Utilización de técnicas de seguimiento ocular (eye tracking) en alumnos con problemas de aprendizaje

Transcripción

1 Utilización de técnicas de seguimiento ocular (eye tracking) en alumnos con problemas de aprendizaje Óscar Navarro (1), Ana I. Molina (2), Miguel Lacruz (3), Miguel A. Redondo (2) (1) CP San José de Calasanz C/ Soria. Tomelloso oscarnavarromartinez@gmail.com. (2) Departamento de Tecnologías y Sistemas de Información. Escuela Superior de Informática de Ciudad Real. Universidad de Castilla-La Mancha Paseo de la Universidad, 4. Ciudad Real {AnaIsabel.Molina, Miguel.Redondo}@uclm.es. (3) Departamento de Pedagogía. Facultad De Educación. Universidad de Castilla- La Mancha Ronda de Calatrava, 3. Ciudad Real. Miguel.Lacruz@uclm.es Resumen En los últimos años estamos siendo testigos de la amplia introducción de la tecnología en el ámbito educativo. La utilización de técnicas de seguimiento ocular (eye tracking) está cada vez más extendida en la práctica pedagógica. La presente experiencia fue realizada en el C.E.I.P. Carmelo Cortés de Tomelloso, cuyo objetivo fue analizar distintas configuraciones (formatos) de materiales didácticos, de naturaleza gráfica. Se realizó con seis alumnos, de los cuales tres presentan problemas de aprendizaje y los restantes presentan un rendimiento académico medio. Tras presentarles una ilustración con distintas imágenes en color y blanco y negro, se analizaron las zonas donde fijan su mirada los dos grupos de alumnos. Introducción Desde la implantación de la Ley Orgánica de Ordenación General del Sistema Educativo (L.O.G.S.E.), y seguido por las posteriores reformas educativas, como la Ley Orgánica de Educación (L.O.E.) y la prevista Ley Orgánica para la Mejora de la Calidad de la Educación, el planteamiento educativo de nuestro país ha sufrido grandes evoluciones respecto al ámbito tecnológico. Además de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (T.I.C.) que se han incorporado a la práctica diaria del profesorado y alumnado, podemos destacar otros avances tecnológicos, cuyo importante desarrollo se ha trasladado al ámbito educativo, proporcionando otra dimensión en el proceso de enseñanzaaprendizaje. Aquí es donde enmarcamos la utilización de técnicas de seguimiento ocular (eye tracking). En este trabajo se describe una experiencia de uso de técnicas de eye tracking para estudiar el comportamiento visual de varios alumnos mientras estudian unos materiales educativos de naturaleza gráfica. En la experiencia se presentaron unos contenidos adaptados al segundo nivel del primer ciclo de la Educación primaria, en los que se mezclaron materiales en distintos formatos. En la prueba participaron seis alumnos, pertenecientes a dos categorías. Por un lado se seleccionaron tres alumnos que presentaban un rendimiento académico medio y, por otro lado, tres discentes que presentan problemas de aprendizaje sin estar asociados a una deficiencia concreta. En el resto del artículo se comenta la problemáticas sobre la gran variedad de materiales y formatos que se utilizan en el ámbito educativo, para posteriormente describir los detalles del estudio empírico que se ha llevado a cabo. Por último se especifican las conclusiones extraídas de la práctica realizada. Problemática Un elemento muy relevante en el proceso de enseñanza y aprendizaje de los alumnos es conseguir un alto grado de motivación en la realización de actividades, y así se encuentra

2 fundamentado como uno de los principios de la educación (g) que podemos encontrar en el Artículo 1 de la Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación [1]. En referencia a la función motivadora del profesorado, Martínez-Salanova comenta que sin motivación no hay aprendizaje, y desde este punto de vista, el profesor debe plantearse en su acción motivadora una serie de objetivos, entre los que destacamos que debe suscitar interés [2]. En el mismo sentido, Huertas destaca la forma de estructurar y presentar las tareas como uno de los principios para la organización motivadora que puede ser aplicado por los maestros en el aula [3]. El formato (por ejemplo, el colorido) que podemos encontrar en los materiales que manejan los alumnos puede influir en la motivación del discente en la realización de las actividades, así como en la atención que presta a distintas partes del material. Todo ello influye, en definitiva, en la adquisición de conocimientos. La aparición tanto de imágenes como de textos también puede condicionar la percepción del alumnado, tanto de los que presentan dificultades de aprendizaje, como de los que muestran un rendimiento medio a lo largo de su escolarización. En el proceso educativo se presentan multitud de materiales, tanto impresos como soportados por computador, los cuales, en función de sus características y formato de presentación, pueden favorecer u obstaculizar el aprendizaje por parte del discente. Los docentes debemos tener en cuenta todos estos factores que pueden influir en el proceso de enseñanza del alumno, para establecer los elementos que más favorecen la motivación por parte de los discentes, y que repercutirán en una mejora de la percepción, atención y predisposición hacia el aprendizaje. Estudio empírico Se describen a continuación los detalles de una experiencia realizada en el C.E.I.P. Carmelo Cortés de Tomelloso (Ciudad Real) en colaboración con el grupo de investigación CHICO (Computer Human-Interaction and Collaboration) de la Universidad de Castilla-La Mancha. El objetivo de este estudio empírico fue analizar distintas configuraciones (formatos) de materiales didácticos, de naturaleza gráfica, para lo cual se hizo uso de novedosas técnicas de seguimiento ocular (eye tracking). El concepto de eye-tracking hace referencia a un conjunto de tecnologías que permiten monitorizar y registrar el modo en el que una persona mira una determinada escena o imagen y, en concreto, en qué áreas fija más su atención, durante cuánto tiempo y el orden en el que la explora visualmente. La técnica de eye tracking se ha aplicado en diversas disciplinas y áreas de estudio: el marketing, la publicidad, la evaluación de páginas web, etc. [4]. En los últimos años han tenido un gran desarrollo en el campo pedagógico, en disciplinas como la resolución de problemas, aritmética, alfabetización, etc. [5]. Participantes En el estudio realizado participaron seis alumnos del aula de segundo nivel del primer ciclo de la Educación primaria del C.E.I.P. Carmelo Cortés de Tomelloso (Ciudad Real). Se crearon dos grupos de alumnos (grupos 1 y 2). El grupo1 lo formaban tres alumnos que presentaban problemas de aprendizaje. No tienen ninguna deficiencia concreta, pero sus características personales han provocado que su rendimiento académico resultara bastante deficiente a lo largo de todo el curso, o incluso del ciclo educativo. Los tres restantes han sido

3 enmarcados en el grupo2, y han mantenido un rendimiento académico medio, sin mostrar puntuaciones destacadas ni deficientes. Para el grupo1 se han seleccionado los tres alumnos que reciben refuerzo educativo fuera del aula varias veces a lo largo de la semana. Se decidió esta situación porque al final del curso pasado se observaron deficiencias en su aprendizaje. Los tres tienen un rendimiento muy similar, aunque presentan características distintas. Uno de ellos (al que identificaremos como alumno1) se esfuerza en la realización de tareas un poco más que sus compañeros, pero presenta más problemas para la comprensión de conceptos. Sus otros dos compañeros, a los que haremos referencia como alumno2 y alumno3 asimilan mejor los nuevos aprendizajes, pero su esfuerzo es mucho menor. Los otros tres alumnos del grupo2 fueron seleccionados por la tutora, que ha impartido docencia a lo largo de los dos últimos cursos, por lo que es gran conocedora de su rendimiento académico. De igual forma que el anterior grupo, los tres alumnos muestran un nivel de aprendizaje similar, pero uno de ellos, alumno6, muestra una atención dispersa en ciertos momentos. Materiales de Aprendizaje Respecto a los materiales utilizados en la experiencia, en primer lugar se presenta una imagen con dos partes diferenciadas (Ilustración 1): una de ellas en blanco y negro y otra en color. Las imágenes mostradas fueron seleccionadas de contenidos adaptados al momento evolutivo del alumno, con el lenguaje e imágenes propios de la edad. Hay que hacer referencia a que se han escogido contenidos (relacionados con la temática de las herramientas y las máquinas) que no han sido vistos por los alumnos a lo largo del curso en el libro de la editorial que han seguido. Era importante que no existiera un conocimiento previo de los contenidos a observar, para controlar las variables que puedan proporcionar datos equívocos en función de conocimientos asimilados a lo largo del curso. Ilustración 1. Imagen presentada a los alumnos Equipamiento y dispositivo eye tracking Esta experiencia ha sido realizada en el Aula Althia del centro educativo mencionado anteriormente, con mobiliario adaptado al alumno para interferir lo menos posible en las condiciones de realización de las tareas correspondientes. Esta aula la han utilizado sistemáticamente durante el presente curso y el pasado, y el mobiliario es idéntico al que los discentes tienen en su propia aula de referencia. Para realizar el seguimiento ocular durante la prueba se ha utilizado un equipo de eye tracking (Tobii modelo X60), así como el software Tobii Studio versión 3.0.2, que permite el diseño, realización y posterior análisis de los datos proporcionados por el dispositivo Tobii.

4 Diseño experimental Se muestra un gráfico que describe el diseño del experimento (Ilustración 2). Durante el desarrollo de la prueba se fue citando sucesivamente a los alumnos para que accedieran al aula Althia y después realizaran un cuestionario sobre los contenidos visualizados. Como se indicó, los seis alumnos fueron seleccionados por la tutora y el profesor de apoyo, todos varones. Tres presentaban problemas de aprendizaje. Y los restantes han mantenido un rendimiento académico medio a lo largo del ciclo según el criterio de la tutora. En la fase de intervención los alumnos visualizaron en la pantalla de un computador, al que se acopló el dispositivo eye tracking, dos imágenes en las que se definen herramientas y máquinas que utilizan los seres humanos. Ilustración 2. Diseño del experimento Para el estudio por parte de los discentes de los materiales suministrados no existía limitación de tiempo. Antes de estudiar los materiales fue necesario realizar la calibración del dispositivo eye tracking, lo cual se hizo de forma satisfactoria. Una vez visualizados los materiales, los alumnos pasaban a cumplimentar el post-test, que permitía valorar los aprendizajes conseguidos. Hipótesis de investigación Las hipótesis que se planteaban en esta experiencia son las siguientes: H1: Los alumnos del grupo1 centran su mirada en zonas distintas a los del grupo2. o H1.1: Los alumnos del grupo1 centran más su mirada en imágenes que en el texto. o H1.2: Los alumnos del grupo1 centran más su mirada en las imágenes coloreadas que en las imágenes en blanco y negro. H2: El grupo2 obtiene mejores resultados en la realización del test posterior. Resultados El proceso de calibración del dispositivo fue muy satisfactorio con todos los alumnos. El porcentaje osciló entre los valores de 91% a 95% (alumno3 91%, alumno2 e alumno1 92%, alumno4 93% y alumno5 95%), excepto el alumno6, con 84%. Este proceso permitió a los alumnos, además de calibrar su mirada, hacer un primer contacto con la máquina y familiarizarse con el entorno y las personas que estuvieron presentes durante la prueba. Grupo1 Grupo2 alumno1 50,5s alumno4 56,8s

5 En la Tabla 1 se puede apreciar el tiempo permanecido por cada sujeto manteniendo la mirada en la pantalla, antes de que decidiera finalizar el tiempo dedicado a visualizar y estudiar los materiales docentes suministrados por parte de los dos grupos de alumnos. Los alumnos con problemas de aprendizaje (grupo1) han alumno2 alumno3 X 46,2s 58,7s 51,8s alumno5 alumno6 X 85,6s 76,0s 72,8s dedicado una cantidad de tiempo al estudio considerablemente menor. Tal vez sea reseñable una menor duración del tiempo dedicado por alumno4, muy inferior a sus otros dos compañeros del grupo2. Tabla 1. Tiempo dedicado por alumno El software Tobii Studio permite crear un tipo de representación llamada mapa de opacidad (Ilustración 3), en los que se puede ver la zona de la imagen que es atendida e ignorada por el sujeto. Analizando dicha representación se observa que como tónica general, los discentes fijaron su mirada en mayor medida en los textos que en las imágenes, y más aún en las de blanco y negro. En este aspecto, los alumnos del grupo1 mantienen una mayor fijación (atención) en los nombres de las imágenes, algo que sigue en la misma línea en el grupo2, que tiene un rendimiento académico medio. Sin embargo es reseñable que la definición que hay debajo de las Ilustración 3. Mapas de opacidad imágenes de las máquinas y las herramientas es más atendida (visualizada durante más tiempo) por los alumnos del grupo2, y apenas por el grupo1. De éste último destacamos al alumno2, que no sigue este patrón y mantiene la mirada mucho más en estas leyendas que en las imágenes y sus nombres, al igual que el otro grupo. Otra representación suministrada por el software de análisis Tobii Studio es el llamado mapa de calor (Ilustración 4). En él podemos observar, además de las zonas donde fijan más la mirada los alumnos (resaltadas en color rojo), el tiempo que la mantienen. Así percibimos que el alumno3 y alumno1 (grupo1) atienden durante un periodo mayor los nombres de los dibujos. Si comparamos ambos grupos, la Ilustración 4. Mapas de calor principal características es que el grupo1 se fija más veces y durante más tiempo en los nombres de las imágenes en blanco y negro. Apenas se fijan en las definiciones, al contrario que en grupo2, que mantiene su atención más prolongadamente en las definiciones que aparecen en la parte inferior de las imágenes y más concretamente en la parte izquierda de dichas definiciones.

6 Curiosamente en ambos casos, a las imágenes en color se les ha prestado menos atención, y menos aún según se desplazaban a la derecha. El reloj y el coche (ambos rojos, de un color llamativo) han recibido muy poca atención, y menos por parte del grupo2. Los tres alumnos del grupo1 miraron fuera de las imágenes en alguna ocasión, mientras que en el grupo2 sólo sucedía con el alumno6 una única vez. Este alumno, además, mira repetidas veces a cada zona sin fijar la mirada durante mucho tiempo. Los alumnos de ambos grupos no siguen unos patrones generales a la hora de mantener la secuencia de seguimiento de la mirada. Dos discentes del grupo1, alumno2 y Grupo1 Grupo2 alumno1 1,5 alumno4 1,75 alumno2 1,75 alumno5 2,25 alumno3 1,75 alumno6 3 X 1,66 X 2,33 Tabla 2. Puntuación obtenida en el post-test alumno3, cambian muchas veces su mirada de un lado a otro de la imagen. Su compañero alumno1, sigue un modelo más metódico y mantiene fijaciones más duraderas y cercanas unas de otras. Ese mismo patrón es seguido por dos alumnos del grupo2, alumno4 y alumno5. El compañero restante de este último grupo, alumno6, mantiene un modelo más similar a los dos primeros, alumno2 y alumno3. En cuanto a la zona en la que fijan la mirada en primer lugar, en los seis casos los alumnos comienzan la exploración visual en la parte central de la imagen, justo en el centro, en la batidora o la palanca, sin realizar ninguna distinción entre grupos. Por último, mostramos en la Tabla 2 los resultados obtenidos por los alumnos en el post-test realizado inmediatamente después de visualizar la imagen. El rendimiento de los alumnos del grupo2 es superior al del grupo1. Sin embargo señalamos el resultado de alumno4, idéntico al de dos de los compañeros con problemas de aprendizaje y muy similar al restante. Discusión y conclusiones Una vez que se han analizado los resultados obtenidos, pasamos a interpretarlos y testear las hipótesis planteadas al principio del artículo. Respecto a la primera de las hipótesis, la cual hacía referencia a que cada grupo de alumnos centra su mirada en zonas distintas, podemos afirmar categóricamente que es así. Sin embargo, no se cumple exactamente cómo se preveía, pues las hipótesis H1.1 y H1.2 se referían a que los alumnos centran su mirada más en las imágenes que en el texto, y que fijaban la vista en mayor medida en las imágenes coloreadas que en las que están en blanco y negro. No sólo no se cumple, sino que se produce exactamente lo contrario. Las imágenes apenas reciben la atención perceptiva de los alumnos de ambos grupos, se fijan mucho más en el texto, e incluso si nos limitamos a observar las imágenes de ambos lados, tienden a posar la mirada en las imágenes en blanco y negro. En cuanto a la diferencia entre ambos grupos, en el apartado anterior se hizo referencia a que el grupo2 pone más atención en la definición y realizan un seguimiento más rápido. Además se distraen menos en zonas de escasa relevancia. Respecto a la segunda hipótesis, concluimos que ésta se verifica, pues el grupo2 obtiene mejores resultados (con una puntuación de 2,33 sobre 3) que el grupo1 (1,66 sobre 3). Esto puede ser debido a que se ha verificado a lo largo de todo el ciclo un mayor rendimiento, y/o que han mantenido la atención en la imagen durante más tiempo (más de 70 segundos de

7 media, frente a poco más de 50). Es reseñable el caso de alumno4, que ha obtenido unos resultados semejantes a los alumnos del grupo1, pero igualmente ha mantenido la mirada una duración similar, tal vez por eso el rendimiento es menor a sus compañeros de grupo. Agradecimientos Los autores quieren agradecer a los alumnos seleccionados, a la tutora de 2º y al equipo directivo del CEIP Carmelo Cortés, así como al grupo de investigación CHICO, Escuela Superior de Informática de Ciudad Real (UCLM) toda la ayuda ofrecida. Referencias bibliográficas Huertas, J.A. (1996), Motivación en el aula y Principios para la intervención motivacional en el aula, en: Motivación. Querer aprender, Aique, Buenos Aires. [3] Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación. [1] Martínez-Salanova Sánchez, E. (1999): «Planificación, programación y evaluación de los procesos de enseñanza-aprendizaje». Edita Facep, Federación Andaluza de Centros de Estudios Privados. [2] Mealha, O., Veloso, A., Almeida, S. (2012), Eye Tracking Data Representation and Visualization: on Information and Communication studies at CETAC.MEDIA, Journal of Eye tracking, Visual Cognition and Emotion, Vol. 0, No. 2. [4] Tsai, M., Hoy, H., Lai, M., Liu, W., Yang, F. (2012), Visual attention for solving multiplechoice science problem: An eye-tracking analysis, Journal Computers & Education, Volume 58, January, 2012 Pages [5] VVAA (2011), Manual de Usuario Tobii T60 & T120 Eye Tracker. Revisión 4. Trabajo publicado originalmente en: Navarro, J; Fernández, Mª.Tª; Soto, F.J. y Tortosa F. (Coords.) (2012) Respuestas flexibles en contextos educativos diversos. Murcia: Consejería de Educación, Formación y Empleo.