Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Комплексный подход к объективной оценке уровня сформированности компетенций в условиях цифровой образовательной среды. Монография
.pdf
3.2. Алгоритмы и методы оценки умений
На основании поведенческих и электрофизиологических
параметров можно сделать вывод, что в решении образовательных задач разной сложности задействован сходный набор когнитивных процессов: рабочая память, долговременная
память, произвольное внимание и когнитивный контроль.
Основные различия между задачами были количественными и связаны с неодинаковым вкладом указанных процессов
в их выполнение.
При решении независимо от типа задач происходил распад фоновой картины активации, снижение фоновых значений для достижения оптимального для задачи уровня общей
активации.
Выделение тета-диапазона как доминирующего при решении сложных задач наряду со снижением альфа-частот
отражало основное вовлечение в данной группе кортикогиппокампальной системы.
Сохранение сходной картины для ситуационной и компетентностной задач предполагает сбалансированную активацию данных модулирующих систем, а также системы поддержания общего бодрствования (Champod, Petrides, 2010; Panda
et al., 2014), которая позволяла оптимально справляться с задачами за счет изменения текущего уровня активированности
системы рабочей памяти (Greicius et al., 2009; Johnson et al.,
2012; Panda et al., 2014; D’Esposito, Postle, 2015; Kim et al.,
2015, 2016).
Наблюдаемая при неуспешном решении для всех заданий
и при успешном решении сложных заданий синхронизация
альфа-диапазона свидетельствует о появлении нисходящего
тормозного контроля со стороны лобных структур (Костандов,
Черемушкин, 2013), характерного при усложнении задач.
Сходная динамика тета- и альфа-частот, показанная для
всех задач, могла отражать ситуативную трудность задания
и низкий уровень самоподготовки. Вероятно, это может быть
связано со снижением ресурсов рабочей памяти, а именно скорости обработки информации в ее вербальном компоненте
(Aguirre-Pérez et al., 2007).
Сходная направленность изменений тета- и альфа-диапазонов независимо от задачи и этапа решения создавала основу для последовательного кодирования информации, актива-
101
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
ции рабочей памяти и ее взаимодействия с долговременной
(Rodriguez, Paule, 2009; Jensen, Lisman, 2005; Bastiaansen,
Hagoort, 2006; Engel, Fries, 2010), поддержанием текущей
сенсомоторной интеграции, когнитивного напряжения и поведенческого контроля деятельности. Сложные точные действия по решению компетентностных задач, а также извлечение их результатов из вербальной памяти требуют активации языковых структур (Micheloyannis et al., 2005; Grabner,
De Smedt, 2012), что также способствует возрастанию нагрузки на фонологический компонент рабочей памяти и модуляции влияния сложности задачи на точность решения (Foley
et al., 2017). Поэтому усиление тета-синхронизации является
достоверным признаком активации кортико-гиппокампальной
системы, и также отражает кодирование новой информации
и темп обучения (Pignatelli et al., 2012; Moisello et al., 2013).
Противоположная динамика альфа- и тета-синхронизации
отражала неодинаковое вовлечение модулирующих систем
в обеспечение общей активации коры при решении образовательных задач с разной успешностью. Наряду с изменениями временных параметров это могло отражать разное вовлечение различных алгоритмов деятельности в двух группах,
связанное с активацией кортико-гиппокампальной и фронтоталамической систем (Костандов, Черемушкин, 2013; Stavros
et al., 2017). Успешное решение сопровождалось десинхрони- al., 2017). Успешное решение сопровождалось десинхрони-al., 2017). Успешное решение сопровождалось десинхрони-., 2017). Успешное решение сопровождалось десинхронизацией в связанных с задачей областях коры, тогда как неуспешное – с неспецифическим повышением уровня синхронизации активности.
Общее снижение выраженности тета- и альфа-частот при
успешном решении отражало перераспределение когнитивных ресурсов между целевой и добавочной видами деятельности (Moisello et al., 2013). Напротив, усиление альфа-частот
при неуспешном решении отражало активный нисходящий
тормозный контроль для вытормаживания ситуативно не значимой деятельности и активный внутрикорковый контроль
во время манипуляций информацией (Moisello et al., 2013).
Доминирование тета- и дельта-частот при неуспешном выполнении задач, а также значимая альфа-синхронизация показывали дефицит когнитивных ресурсов для решения задачи ввиду ее сложности. Увеличение дельта-активности в лобных об-
102
3.2. Алгоритмы и методы оценки умений
ластях отражало вовлечение системы произвольного внимания и подавление париетальных механизмов непроизвольного
(Panda et al., 2014).
Снижение спектральной мощности альфа-диапазона при
успешном решении способствует увеличению активации
кортико-гиппокампальной системы (Костандов, Черемушкин,
2013). Напротив, выраженная альфа-синхронизация при неуспешном решении отражала дефицит ресурсов для решения
задачи ввиду ее сложности (Basar et al., 2001), и наблюдалась
активация фронто-таламической системы, что вело к снижению активности кортико-гиппокампальной системы и уменьшению пластичности когнитивных функций (Костандов, Черемушкин, 2013; Grabner, De Smedt, 2012; Morillas-Romero
et al., 2015).
Десинхронизация альфа-активности в левой теменной коре
при успешном решении и ее выраженная синхронизация при
неуспешном также отражала разный уровень интенсивности извлечения данных из долговременной памяти (Harmony
et al., 1999; Mizuhara et al., 2005; Dombrowe, Hilgetag, 2014).
Наряду с этим дельта-синхронизация в большинстве областей
коры отражала модуляцию активности систем произвольного
и непроизвольного внимания в сторону доминирования произвольного (Stavros et al., 2017).
Таким образом, различия изменений в тета- и альфадиапазонах при успешном и неуспешном решении отражали разнонаправленную деятельность общемозговых
интегрирующих систем – кортико-гиппокампальной, фронтоталамической и таламо-париетальной.
При неуспешном решении синхронизация во всех исследуемых диапазонах на всех этапах решения позволяет предполагать равное вовлечение кортико-гиппокампальной, фронтоталамический и таламо-париетальной систем, степень активации которых была выше, чем в группе успешных студентов.
В целом при неуспешном решении образовательных задач
значения спектральной мощности тета- и альфа-диапазонов
превышали таковые при успешном в 2,5 раза. Для дельтадиапазона различия были связаны с теменно-затылочными
областями, где значения спектральной мощности ЭЭГ также
были выше при неуспешном решении.
103
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
На основании этого можно предполагать, что успешные
участники характеризовались большей фоновой устойчивостью, тогда как неуспешные – несбалансированным уровнем активации. В состоянии покоя наибольшая спектральная
мощность была у альфа-диапазона, что отражает характер поведенческой реакции организма и дальнейшее успешное решение когнитивной задачи. Реакция альфа-синхронизации в задних областях коры может быть связана с ролью в сенсорной
обработке стимула при выполнении простых и на начальных
этапах решения сложных задач.
Анализ специфики решения двух задач внутри групп показал, что основные различия наблюдали между успешным
и неуспешным выполнением образовательных задач в более
низких значениях СМ ЭЭГ дельта-, тета- и альфа-частот при
эффективном решении. При неуспешном решении всего блока заданий значения спектральной мощности диапазонов ЭЭГ
были выше во всех диапазонах. Это позволяет связывать динамику изменений с принятием решения, произвольным вниманием (Айдаркин и др., 2017; Basar et al., 2001, 2015; Gulbi-Basar et al., 2001, 2015; Gulbi- et al., 2001, 2015; Gulbi-et al., 2001, 2015; Gulbi- al., 2001, 2015; Gulbi-al., 2001, 2015; Gulbi-., 2001, 2015; Gulbi-Gulbinaite et al., 2014; Güntekin, Basar, 2015).
Наблюдаемая наряду с этим тета-синхронизация также отражала сложность задачи, интенсивную модификацию информации в рабочей памяти (De Smedt et al., 2009) и взаимодействие рабочей и долговременной памяти (Nagy et al., 2004;
Micheloyannis, 2005; Aguirre-Pérez et al., 2007; Postle et al.,
2003; Baddeley et al., 2010). Доминирование тета- и дельтачастот при неуспешном выполнении задач, а также значимая
альфа-синхронизация отражали дефицит когнитивных ресурсов для решения задачи ввиду ее сложности. Увеличение
дельта-активности в лобных областях отражало вовлечение
системы произвольного внимания и подавление париетальных
механизмов непроизвольного (Panda et al., 2014). Можно предполагать разную степень его вовлечения в двух группах. Также большая выраженность дельта- и тета-синхронизации при
неуспешном решении отражала ситуативную трудность задания и низкий уровень самоподготовки. Вероятно, это может
быть связано со снижением ресурсов рабочей памяти, а именно скорости обработки информации в ее вербальном компоненте (Aguirre-Pérez et al., 2007; Baddeley et al., 2010, 2011).
104
3.2. Алгоритмы и методы оценки умений
Поскольку активация ЭЭГ в тета- и альфа-частотах и их соотношение рассматривается как коррелят усвоения и использования стандартных образовательных правил (De Smedt
et al., 2009; Skrandies, Klein, 2015), локализация основных различий между процессами решения заданий с разной
успешностью в центро-париетальной коре левого полушария
подтверждает связь данной области с самим процессом обучения вербальным навыкам, вовлечением системы рабочей памяти и актуализацией освоенной ранее информации (Carreiras
et al., 2009; Angel et al., 2010; Mayer et al., 2010; van Kesteren
et al., 2014; Skrandies, Klein, 2015; Kim et al., 2015, 2016).
Начальные стадии обработки данных связаны с увеличением
синхронизации тета- и альфа-диапазонов (Mayer et al., 2010;
Panda et al., 2014; Kim et al., 2015, 2016), что наблюдали при
выполнении первого этапа для всех типов образовательных заданий независимо от уровня успешности. Это связано со смещением фокуса внимания от восприятия условия к решению
задания (Basar et al., 2001, 2015; Dombrowe, Hilgetag, 2014).
Поскольку в области фокуса максимальной выраженности
в трех диапазонах, связанной с основными различиями между
успешным и неуспешным решением, проецируется активация
передней цингулярной коры, связанной с детекцией ошибок
(Yeung et al., 2004; Hirsh, Inzlicht, 2010; Luft, 2014; Rütsche
et al., 2015), можно предполагать, что количественные раз- al., 2015), можно предполагать, что количественные раз-al., 2015), можно предполагать, что количественные раз-., 2015), можно предполагать, что количественные различия между успешным и неуспешным выполнением образовательных задач связаны с самостоятельной оценкой правильности данного ответа. С этой позиции уровень активации
левой теменно-затылочной области может расцениваться как
прогностический признак степени сформированности компетенции, так как отражает механизмы когнитивного контроля (Phillips, 2005; Hirsh, Inzlicht, 2010; Desmet et al., 2012).
Это также отражало индивидуальные попытки ускорения выполнения образовательной задачи (Rypma et al., 2006, Panda
et al., 2014; Kim et al., 2015, 2016). Взаимодействие тетаи альфа-диапазонов создает основу для последовательного кодирования информации, активации рабочей памяти и ее взаимодействия с долговременной (Rodriguez, Paule, 2009; Jensen,
Lisman, 2005; Bastiaansen, Hagoort, 2006; Engel, Fries, 2010),
поддержанием текущей сенсомоторной интеграции, когнитив-
105
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
ного напряжения и поведенческого контроля деятельности.
Сложные точные действия по решению компетентностных задач, а также извлечение их результатов из вербальной памяти
требуют активации языковых структур (Micheloyannis, 2005;
De Smedt et al., 2009), что также способствует возрастанию нагрузки на фонологический компонент рабочей памяти и модуляции влияния сложности задачи на точность решения (Foley,
2017; Vallée-Tourangeau, 2016).
Доказано, что основную роль в генерации корковых ответов играют гиппокампально-кортикальные взаимосвязи стволовой ретикулярной формации и зон коры, а также таламокортикальные петли (Basar et al., 2001, 2015). Отсюда усиле-Basar et al., 2001, 2015). Отсюда усиле- et al., 2001, 2015). Отсюда усиле-et al., 2001, 2015). Отсюда усиле- al., 2001, 2015). Отсюда усиле-al., 2001, 2015). Отсюда усиле-., 2001, 2015). Отсюда усиление тета-синхронизации является достоверным признаком активации кортико-гиппокампальной системы и отражает кодирование новой информации и темп обучения (Moisello et al.,
2013).
При успешном решении происходил распад фоновой картины активации, снижение фоновых значений и их перераспределение для достижения оптимального для задачи уровня общей активации. Выделение тета-диапазона как доминирующего при решении сложных задач наряду со снижением
альфа-частот отражало основное вовлечение в данной группе
кортико-гиппокампальной системы. Сохранение сходной картины для ситуационной и компетентностной задач предполагает сбалансированную активацию данных модулирующих
систем, а также системы поддержания общего бодрствования
(Champod, Petrides, 2010; Panda et al., 2014), которое позволяло оптимальным образом справляться с задачами за счет изменения текущего уровня активированности системы рабочей
памяти (Greicius et al., 2009; Johnson et al., 2012; Panda et al.,
2014; Kim et al., 2015, 2016; D’Esposito, Postle, 2015).
Вследствие этого можно утверждать, что при формировании адекватного задаче уровня общей активации коры, необходимого для успешного формирования образовательной компетенции, происходит доминирующее вовлечение
кортико-гиппокампальной системы при сбалансированной активации остальных модулирующих систем. С этой позиции
при неуспешном решении достигаемый уровень общей активации коры не позволяет выполнять деятельность с должным
106
3.2. Алгоритмы и методы оценки умений
уровнем качества, что позволяет предполагать несбалансированную сильную активацию модулирующих систем.
Очевидно, что разнонаправленное вовлечение данных модулирующих систем способствует формированию требуемого для
оптимального решения образовательных задач уровня функциональной активации коры и подкорковых структур (Evans,
Federmeier, 2007; Mayer et al., 2010; Panda et al., 2014; Kim
et al., 2015, 2016). Формирование основного фокуса именно
в левой теменно-затылочной области связано с большим вовлечением системы абстрактного анализа при любом виде вербальных образовательных задач (Marsolek et al., 2002).
Полученные результаты характеризуют индивидуальные
особенности выполнения образовательных задач в двух группах участников с высоким и низким качеством деятельности.
Выявленные различия, вероятно, связаны с большим количеством других психофизиологических характеристик – уровня
текущего функционального состояния, ситуативной мотивации, а также индивидуального уровня сформированности знаниевого компонента образовательной компетенции.
Разработка методов оценки когнитивных процессов
при выполнении тестов закрытого и открытого типа
Тип и особенности функционирования когнитивных процессов студента рассматриваются как фактор, определяющий
индивидуальный подход к формированию образовательной
траектории, способу и уровню оценивания знаний и, в итоге,
формированию компетенций разного уровня. В рамках подобного подхода производится диагностика исходного состояния
обучающихся, выбор оптимальной системы обучения и ее содержания. В результате, помимо собственно формирования
компетенции, происходит управление когнитивным развитием студента (Толмачева, 2015).
Учет когнитивных показателей позволяет оценить прочность формирования образовательных компетенций, уровень
усвоения знаний, вероятность плагиата и т. д., а также судить
о вкладе различных когнитивных процессов. Для выполнения
образовательных задач основными когнитивными функциями
будут произвольное внимание, рабочая память, долговременная память. При этом необходимо учитывать невозможность
107
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
раздельного оценивания каждого из когнитивных процессов
ввиду тесного перекрывания и взаимодействия задействованных нейросетей, сходной динамики поведенческих коррелятов. Поэтому при оценивании когнитивных процессов следует говорить о доминирующем вкладе, но не единственном влиянии.
Рабочая память является базовой когнитивной способностью, уровень развития которой критичен для становления
процессов обучения, мышления и речи (Rypma et al., 2006;
D’Esposito, Postle, 2015; Postle et al., 2003; Bayliss et al.,
2005; Klingberg et al., 2002; Dumontheil, Klingberg, 2012;
Darki, Klingberg, 2015; Trezise, Reeve, 2014). Роль рабочей па-
мяти как когнитивного процесса связана с необходимостью
сохранения содержания задачи, промежуточного и итогового варианта ответа независимо от ее сложности и содержания
(Baddeley et al., 2011; Zago et al., 2001; Passolunghi, Siegel,
2001; Swanson, 2006). Уровень загруженности рабочей памяти не коррелирует со способом представления задания, его содержанием и зависит от способа представления числовой информации (Swanson, 2006), а также определяется сложностью
задачи (Fürst, Hitch, 2000; Seitz, Schumann-Hengsteler, 2002;
De Rammelaere et al., 2001; De Rammelaere, Vandierendonck,
2002) и стратегией ее решения (Hecht, 2002). При этом ресурсы рабочей памяти распределяются между выбором стратегии
решения задачи, ее применением, сохранением условия задания и промежуточных вариантов ответа (Imbo et al., 2007).
Один из компонентов рабочей памяти – центральный исполнительный компонент – связан с координацией частей системы рабочей памяти, фильтрацией и ингибированием неактуальной информации, контролем когнитивных процессов, координацией одновременного выполнения набора задач
и переключения между ними (Baddeley, 2003; Baddeley et al.,
2010 и др.), сохранением промежуточных результатов обработки информации (Imbo et al., 2007). Именно данный компо-et al., 2007). Именно данный компо- al., 2007). Именно данный компо-al., 2007). Именно данный компо-., 2007). Именно данный компонент координирует поиск информации в долговременной памяти (Imbo et al., 2007), обеспечивая их согласованную ак-et al., 2007), обеспечивая их согласованную ак- al., 2007), обеспечивая их согласованную ак-al., 2007), обеспечивая их согласованную ак-., 2007), обеспечивая их согласованную активацию, а также взаимодействие с системой произвольного
внимания (Baddeley, 2003). За счет взаимодействия систем рабочей и долговременной памяти с произвольным вниманием
108
3.2. Алгоритмы и методы оценки умений
происходит осознание информации (Baddeley, 2003) и ее интеграция, обеспечивающая протекание когнитивных процессов
с фокусировкой внимания (Baddeley et al., 2010).
Для разработки методов и способов оценки вклада различных когнитивных функций в формирование компетенций необходим учет поведенческих показателей. В связи с этим в качестве основных параметров, оцениваемых в реальной образовательной среде, будет время выполнения каждого тестового задания или вопроса контрольной работы, качество работы,
время нахождения на каждом этапе тестирования и число переключений между ними.
Сложность оценки набора и вклада когнитивных процессов (о которых в современной литературе судят, прежде всего,
по результатам психофизиологического тестирования с применением методов ЭЭГ-диагностики) связана с недопустимостью каких-либо вмешательств в реальный образовательный
процесс, способных ухудшить результативность формирования компетенций. При этом чем сложнее задача, тем более
сильное отрицательное влияние оказывает добавочная задача,
особенно в ситуации, когда добавочные задачи требуют привлечения дополнительных ресурсов внимания (Verner et al.,
2013).
В связи с этим разработка когнитивных критериев может
идти с трех позиций:
1. Разработка модели выполнения образовательной задачи
на примере интеллектуальной задачи с заданным алгоритмом
решения и известными психофизиологическими коррелятами.
В качестве модели такой деятельности оптимально использование математической задачи разного уровня сложности.
2. Разработка модели реального образовательного процесса в условиях психофизиологического эксперимента. В данном случае происходит моделирование выполнения образовательных задач разного содержания и уровня сложности при
регистрации и анализе ЭЭГ.
3. Экстраполяция полученных критериев и тенденций
на данные о времени и качестве решения реальных образовательных задач, полученных с использованием метода оценки
бюджета времени, и разработка критериев оценивания.
109
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
Для выяснения когнитивных процессов, задействованных
в выполнении образовательной деятельности, необходимо проведение серии психофизиологических экспериментов для поиска коррелятов поведенческих параметров и характеристики
ЭЭГ-активности, связанной с реализацией различных когнитивных функций.
Для образовательных задач предполагается активное вовлечение ассоциативной сети, обеспечивающей запоминание вербальной информации, ее извлечение из долговременной памяти и сохранение в рабочей (Kaufmann et al., 2004). С позиции
соотношения видов памяти процесс обучения на уровне бакалавриата (закрытые тесты и ситуационные задача) происходит за счет перехода от манипулирования новой информацией
в рабочей памяти к решению путем извлечения эталонного ответа из долговременной памяти (Rickard, 2004; Berger, 2011;
Thevenot et al., 2011; D’Eredita, Hoyer, 2010; Walker et al.,
2014). При этом происходит адаптация под задачу, формирование новых стратегий и их оптимальное применение в новой ситуации (Lemaire, Siegler, 1995; D’Eredita, Hoyer, 2010;
Walker et al., 2014). Высокий уровень навыка связан с поисковой стратегией, а низкий – с процедурной (Dehaene et al.,
2003; Thevenot et al., 2007; Núñez-Peña et al., 2011 è äð.).
Для всех заданий были выделены следующие параметры
оценки выполнения реальной образовательной деятельности:
– Время ответа на один вопрос теста, ситуационной или
компетентностной задачи.
– Правильность ответа.
– Количество этапов при решении каждого типа задач.
– Длительность этапов при решении каждого типа задач.
Для ситуационной и компетентностных задач, требующих
формулировки и набора текстового ответа в дополнение к указанным, были выделены два параметра:
– Количество использованных терминов при выполнении
ситуационных и компетентностях задач (в %) от определенных преподавателем.
– Количество символов, использованных при наборе ответа.
Ввиду обособленного положения тестов закрытого типа
и их наибольшего сходства с моделируемой математической
задачей, данный тип заданий рассматривался отдельно. Кро-
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]