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
Помимо разного вклада полушарий в обработку образовательных задач, различным является также время сохранения информации в памяти, возникающее из-за исходно асимметричного протекания процессов запоминания/забывания,
а также взаимного влияния асимметрии разных видов (Evans,
Federmeier, 2007).
При кодировании и извлечении вербальной учебной информации из памяти происходит совместная зависимая активация дорсолатеральной префронтальной коры и цингулярной коры, более выраженная при припоминании результатов
в сравнении с запоминанием новой информации. Данная ситуация имеет обратную зависимость от уровня образования:
при переходе от школьного курса к университетскому активация префронтальной и цингулярной коры снижается (Panda
et al., 2014).
Вторая сеть, связанная с обеспечением спокойного бодрствования, активируется во время спокойного бодрствования
и деактивируется при активном решении задач (Panda et al.,
2014). Данная сеть включает в себя комплекс функционально связанных областей, такие как медиальная префронтальная кора, задняя поясная извилина, латеральная и медиальная височная доля и задняя нижняя теменная доля (Greicius
et al., 2009; Johnson et al., 2012; Panda et al., 2014). Данная
сеть спокойного бодрствования меняет свою конфигурацию
при активации рабочей памяти и выступает как предиктор эффективности манипулирования информации в ней (D’Esposito,
Postle, 2015; Panda et al., 2014; Kim et al., 2015, 2016).
Отрицательная корреляция между регионами, входящими
в данную сеть и активируемыми во время выполнения образовательной задачи, позволяет предполагать, что данная корреляция отражает требования когнитивной задачи и уровня
ее сложности к когнитивным ресурсам и активации специфичных нейросетей (Sala-Llonch et al., 2012; Kim et al., 2015,
2016). Отрицательная корреляция уровня активности сети
спокойного бодрствования при кодировании информации
и ее извлечении из памяти проявляется в виде измерения вовлеченности цингулярной коры и является способом облегчения выполнения сложных задач (Panda et al., 2014).
71
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
Конкурентная активация сетей спокойного бодрствования
и активного решения отражает разные процессы. Активация
цингулярной коры связана прежде всего с манипулированием новой информацией, тогда как активация сети спокойного
бодрствовании связана с мониторингом усвоенных ранее данных (Champod, Petrides, 2010; Panda et al., 2014) и уровнем
ситуационной загруженности рабочей памяти (Panda et al.,
2014).
Очевидно, что разнонаправленное вовлечение указанных
нейросетей приводит к формированию требуемого для оптимального решения вербальной задачи уровня функциональной активации коры и подкорковых структур (Evans, Feder-Evans, Feder-, Feder-Federmeier, 2007; Mayer et al., 2010; Panda et al., 2014; Kim et al.,
2015, 2016). Известно, что в ходе образовательного процесса вербальная и образные системы работают параллельно, независимо от содержания задачи. Однако в левом полушарии
абстрактная подсистема работает более эффективно, чем конкретная; в правом полушарии наблюдается противоположная
ситуация (Marsolek et al., 2002).
Решение задач, требующих активации систем произвольного внимания и включения систем словесной обработки, сопровождается затормаживанием структур правого полушария, а именно средне-теменной и височно-теменной областей. Напротив, решение задач, связанных с рабочей памятью и требующих запоминания вербальной информации, приводит к деактивации левой вентролатеральной и медиальной
префронтальной коры, а также левой теменной коры (Evans,
Federmeier, 2007; Panda et al., 2014). Это связано с подавлением париетальных механизмов внимания, приводящих к снижению взаимодействия префронтальной коры и гиппокампа
(Panda et al., 2014).
Кодирование информации и ее запоминание сопровождаются активацией различных областей префронтальной коры
и гиппокампа. Кодирование новой информации требует активации вентролатеральной префронтальной коры и переднего
гиппокампа, тогда как извлечение усвоенной ранее информации – дорсолатеральной и передней префронтальной коры, заднего гиппокампа и парагиппокампальной извилины (Prince
et al., 2005; Panda et al., 2014).
72
3.2. Алгоритмы и методы оценки умений
Увеличение темпа образовательной деятельности связано
со смещением активации в теменные области и меньшим вовлечением префронтальной коры; индикатором также является уровень когерентности данных областей (Rypma et al.,
2006; Panda et al., 2014; Kim et al., 2015, 2016). Решение задач при низком уровне самоподготовки сопровождается усилением дельта- и тета-колебаний в передних областях, что логично коррелирует с высоким процентом ошибочных ответов.
При отсутствии различий во времени выполнения заданий
это связывается авторами со снижением ресурсов рабочей памяти, а именно скорости обработки вербальной информации
(Aguirre-Pérez et al., 2007).
Освоение новых знаний приводит к усилению асимметрии
в теменной области в тета-частотах (Angel et al., 2010). Акти-Angel et al., 2010). Àêòè- et al., 2010). Àêòè-et al., 2010). Àêòè- al., 2010). Àêòè-al., 2010). Àêòè-., 2010). 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), тогда как увеличение доли альфа- и бета-частот
в спектре отражало усложнение задачи (Skrandies, Klein,
2015). При этом наиболее чувствительным маркером считается именно тета-активность, изменения в которой начинаются спустя 100 мс после предъявления задания при его визуальном представлении (Skrandies, Klein, 2015). Изменения
в тета-частотах связывают с вовлечением рабочей памяти, тогда как альфа-синхронизацию – с реактивацией долговременной памяти (Skrandies, Klein, 2015). Добавочная поздняя ак-Skrandies, Klein, 2015). Добавочная поздняя ак-, Klein, 2015). Добавочная поздняя ак-Klein, 2015). Добавочная поздняя ак-, 2015). Добавочная поздняя активация лобных структур связывается с самопроверкой (Angel
et al., 2010).
По данным ЭЭГ, со стадией запоминания вербальной информации положительно коррелирует увеличение значений
спектральной мощности тета- и альфа-диапазонов в задней париетальной и цингулярной коре, тогда как со стадией ее первичной обработки – увеличение значений быстрых бета-частот
в передних областях (Mayer et al., 2010; Panda et al., 2014;
Kim et al., 2015, 2016). Для лобного тета-диапазона показана отрицательная обратная связь с принятием ошибочного решения, тогда как для бета-диапазона показано увеличение частоты колебаний (Luft, 2014), и выраженность данной динамики прямо пропорциональна вероятности самостоятельного
73
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
обнаружения и исправления ошибки (Luft, 2014; Skrandies,
Klein, 2015).
В лобном тета-диапазоне отражаются исполнительные когнитивные процессы, которые необходимы для обучения, они
выше у студентов с высокой успеваемостью (Luft, 2014) и являются прогностическим критерием корректирующих действий в процессе обучения (van de Vijver et al., 2014; Luft,
2014; Skrandies, Klein, 2015). Корреляция между отдаленными областями мозга также является прямым прогностическим
коррелятом успешности освоения учебной информации (van
de Vijver et al., 2014; Skrandies, Klein, 2015).
Тета-синхронизация связывается с кодированием новой информации в семантической памяти, тогда как альфадесинхронизация – с активацией следов памяти и доступом к информации, изученной ранее (Klimesch et al., 2011;
Moisello et al., 2013). Изменение лобного тета-диапазона также положительно коррелирует с результатом обучения при
наличии жесткого условия задачи и алгоритма ее выполнения. В этих же условиях после обучения происходит увеличение спектральной мощности альфа-частот в правой теменнозатылочной области, связанное с вовлечением ассоциативных зон. На основании этого утверждается, что увеличение тета- и альфа-частот в передних областях связано с самим процессом обучения. Напротив, увеличение альфа-частот
в задних областях после обучения отражает изменения синаптической пластичности в процессе систематизации полученных знаний и может свидетельствовать об изменении самого состояния спокойного бодрствования после выполнения образовательной задачи (Moisello et al., 2013). Рост тета-частот
в передних областях также отражает активность передней части поясной извилины (Pignatelli et al., 2012; Moisello et al.,
2013), являющейся частью диффузной тета-системы и анатомически связанной с гиппокампом (Moisello et al., 2013). Усиление тета-синхронизации является результатом активации
кортико-гиппокампальной системы, и также отражает кодирование новой информации и темп обучения (Pignatelli et al.,
2012; Moisello et al., 2013).
Снижение выраженности тета-диапазона является отражением подавления процесса решения задачи за счет распределения когнитивных ресурсов между целевой деятельностью (Moisello et al., 2013). Происходит снижение активности
74
3.2. Алгоритмы и методы оценки умений
теменно-затылочных областей, связанных с пространственным вниманием (Sauseng et al., 2005; Klimesch et al., 2011;
Moisello et al., 2013).
Фиксируемые параллельно с изменениями в тета-диапазоне
перестройки альфа-частот в правой теменно-затылочной области связаны с извлечением информации из памяти, ее повторной активацией и актуализацией для дальнейших манипуляций (Klimesch et al., 2011; Moisello et al., 2013). Усиление альфа-частот также отмечается для задач, связанных с рабочей памятью, и отражает активный нисходящий тормозный контроль для незначимой деятельности (Moisello et al.,
2013). При этом происходит усиление альфа-синхронизации
в области префронтальной коры и ее подавление в теменнозатылочных областях, что отражает активный внутрикорковый контроль со стороны передних областей во время манипуляции информацией (Sauseng et al., 2005; Moisello et al.,
2013).
Поскольку изменения в тета- и альфа-частотах являются
выражением разных когнитивных процессов, связанных с обучением, предполагается, что наблюдаемая сразу после начала
обучения альфа-синхронизация в правой теменно-затылочной
области и ее снижение отражают манипуляцию информацией
в рабочей памяти и ее сопоставление с изученной ранее.
Снижение тета-активности перед началом обучения
и ее восстановление в процессе деятельности отражает подготовку заинтересованных нейросетей к восприятию и кодированию новой информации и коррелирует с темпом обучения
(Кlimesch et al., 2011; Moisello et al., 2013). Вероятно, ранняя
альфа-синхронизация является отражением первого этапа изменения долговременной потенциации и процессов консолидации памяти, тогда как поздняя тета-синхронизация сигнализирует о последующих фазических перестройках быстрых синапсов в коре (Sauseng et al., 2005; Moisello et al., 2013).
В исследовании приняли участие 10 студентов 3 курса Академии биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского в возрасте 20–22 лет. В ходе проведения обследования участники
находились в затемненной звукоизолированной комнате в положении сидя с открытыми глазами за компьютерным столом. Все участники были проинформированы о порядке проведения тестовых процедур и подписали согласие на участие
в обследовании.
75
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
Методика исследования заключалась в моделировании реального образовательного процесса в условиях психофизиологического обследования.
Тестирование состояло из пяти проб различного содержания и уровня сложности, моделирующих выполнение реальных образовательных заданий:
• Закрытое тестирование – «Тест» – выполнение тестовых
заданий закрытого типа. Выполнение задания заключалось
в выборе правильного варианта ответа из предлагаемых. Всего предлагалось 12 заданий, в каждом из них было 4 варианта ответа, из которых верным был только один.
• Открытое тестирование – моделирование выполнения кон-
трольных заданий разного содержания и уровня сложности.
Решение ситуационных задач моделировало ответы на стандартные вопросы контрольных работ, тогда как компетентностные задачи решали проблемные вопросы, разбирали реальные ситуации физиологического эксперимента и требовали
привлечения знаний из смежных областей биологии.
Открытое тестирование представлено несколькими вариантами:
– Ситуационная вербальная задача – тип контроля успешности выполнения образовательной деятельности, заключавшийся в формулировании ответа на заданный вопрос и требующий описания физиологического процесса, раскрытия
сути сложного составного термина и т. д. Данный вид заданий не содержал рисунков и не требовал их использования
при формулировке ответа. Использовалось 3 задания сходного уровня сложности.
– Ситуационная образная задача – тип контроля успешности выполнения образовательной деятельности, заключавшийся в формулировании ответа на заданный вопрос, требующий обязательного анализа предъявленного рисунка. Данный
вид заданий мог заключаться в описании анатомического рисунка, назывании его отдельных фрагментов и т. д. Использовалось 3 задания сходного уровня сложности.
– Компетентностная вербальная задача заключалась в решении проблемной ситуации или модельной физиологической задачи, не связанной с использованием и описанием иллюстративного или графического материала. Эта задача состояла в формулировании ответа на заданный вопрос и тре-
76
3.2. Алгоритмы и методы оценки умений
бовала описания физиологического процесса, раскрытия сути
сложного составного термина и т. д. Использовалось 3 задания сходного уровня сложности.
– Компетентностная образная задача заключалась в решении проблемной ситуации или модельной физиологической,
или анатомической задачи, требующей обязательного анализа
и использования иллюстративного материала или биологической схемы. Использовалось 3 задания сходного уровня сложности.
Примеры используемых заданий приводятся на рис. 3.10.
Напишите обозначе-
Пример
ситуа-
ционной
образной
задачи
ния структур голов-
ного мозга под номе-
ðàìè:
1, 2, 3, 4, 5, 6.
Перечислите функ-
ции, которые выпол-
няют эти структуры
Пример
êîì-
петент-
ностной
образной
задачи
На прием к невропатологу пришел взрослый мужчи-
на, у которого наблюдается один из примитивных реф-
лексов, которые встречаются у грудных детей и осу-
ществляются спинным мозгом. У взрослого человека
в норме эти рефлексы отсутствуют.
С чем это связано? Почему такой рефлекс появился
у данного мужчины?
Рис. 3.10. Примеры образных задач разного типа
77
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
Пример компетентностной вербальной задачи:
«В больницу поступили три пациента. Первый пациент находился в состоянии спутанного сознания (оглушенности), не владел левой рукой, говорил невнятно, жаловался на сильную головную боль. У второго пациента наблюдались головокружение с ощущением вращения предметов, резкая боль в затылке и шее, рвота, сужение зрачков, нарушение
речи без потери сознания. У третьего пациента наблюдались
потеря сознания, паралич двигательной мускулатуры, резкая бледность лица, грубые расстройства жизненно важных
функций (дыхание, глотание), поэтому требовалось немедленное подключение к системе жизнеобеспечения. Поставьте
диагнозы. Укажите локализацию повреждений. Предположите прогноз для каждого пациента».
Пример ситуационной вербальной задачи: «Электрический
синапс: строение и свойства».
Ниже представлен пример тестового задания закрытого
типа.
Нервный центр – это:
1) группа нейронов, расположенных на разных уровнях
нервной системы;
2) скопление тел нейронов;
3) скопление синаптических окончаний;
4) группа нейронов, расположенных на разных уровнях
нервной системы, но выполняющих одну функцию;
5) все ответы верны;
6) ни один из ответов не верен.
На выполнение одного вопроса тестов закрытого типа отводилось 40 с, ситуационных вербальных задач – 5 мин и компетентностных задач – 5 мин. Ответы на все задания набирались в стандартном текстовом документе в среде MS Word
на отдельном компьютере. Участники эксперимента получали следующую инструкцию: при чтении задания, а также перед началом набора текстового ответа и после его завершения
нажимать на кнопку манипулятора «мышь». Данный подход
позволил выделить и проанализировать следующие фрагменты деятельности:
– Чтение задания (этап восприятия информации) – интервал времени от момента предъявления слайда до первого на-
78
3.2. Алгоритмы и методы оценки умений
жатия на кнопку манипулятора «мышь». В течение данного
времени участники читали текст задания и по необходимости
анализировали рисунок.
– Обдумывание ответа (этап анализа информации) – интервал времени между первым нажатием по завершении анализа
слайда и вторым нажатием перед набором текста ответа. В течение данного временного интервала участники обдумывали
ответ на заданный вопрос.
– Набор ответа (этап принятия решения) – интервал времени между вторым и третьим нажатием. В течение данного временного интервала участники набирали ответы на вопросы.
Необходимо отметить, что ввиду невозможности сознательного или вынужденного разобщения ментальных процессов
при чтении, обдумывании отчета и его наборе в текстовом документе выделенные интервалы могли в той или иной степени перекрываться. В то же время в современной литературе отсутствует иной – более оптимальный – методический
подход, позволяющий разделить сложную составную деятельность на фрагменты без внесения значимой помехи.
Правильность выполнения деятельности оценивалась с использованием экспертной оценки преподавателя.
Предъявление стимулов проводилось с использованием программной среды «Аудиовизуальный слайдеp» (НПКФ
«Медиком-МТД», г. Таганpог, Россия) на сером фоне в центре экрана компьютера, на расстоянии 1 м на уровне глаз.
Стимулы испытуемому предъявляли на экране компьютера,
диагональю 17 дюймов, разрешением 1280×1024. Регистрация комплекса электрофизиологических показателей проводилась с использованием многоканального компьютерного электpоэнцефалогpафа-анализатоpа «Энцефалан-131-03»
(НПКФ «Медиком-МТД», г. Таганрог, Россия). Референтные
электроды располагались на мочках ушей, а индифферентный – на лбу.
Оцифрованная ЭЭГ, маркеры стимулов и нажатий экспортировались в программную среду MATLAB, где проводилась
дальнейшая обработка. Анализировали время выполнения
блока заданий, время решения отдельных вопросов в каждом
блоке, длительность промежуточных операций, количество
использованных общенаучных и специализированных терми-
79
Глава 3. Разработка и апробация алгоритмов и методов…
нов, а также значения спектральной мощности четырех диапазонов ЭЭГ: дельта (1–3,5 Гц), тета (4–8 Гц), альфа (8–13 Гц),
бета (13–30 Гц). Для анализа использовались безартефактные
отрезки ЭЭГ. Достоверность различий показателей оценивалась с применением ANOVA для повторных измерений при
уровне значимости р ≤ 0,05. Для ЭЭГ использовалась поправка
Гринхауза – Гайсера. Для контроля множественных сравнений использовались процедура Беньямини – Хохберга и критерий Тьюки.
При анализе общего времени выполнения трех типов заданий было подтверждено предположение об отражении исходного уровня сложности в значениях времени решения.
На рис. 3.11, А представлены значения времени выполнения отдельных вербальных заданий каждого типа. Из рисунка следует, что минимальное время решения одного задания
из вопросов тестов закрытого типа составляло (19,8±1,1 с).
Переход к выполнению ситуационной задачи, связанной с ответом на теоретический вопрос, приводил к достоверному возрастанию времени выполнения одного вопроса (107,7±8,2 с).
Дальнейшее усложнение деятельности (компетентностная задача) приводило к достоверному возрастанию времени ответа,
максимальному среди всех заданий (156,15±11 с). Последующий анализ временных затрат проводился отдельно для каждого типа задач.
При исследовании зависимости среднего времени выполнения отдельных заданий тестов и количества правильных ответов (в %) была выявлена положительная корреляция между
данными параметрами деятельности. Длительное время решения образовательных задач сопровождалось увеличением количества правильных ответов (r = 0,69234). Сопоставление индивидуального времени и качества решения позволило разделить студентов на 2 подгруппы – с коротким и длительным
временем выполнения теста (рис. 3.11, Б).
В первую подгруппу вошли студенты, среднее время выполнения одного вопроса теста у которых составляло
13,15±1,4 с; время выполнения теста во второй подгруппе
было достоверно выше (24,87±1,3 с) (см. рис. 3.11, Б). Качество деятельности в подгруппах было сходным (70 % и 75 %
правильных ответов соответственно).
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]