Labor de Seguimiento Ocular: La captura y análisis de movimientos oculares ayuda a mejorar el comportamiento de aprendizaje

Profesor titular Dr. Pascal Klein (izquierda) investiga el comportamiento de aprendizaje utilizando la técnica de seguimiento ocular. A su lado en la imagen se puede ver a Sebastian Becker, doctorando en el grupo de Didáctica de la Física. (Foto: Yvonne Müller)

Con la técnica de seguimiento ocular, es posible captar y analizar los movimientos de la mirada para obtener conclusiones sobre el comportamiento de aprendizaje. (Foto: Yvonne Müller)

¿Qué sucede al leer problemas de texto y observar diagramas físicos? Esto es lo que investiga el equipo del Juniorprofessor Dr. Pascal Klein en el grupo del profesor Jochen Kuhn de la Didáctica de la Física en la Universidad Tecnológica de Kaiserslautern (TUK). Utiliza tecnología Eye-Tracker, que registra y analiza los movimientos oculares en pantallas. Para estudiar el comportamiento de lectura y aprendizaje, en la facultad de Física de la TUK se ha creado recientemente un laboratorio propio de Eye-Tracking, llamado eyePL (eyePhysics Lab). El equipo de Klein ya ha demostrado en estudios iniciales que el comportamiento visual proporciona conclusiones sobre la comprensión física.

Al leer un problema de física, los ojos se mueven entre el texto y el diagrama. ¿Dónde está la atención? ¿En la etiqueta del eje en un sistema de coordenadas o en la curva que se muestra en el diagrama? ¿Los ojos también saltan de vez en cuando de vuelta al texto y permanecen allí unos segundos? ¿Se pueden sacar conclusiones sobre el comportamiento de aprendizaje a partir de esto? «Sí, eso podemos», dice el Juniorprofessor Dr. Pascal Klein, quien investiga en la TUK sobre técnicas digitales para el estudio y la enseñanza de la física en la escuela. «Antes, esto no era posible. Con la tecnología de Eye-Tracking, podemos analizar con precisión el comportamiento visual al trabajar con textos y diagramas.»

Para esta investigación, no se necesita mucha tecnología: basta con una pantalla y un Eye-Tracker que registre las direcciones de la mirada en tiempo real. Está colocado directamente debajo de la pantalla y envía sus datos a un portátil que está junto a la pantalla.

En el laboratorio de Eye-Tracking, el eyePL (eyePhysics Lab), en el campus de la TU Kaiserslautern, hay actualmente seis estaciones de trabajo. El equipo de Klein quiere, por ejemplo, investigar cómo leen los textos los estudiantes de física y cómo comprenden su contenido. «Vemos en qué puntos permanecen, si saltan entre texto y diagrama o vuelven a leer algo», menciona el investigador como ejemplos.

En estudios, Klein ya ha investigado qué conclusiones se pueden extraer de los llamados caminos visuales sobre el comportamiento de aprendizaje. «Al trabajar con diagramas, estos caminos nos revelan qué estrategias usan los estudiantes para resolver problemas. También podemos determinar si las estrategias que aprendieron previamente se aplican correctamente o no», explica el físico. Además, puede sacar otras conclusiones con la tecnología, como qué tan seguros están los estudiantes al resolver tareas.

En un estudio publicado recientemente, en el que también participaron colegas investigadores del Centro Alemán de Inteligencia Artificial, el equipo de Klein investigó, por ejemplo, cómo se representan mejor los contenidos físicos (en este caso, la llamada divergencia de campos vectoriales) para que el aprendizaje sea más efectivo. «Mostramos a los estudiantes dos formas diferentes de representar la divergencia, una mediante cálculo diferencial y otra mediante cálculo integral», resume brevemente la configuración del experimento. «Para mostrar y describir relaciones físicas, en los libros y en las clases se suele usar solo una forma de representación. Pero hemos comprobado que los contenidos se transmiten mejor cuando los estudiantes conocen ambas formas. Esto subraya la importancia de diferentes perspectivas en la adquisición del conocimiento físico.»

Pero Klein no solo piensa en el aprendizaje universitario, sino también en la enseñanza en las escuelas. «Llevamos nuestra tecnología a las escuelas para observar cómo los estudiantes abordan problemas físicos». Gracias a la tecnología, los resultados están disponibles en poco tiempo. Se puede detectar rápidamente si los alumnos han entendido los contenidos de aprendizaje. «De esta forma, por ejemplo, es posible diagnosticar las diferencias entre quienes resuelven problemas con éxito y quienes tienen menos éxito, y promover su comportamiento de aprendizaje de manera individual», explica Klein. Para estos estudios, el físico también colabora con grupos de otros países para analizar las diferencias internacionales en el aprendizaje de conceptos físicos.

La tecnología también se usa en la formación y capacitación de profesores en la TU Kaiserslautern, por ejemplo, en el marco del proyecto «U.EDU: Educación Unificada – Medios de formación a lo largo de la carrera docente», que es financiado por la «Iniciativa de Calidad en la Formación Docente» del gobierno federal y los estados. La creación del laboratorio de Eye-Tracking fue apoyada financieramente por la propia universidad.

Klein realiza su investigación junto al didacta de física, el profesor Dr. Jochen Kuhn, quien con su grupo lleva casi diez años investigando sobre el aprendizaje con formatos innovadores de enseñanza para estudios, clases y formación de profesores. Para ello, utiliza medios digitales de hoy y del mañana.

El estudio fue publicado en la prestigiosa revista especializada «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 y J. Kuhn: DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.14.010116