Utilización de técnicas de seguimiento ocular (eye tracking) en

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. 13700 - C/ Soria. Tomelloso [email protected]. (2)
Departamento de Tecnologías y Sistemas de Información. Escuela Superior de Informática de Ciudad Real.
Universidad de Castilla-La Mancha. 13071-Paseo de la Universidad, 4. Ciudad Real {AnaIsabel.Molina,
Miguel.Redondo}@uclm.es. (3) Departamento de Pedagogía. Facultad De Educación. Universidad de CastillaLa Mancha. 13071-Ronda de Calatrava, 3. Ciudad Real. [email protected]
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
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
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.
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
Ilustración 2. Diseño del experimento
máquinas que utilizan los seres humanos.
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
alumno1
50,5s
Grupo2
alumno4
56,8s
En la Tabla 1 se puede apreciar el tiempo alumno2 46,2s alumno5 85,6s
permanecido por cada sujeto manteniendo la mirada en la
pantalla, antes de que decidiera finalizar el tiempo alumno3 58,7s alumno6 76,0s
dedicado a visualizar y estudiar los materiales docentes
X
51,8s
X
72,8s
suministrados por parte de los dos grupos de alumnos.
Los alumnos con problemas de aprendizaje (grupo1) han
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
imágenes de las máquinas y las herramientas es
Ilustración 3. Mapas de opacidad
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.
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.
Grupo1
Grupo2
alumno1
1,5
alumno4
1,75
alumno2
1,75
alumno5
2,25
Los tres alumnos del grupo1 miraron fuera de las alumno3 1,75 alumno6
3
imágenes en alguna ocasión, mientras que en el grupo2 sólo
sucedía con el alumno6 una única vez. Este alumno, además,
X
1,66
X
2,33
mira repetidas veces a cada zona sin fijar la mirada durante
mucho tiempo.
Tabla 2. Puntuación obtenida en el
Los alumnos de ambos grupos no siguen unos
post-test
patrones generales a la hora de mantener la secuencia
de seguimiento de la mirada. Dos discentes del grupo1, alumno2 y
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
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 375-385 [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.
http://diversidad.murciaeduca.es/publica.php