cerrar sus ojos. Como se ha visto en otros estudios ^{4,9,16,17,18,} estas pausas deben inducir variaciones significativas en la señal recogida: los dos puntos pupila del ojo en (el compromiso de comportamiento) de seguimiento ocular inmediatamente desaparece y una caída inmediata en el compromiso cognitivo (EEG señal) se observa. Estos componentes específicos de la señal se utilizan para evaluar la validez general de la sincronización. La reciente publicación de documentos que total o parcialmente dependen de este procedimiento de sincronización, en los campos de los sistemas de información ^19, interacciones hombre-máquina ²¹ y educación ^{9, 22,} proporciona evidencia de su eficacia.