Szemmozgás-kutató labor: A tekintetmozgások rögzítése és elemzése segít a tanulási magatartás javításában

Juniorprofesszor Dr. Pascal Klein (balra) a tanulási magatartást vizsgálja az Eye-Tracker technika segítségével. Mellette a képen Sebastian Becker, a fizika-didaktika csoport doktorandusza látható. (Fotó: Yvonne Műller)

Az Eye-Tracker technikával lehetőség nyílik a tekintetmozgások rögzítésére és elemzésére, így következtetéseket lehet levonni a tanulási magatartásról. (Fotó: Yvonne Müller)

Mi történik, amikor szöveges feladatokat olvasunk és fizikai diagrammákat nézünk? Ezzel foglalkozik a Juniorprofesszor Dr. Pascal Klein által vezetett csapat, a Kaiserslauterni Műszaki Egyetem (TUK) Fizika Didaktika csoportjában, Prof. Jochen Kuhn irányításával. Az Eye-Tracker nevű technikát használják, amely a képernyőkön végzett tekintetmozgásokat rögzíti és elemzi. A tanulási és olvasási magatartás vizsgálatára nemrég saját Eye-Tracking laboratóriumot hoztak létre a fizika tanszéken, az eyePL-t (eyePhysics Lab). Klein csapata már korábbi tanulmányaiban kimutatta, hogy a tekintetviselkedés következtetéseket vonhat le a fizikai megértésről.  

Amikor fizikai feladatot olvasunk, a szemek oda-vissza mozognak a szöveg és a diagram között. Hol figyelünk inkább? Például egy koordináta-rendszer tengelyfeliratára vagy a diagramon látható görbére? Ugrálnak-e a tekintetek időnként vissza a szöveghez, és ott is megállnak néhány másodpercre? Lehetséges-e ebből következtetéseket levonni a tanulási magatartásra? „Igen, azokat meg tudjuk mondani,” mondja Klein, a TUK fizika tanulmányi és oktatási technikákkal foglalkozó juniorprofesszora. „Régebben ez nem volt lehetséges. Az Eye-Tracking technikával pontosan elemezhetjük a tekintetviselkedést szövegek és diagramok esetében.”

Ehhez nem sok technika szükséges: elég egy monitor és egy Eye-Tracker, amely valós idejű tekintetirányokat rögzít. Az eszköz közvetlenül a kijelző alatt van elhelyezve, és adatokat küld egy laptopnak, amely a kijelző mellett áll.

A Kaiserslauterni Műszaki Egyetem campusán található eyePL (eyePhysics Lab) laboratóriumban jelenleg hat ilyen munkaállomás van. Klein csapata például vizsgálni szeretné, hogy a fizika hallgatói hogyan olvasnak szövegeket, és hogyan értik meg azok tartalmát. „Látjuk, hol tartanak meg, hogy ugrálnak a szöveg és a diagram között, vagy újra olvasnak valamit,” mondja a kutató példáként.

Korábbi tanulmányaiban Klein már vizsgálta, hogy a „tekintetutakból” milyen következtetéseket lehet levonni a tanulási magatartásról. „A diagramokkal végzett munka során ezek az utak megmutatják, hogy a hallgatók milyen stratégiákat alkalmaznak problémák megoldására. Az is kiderülhet, hogy a korábban tanult stratégiák helyesen vagy helytelenül kerülnek-e alkalmazásra,” folytatja a fizikus. Emellett további következtetéseket is levonhat a technikával, például arról, mennyire biztosak a hallgatók a feladatok megoldásában.

Nemrégiben publikált tanulmányukban, amelyben a Német Mesterséges Intelligencia Központ kutatói is részt vettek, Klein csapata például azt vizsgálta, hogy a fizikai tartalmak (például a vektorfelületek divergenciája) hogyan legyenek a legjobban szemléltetve, hogy a tanulási eredmény a lehető legjobb legyen. „Két különböző ábrázolási formát mutattunk be a hallgatóknak a divergenciáról, egyik a differenciálegyenletek, másik az integrálegyenletek formájában,” összegzi a kísérlet röviden. „Az oktatási anyagokban és kurzusokon gyakran csak egyetlen megjelenítési módot használnak a fizikai összefüggések bemutatására. Mi azonban megállapítottuk, hogy a legjobb eredményt akkor érjük el, ha a hallgatók mindkét formát ismerik. Ez hangsúlyozza a különböző nézőpontok fontosságát a fizikai tudás elsajátításában.”

Klein nemcsak a tanulás folyamatára az egyetemen, hanem az iskolai oktatásra is fókuszál. „Technológiánkkal iskolákban is vizsgálódunk, hogy lássuk, hogyan kezelik a diákok a fizikai problémákat,” mondja. A technológia gyors eredményeket tesz lehetővé, így hamar kiderül, hogy a diákok mennyire értik meg a tananyagot. „Ezzel például diagnosztizálni lehet a sikeres problémamegoldók és kevésbé sikeresek közötti különbségeket, és személyre szabottan támogatni lehet a tanulást,” magyarázza Klein. Ezekben a kutatásokban nemcsak helyi, hanem nemzetközi csoportokkal is együttműködik, hogy elemezzék a fizikai fogalmak tanulásában mutatkozó különbségeket különböző országok között.

Az Eye-Tracking technológia a Kaiserslauterni Egyetem tanárképzési és továbbképzési programjaiban is szerepet kap, például az „U.EDU: Egyesített Oktatás – médiatudatosság a tanárképzés láncolatában” című projekt keretében, amelyet a Szövetségi és Tartományi Kormányok közösen támogatnak a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium finanszírozásával. Az Eye-Tracking laboratórium létrehozását a TUK fiatal kutatóinak támogatására finanszírozták.

Klein a fizika didaktikusa, Prof. Dr. Jochen Kuhn kutatócsoportjával dolgozik, amely közel tíz éve foglalkozik az innovatív tanulási formák kutatásával egyetemi, oktatási és tanárképzési területen. Munkájukban a mai és a jövő digitális médiáit alkalmazzák.

A tanulmány a neves „Physical Review Physics Education Research” szakfolyóiratban jelent meg: „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, és J. Kuhn: DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.14.010116