Laboratoř sledování pohledu: zaznamenávání a analýza pohybů očí pomáhá zlepšit učební chování

Juniorprofesor Dr. Pascal Klein (vlevo) zkoumá učební chování pomocí techniky Eye-Tracker. Vedle něj na obrázku je vidět Sebastian Becker, doktorand z katedry didaktiky fyziky. (Foto: Yvonne Müller)

S technologií Eye-Tracker je možné zaznamenávat a analyzovat pohyby očí, a tím získávat poznatky o způsobu učení. (Foto: Yvonne Müller)

Co se děje při čtení textových úloh a sledování fyzikálních diagramů? Tým kolem mladšího profesora Dr. Pascala Kleina v skupině profesora Jochena Kuhna z didaktiky fyziky na Technické univerzitě Kaiserslautern (TUK) se tím zabývá. Používá přitom Eye-Tracker, techniku, která zaznamenává a analyzuje pohyby pohledu na obrazovkách. Aby bylo možné zkoumat čtení a učební chování, má Fakulta fyziky na TUK nedávno vlastní Eye-Tracking laboratoř, nazvanou eyePL (eyePhysics Lab). Tým kolem Kleina již v prvních studiích ukázal, že chování pohledu poskytuje závěry o fyzikálním porozumění.  

Při čtení fyzikální úlohy se oči pohybují mezi textem a diagramem tam a zpět. Kde je při tom soustředěna pozornost? Například na popisek osy v souřadnicovém systému nebo na křivku, která je v diagramu zobrazena? Skáčou pohledy také občas zpět k textu a tam setrvají několik sekund? Lze z toho odvodit závěry o učebním chování? „Ano, to lze,“ říká mladší profesor Dr. Pascal Klein, který na TUK zkoumá digitální techniky pro studium fyziky a výuku fyziky ve škole. „Dříve takové věci nebyly možné. S technikou sledování pohledu jsme schopni přesně analyzovat chování pohledu při práci s texty a diagramy.“

Pro toto zkoumání není potřeba mnoho techniky: stačí monitor a Eye-Tracker, který zaznamenává směry pohledu v reálném čase. Je umístěn přímo pod displejem a posílá svá data na notebook stojící vedle monitoru.

V laboratoři sledování pohledu, eyePL (eyePhysics Lab), na kampusu TU Kaiserslautern je momentálně šest takových pracovních míst. Tým kolem Kleina chce například zkoumat, jak studenti fyziky čtou texty a jak zachycují jejich obsah. „Vidíme, na kterých místech setrvávají, jestli přeskakují mezi textem a diagramem nebo znovu něco čtou,“ uvádí vědec jako příklady.

V studiích již Klein zkoumal, jaké závěry lze odvodit z tzv. sledovacích cest (blickpfade) o učebním chování. „Při práci s diagramy nám takové cesty odhalují, jaké strategie studenti při řešení problémů používají. Můžeme také zjistit, zda strategie, které se naučili dříve, jsou správné nebo nesprávné,“ pokračuje fyzik. Pomocí techniky může také odvodit další závěry, například jak jsou studenti jistí při řešení úloh.

V nedávno publikované studii, na níž se podíleli i kolegové z Německého centra pro umělou inteligenci, tým kolem Kleina například zkoumal, jak nejlépe vizualizovat fyzikální obsah (v tomto případě divergenci vektorových polí), aby byl co nejvíce přínosný pro učení. „Ukázali jsme studentům dvě různé způsoby znázornění divergence, jednou jako diferenciální počet a podruhé jako integrální počet,“ stručně shrnuje konstrukci pokusu. „Pro zobrazení a popis fyzikálních souvislostí se v učebnicích a výuce často používá pouze jeden způsob. Zjistili jsme však, že nejlepší je, když studenti znají oba způsoby. To zdůrazňuje důležitost různých pohledů při získávání fyzikálních znalostí.“

Klein však nezaměřuje pouze na studium při vysokoškolském vzdělávání, ale také na výuku ve školách. „Používáme naši techniku ve školách, abychom zjistili, jak žáci přistupují k fyzikálním problémům.“ Díky technice jsou již po krátké době k dispozici výsledky. Rychle je jasné, zda žáci pochopili učivo. „Tímto způsobem je například možné diagnostikovat rozdíly mezi úspěšnými a méně úspěšnými řešiteli problémů a následně individuálně podporovat učební chování,“ říká Klein. Pro tyto studie spolupracuje i s týmy z jiných zemí, aby analyzoval mezinárodní rozdíly ve zvládání fyzikálních konceptů.

Technika je také využívána v přípravě a dalším vzdělávání učitelů na TU Kaiserslautern, například v rámci projektu „U.EDU: Unified Education – Medienbildung entlang der Lehrerbildungskette“, který je financován v rámci společné „Qualitätsoffensive Lehrerbildung“ spolku a spolkových zemí z prostředků Spolkového ministerstva školství a výzkumu. Zřízení laboratoře sledování pohledu finančně podpořil mladý vědecký kolektiv TU.

Klein provádí výzkum u didaktika fyziky profesora Dr. Jochena Kuhna, který se svým týmem již téměř deset let zabývá učením s inovativními výukovými formáty pro studium, výuku a přípravu učitelů. Při tom využívá digitální média dneška i zítřka.

Studie byla publikována v prestižním odborném časopise „Physical Review Physics Education Research“: „Instruction-based clinical eye-tracking study on the visual interpretation of divergence: How do students look at vector field plots?“ P. Klein, J. Viiri, S. Mozaffari, A. Dengel a J. Kuhn: DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.14.010116