文摘

近年来,脑-机接口的研究一直在增加在教育领域,移动学习已经成为一个非常重要的学习方式。在这项研究中,脑电图实验一群iPad-based移动学习者是通过算法优化TGAM芯片进行的。下三个学习媒体(文本、文本+图形和视频),研究人员分析了学习者的注意力。研究发现无显著差异在不同的媒体关注,但学习者使用文本媒体关注最高的价值。之后,研究人员研究了不同学习风格的学习者的注意,发现积极反映学习者的关注使用视频媒体学习时表现出显著差异。

1。介绍

4.0工业革命,也称为数字革命,推动了世界上大规模的转换(1]。目前,数字技术的使用也出现在生活的各个方面和各种年龄段。人们已经习惯了从网络上获取各种各样的知识。

数字技术的快速发展也带来了新的挑战,传统的教育系统各级教育,从基础教育到高等教育2]。移动终端的普及和移动互联网的快速发展为移动学习的发展提供了载体(移动),移动学习在教育信息化的一个研究热点3]。平板电脑的尺寸和重量,以及改善屏幕的质量,使阅读从移动设备更容易接受4]。移动学习作为一种新的教学引起了人们广泛的关注和学习模式。移动学习(移动)已成为越来越受欢迎的在大学里,大学生使用智能手机,平板电脑和其他移动设备(5]。数字技术也改变了学生的学习的倾向。今天,学生倾向于需求的自由决定他们想学什么,何时和如何他们想要学习1]。移动学习是学习媒体的共同因素,人们有兴趣进一步分析选择适当的媒体的高等教育内容实现的结果(6]。有一个广泛的视角的使用信息技术实现学习有效性,从那些断言,媒体没有影响学习效率对那些相信关于媒体的决定将影响学习效率(7]。

今天,通过移动设备访问常见类型的内容,包括视频和文本,如pdf、音频、视频文件或这些文件类型的组合可以在电子书和网上的文章。不同的学习内容有可能支持通过口头和视觉示威活动可能会激励学生学习(7]。一项研究表明,可能有媒体选择与其他变量之间的相互作用,这不仅影响感知有用性也影响教育项目的学习效果8]。

大多数研究在移动学习关注学习者的动机和态度(9]。黄、吴(10)指出,移动设备的局限性也会影响学生的学习注意力和认知负荷。解决问题的关注是一个话题值得探索在移动学习,但对这一问题的研究是不够的11]。

进入21世纪后,日益成熟的脑成像技术再次提升认知科学向前迈进。利用神经科学研究方法和技术来研究经典认知问题已成为学术界的一个新趋势。因此,人们的认知研究也取得了突破从macrobehavior microneural连接(12];脑电图的研究工具用来衡量人类的大脑活动。学生学习涉及到大脑活动的信息输入和处理因为使用脑电图测量学生的学习状态是一个不错的选择。

因此,本研究关注学习者的注意力的差异在使用三种不同的基于脑电图的学习媒体为移动学习。

研究的目的是使用脑电图技术测量移动学习者的关注不同的学习媒体环境的差异,然后澄清不同的媒体在移动的影响学习者的注意力,为学习者提供相应的建议,教师,和电子学习资源开发人员,相关的趋势改善学生移动学习,支持个人更好地改善移动学习的性能。人员激励设计和研究移动学习经验与不同媒体学习材料,这将是支持平板电脑。在这个过程中,我们将学习风格理论作为理论视角比较差异的学习者的注意力。

研究的问题如下:(1)当学习者使用了三个媒体为移动学习,这种情况下,学习者注意最高价值?(2)当学习者使用三个媒体为移动学习,性别、教育影响学习者的注意呢?(3)当学习者使用移动学习三个媒体,有区别在关注学生不同的学习风格?

2。文献综述

2.1。移动学习

移动学习目前没有统一的概念。研究人员从不同的角度有不同的移动学习的定义。从技术角度来看,移动学习是一种学习,可以由学习者在任何时间和任何地点移动计算设备的帮助下,能有效地呈现学习内容和提供教师和学生之间的双向沟通13]。从学习者的角度来看,移动学习是学习者使用移动设备而随时随地学习(14]。中国研究人员认为,移动学习指的是一种新形式的学习,利用无线移动通信网络技术和无线移动通信设备获得教育信息和资源和教育服务15]。移动学习的定义强调机动性、访问(16),直接17],普遍存在[18),和方便17]。

总之,移动学习包括以下几点:任何地方,任何时间,任何形式,移动网络和设备支持。简而言之,移动学习指的是一种学习模式,可以实现对数字化学习资源的访问和教育信息随时随地的帮助下无缝无线网络,和便携式移动通信设备,促进沟通和互动。

2.1.1。注意力在移动学习

电子学习和移动学习,缺乏学生的注意力已成为一个重要的问题11],一些学者已经证实,关注学业成绩密切相关(19]。尽管在线学习或移动学习的优势不受时间和地点限制,还有相关问题造成的non-face-to-face教师和学生学习环境,特别是移动学习设备的屏幕大小和表示方法的特点20.]。注意力仍然是一个迫在眉睫的问题。评估学生的注意力在一个在线学习环境是更加困难比评估他们在面对面教学21]。的进步评价人类的生理信号,电子学习的研究越来越多地使用生理信号来确定学生的注意力水平(19]。近年来,一些研究人员开始使用脑电图检测工具(22,23)学生注意力和注意力在多媒体学习的实证研究(24]。

2.1.2。移动学习的学习方式

有许多不同的学习风格的定义,其中更有影响力:Kinsella [25)提出,学习者的学习风格指的是部分方式自然是用于信息和信息处理的过程。

研究表明,学习方式和学习环境对学习者的学习成绩(有积极的影响26]。学习方式也影响远程教育质量的一个因素27),极大地影响了学习者的学习成绩(28]。学习方式也影响移动学习(11]。

移动学习研究是使用最广泛的学习风格量表由镶嵌地块和所罗门(1991),这是分为四个维度(信息输入、信息处理、内容理解和感知)(见表1)。学习者有不同的特征在每个维度,每个维度有两个属性(视觉/口头、传感/直观,主动/反射,和顺序/全球)。图书馆与其他学习方式调查问卷;结果表明,此问卷是更全面,结果是更好的29日]。这个尺度是广泛用于电子学习研究。

添加学习风格是在这项研究中确认学生是否具有不同学习风格有不同的注意当使用不同的媒体为移动学习。

2.2。学习媒体

媒体对学习的影响一直是一个研究课题,研究人员关注。刘等人。31日)研究了不同媒体对学习内容的影响,包括文本和视频的影响用户的接受学习和用户的关注。他们发现,内容的丰富性呈正相关,用户关注。

根据认知理论,学习被收购或重组人类的认知结构处理和存储的信息32]。它专注于移动学习信息和内容交付使用多媒体学习(双重代码,认知负荷理论):图像、音频、视频、文本、和动画(33]。

媒体争论的主要焦点自然是一个媒体是否比另一种更有效地促进学习(34- - - - - -36]。这个问题的答案主要是分为两种对立观点由克拉克和Kozma表示。克拉克(37)认为,媒体的类型并不影响学习;学习只是受到媒体的方式使用。这种观点表明,视频学习材料不一定比文本更有效,因为基于文本或以听力应用程序是如何设计应该促进平等的学习水平(38]。相比之下,Kozma [39)认为,不同类型的媒体”特色,这让他们或多或少地适用于某些类型的学习任务。”一套基于计算机的实验,用三种不同的媒体组合(文本,文本和图表、口语文本和图表)来研究学习者的理解达到在复杂区域(数据)在一个真实的学习环境30.]。

本研究提供的学习内容三个媒体在移动学习环境和分析学习者的注意力的差异。

2.3。关注和脑电图

脑电图是用来记录脑电波活动过程,被称为“窗口”(40]。在人机界面的研究中,脑电图是进行心理生理测量的方法来检查心理过程和物理过程之间的关系。一般来说,脑电图测量通过记录头皮上的电极的电压。电极被放置在指定的位置分配的头(41]。近年来,脑电图技术也被广泛应用于其他领域,尤其是在计算机界面设计和计算机游戏开发。脑机接口的研究集中于使用脑电图活动来控制外部设备,如机器人和虚拟环境(42]。

目前,作为研究工具,越来越多的研究人员使用便携式脑电图对教育研究,取得了许多研究成果43- - - - - -45]。在某种程度上,关注投资也可以促进大脑信息处理和编码,以便学习者可以获得更好的学习成绩46]。难以衡量的关注以来使用自我报告工具,许多研究使用脑电图(EEG)作为一种工具来衡量注意力状态的变化(47]。注意力是最常用的评价指标的便携式脑电图技术在教育研究(48]。如果我们可以使用脑电图技术科学,它可能是一个有效的工具,大脑信号检测和处理教育目的。更准确地说,当使用脑电图技术在一些创新的方法,它可以捕捉大脑信号并处理它们决定学习者的学习和记忆在学习(49]。研究发现,EEG数据被成功地用于检测学习者学习风格和学习偏好和它们之间的相关性50]。

3所示。研究方法

3.1。参与者

在这项研究中,30名大学生从一个在中国科技大学被滚雪球抽样随机招募了,所有的都是右撇子。因为两个参与者的测试数据是不可靠的,他们忽略了。在28个参与者,19是男性,9是女性,年龄在19 - 31岁之间( , )。其中,13是本科生和研究生15人。根据调查的参与者,他们没有精神疾病,如癫痫、抑郁,多动障碍或长期服用精神药物。目前,他们既不使用任何药物来改变他们的想法也没有任何历史的头部受伤或脑损伤。实验者介绍实验的范围和程序实验的参与者和告诉他们不会对健康造成任何风险,确保参与者可以自愿参与实验,实验前应签署知情同意。所有的参与者都有5年以上的移动设备经验,27人2年以上的经验使用平板电脑,这表明他们熟悉的操作移动设备。

因为这个实验是基于移动设备的学习,参与者需要确保他们可以看到学习内容,所以他们被要求在必要时佩戴合适的眼镜,确保学习内容清晰可见,和测试材料在中国,即母语的参与者。参与者的背景特征如表所示2。

3.2。刺激材料

确保实验内容可以科学合理,研究人员邀请两位专家丰富的经验在移动学习和脑电图。经过反复讨论、研究和试验,最后确定实验材料选择新华社的网站,在中国最具影响力的网络媒体和全球影响力的中文网站(http://www.xinhuanet.com),确定三个陈述性知识与类似的主题,和同样的困难,提出了三种不同的媒体形式:文本、文本+图和视频。这是一个结合多媒体演示用在许多电子学习环境。基于确定内容,研究者安排五个大学生进行测试。反馈后,内容是相似的,困难是相同的,和所需的学习时间是接近。选择的媒体类型和内容在这个实验中如表所示3。

3.3。研究工具

3.3.1。脑电图装置和算法优化

在这项研究中,产生的MindWave手机耳机NeuroSky公司被选为工具来记录脑电图数据信号。该设备有一个很大的影响学生的注意力训练。先前的研究[19)已经证实,NeuroSky的心态耳机是有效和可靠的基于观鸟成绩之间的相关性。此外,Rebolledo-Mendez et al。51]还发现,NeuroSky的心态耳机测量之间的正相关注意措施通过第二人生和自我报告的注意力水平评估运动。结果表明,注意价值衡量NeuroSky的耳机有满意的有效性和可靠性认识到学习者在学习活动的关注。MindWave手机耳机的新一代基于心态耳机更完美。设备运行良好,有良好的测量精度,并且它的软件开发工具包(SDK),这是软件开发人员设计方便应用程序(52]。

MindWave手机耳机是由一个耳夹和一个传感器(见图1)。参比电极和接地电极位于耳机的耳夹,和EEG电极位于上方的传感器的胳膊,左前额的眼睛。额头的EEG信号可以实时检测。这些EEG信号可以显示复杂后的变化在人们的意识指TM计算。通过量化的值对象的心理状态的关注,可用于分析学习者的注意程度,可分为注意力和放松,0到100之间的参数。设备也有降噪滤波技术,通过一个复杂的算法来消除干扰其他电子设备或日常生活环境。

MindWave手机耳机TGAM模块用于过程和输出大脑波谱,脑电图信号质量,原始的脑波,和两个NeuroSky指参数:注意力和放松检测。NeuroSky的干电极组成的系统。接口与人体只需要一个简单的干式接点。一个脑电图通道有三个接触点:脑电图(EEG收购点),裁判(参考点),接地(地面点)。最初的脑电图数据输出在512赫兹。

注意数据计算芯片的算法仍需改进的应用程序中,如大波动和延迟(见图2),与此同时,数据被划分为许多无意义的空区域。这增加分析成本。为了确保科学和准确的数据收集在这个实验中,研究人员优化算法。主要包括以下方法:(1)增加了一个校验和检查,也就是说,检查数据包的数据值是否用于检测和校验和数据一致,(2)与之前的数据包进行反复核对,和(3)注意加强和两个不断更新的注意值的平均值被用于制造种种数据平滑。

3.3.2。指数的Felder-Solomon学习风格(ILS)

44项的ILS问卷由要求学生从两个选项进行选择,a或b,强制。每个数字是指任何的四个作用域或维度包括:积极反思,传感和直观,视觉和口头,顺序和全球。得分,总结的数量和反应形成每个维度分数的范围从1到11。更高的分数的降低分数减去a或b。

3.3.3。参与问卷调查

参与者的问卷收集统计信息参与者的性别、教育背景、年龄、参与者使用平板电脑和移动设备的经验,学习时间每天在移动设备上。同时,参与者也不得不回答内容测试。

3.4。试验设计和程序

3.4.1。实验设计

参与者在实验中读三种不同媒体类型的平板电脑学习内容,和他们每个人根据自己的意愿自由选择阅读的顺序。每个阅读内容是约5分钟,实验后,他们填写测试问题。

3.4.2。实验过程

实验是在一个非常安静的研究空间。窗帘放下来避免阳光直射,与室内光源被打开。确认没有问题后平板电脑,MindWave手机耳机,和数据存储终端(计算机),两个研究助理解释并演示了实验。参与者完成以下任务。

每个参与者签署知情同意书并找到一个合适的位置坐下来,面对平板电脑,正确地戴着脑电图耳机在研究人员的帮助下,并确认设备被正确放置,参与者被告知不要尽可能的移动。参与者闭上他们的眼睛放松的方式(从稳定的脑电图数据),打开他们的眼睛,开始阅读几秒钟后按照自己的节奏。每次阅读后,他们应该回答相应的测试问题。在此期间,他们不被允许回到这篇文章找答案。当一个内容测试结束后,参与者他们闭上眼睛休息了一会儿约15秒钟,然后转移到下一个,等等,直到测试结束后(见图三个内容3)。

测试后,每个参与者将获得一项调查关于学习风格和人口统计信息,其次是阅读行为的一项调查,研究人员报道,然后每个参与者的结果,感谢他们的参与。整个过程持续了30 - 40分钟,这取决于参与者阅读每一段速度。

3.5。数据收集和分析

根据计算方法的学习风格量表,研究者收集学习风格问卷的统计数据。在把每个回答相应的问题,研究人员终于可以总结学生学习风格的分类,这是由数量+ a / b。每一个计算结果最终被记录在一个Excel电子表格。

脑电图收集的数据直接传输到电脑通过蓝牙和保存到Excel。基于相关的先前的研究,参与者的关注的平均值的数据信息被选中进行分析和研究。

独立样本 - - - - - -测试在SPSS 25.0统计软件主要用于数据分析。

4所示。实验结果

在本节中,我们分析了注意力从脑电图实验并回答下列问题:(1)有差异,学习者的注意力的上下文中三个学习媒体(文本、文本+图形和视频)?(2)性别和教育影响学习者学习媒体关注?(3)并学习方式影响学习者的注意力的差异在不同的媒体?

4.1。差异比较关注学习者的三个媒体环境的价值观

的结果,我们可以得到平均的关注价值的文本媒体( ,SD = 12.82)高于其他人,包括文本+图( ,SD = 10.83)和视频( ,SD = 11.55)(见表4)。可以看到,没有显著差异的关注媒体形式使用文本+图或视频时,和媒体的关注文本显示更高的意思是,这可能证明文本媒体有一定的促进影响学习者的注意。

4.2。学习者性别比较关注的价值观的差异

通过独立样本 - - - - - -测试,没有显著差异的关注性别当使用文本( , ),文本+图( , ),和视频( , ),但是我们发现男性和女性学习者有更高的关注重视文本媒体比其他两个。与此同时,平均男性注意价值显著高于女性(见表5)。

4.3。差异分析学习者的注意值与不同的教育经历

如表所示6,没有显著差异的学习者的注意力与不同的教育经验当使用文本( , ),文本+图( , ),和视频( , )。毕业生和大学生有较高的注意力价值( ,51.54)当使用文本媒体学习比文本+图( ,48.15)或视频( ,47.23)。此外,研究生的平均注意价值高于大学生。

4.4。差异比较不同学习风格的学习者的注意值

第一轴镶嵌地块的学习风格是活跃和反光,所以学生是根据调查结果分为两类。如表所示7,通过独立样本 - - - - - -测试,结果表明,注意积极的学习者之间的差异不显著,反映学习者在使用文本或文本+图。然而,活跃之间有显著差异的关注和反映学习者在使用视频媒体( , );它表明,当使用视频媒体在移动学习环境,学习积极的学习者的注意( , )显著低于反映学习者( , )。

因为几乎所有研究对象属于知觉类型和视觉型,没有注意差异进行了分析。

组的顺序和全球学习方式,数据(见表8)表明,无论是文本( , ),文本+图( , ),或视频( , ),之间没有显著差异在学习者注意顺序和全球学习风格。

5。结论和讨论

5.1。研究的结论和贡献

本文作出了实证研究学习者在不同的学习媒体的关注在移动学习环境通过问卷和心理生理方法(EEG记录)。本研究改善注意力的稳定性和准确性TGAM芯片不增加输出的数据实时数据传输延迟、闪烁的脑电图数据的影响,优化和改进数据的表达。研究人员选择了28个大学生当参与者和NeuroSky MindWave耳机作为工具来测量基于脑电图的关注。通过脑电图的实验中,我们分析了学生在三个媒体的关注不同形式(文本、文本+图和视频)的影响,研究性别、教育、iPad的经验,和学习风格因素对学生的关注。

学习者在媒体文本表达了更多的关注,这可能是由于这一事实文本媒体只有单词容易集中;然而,差异没有达到统计学意义。同时,男性的注意力是三个媒体比女性的大,毕业学生的注意力比本科生,参与者iPad用于五年多表现出稳定的注意力。

根据学习风格,有一个积极的学习者之间的显著差异关注视频和反映学习者虽然有顺序和全球学习者之间没有显著差异。结果的原因可能与实验材料的性质有关,这可能需要进一步研究学习风格测试通过使用更多的敏感。

根据这项研究,在移动学习,教师或教学设计者可以为大学生提供更多的文本媒体材料,而不是其他多媒体。教师或教学设计者应该适当地提高女大学生移动学习的注意。实验也表明,研究生的注意力远远比本科生。因此,适当的设计或策略可以用来提高本科生的学习注意力在移动学习。在移动学习,根据学习风格测量的结果,教师或教学设计者应该为学生提供适当的学习媒体;特别是,反光的学习者更适合学习视频媒体比积极的学习者。

这项研究的结果证实了媒体之间的关系,注意使用传统问卷调查和心理生理措施。结果还表明,心理生理措施可以用来研究学习行为。

研究了一些相关文献的贡献。首先,研究证实,学习者的注意力是在使用不同的媒体在移动学习环境,尤其是视频媒体。尽管先前的研究已经调查了这个关系,他们没有专注于移动学习环境。

本研究的另一个贡献是使用脑电图记录进行研究。在现有的研究中,这是不足以衡量媒体的影响学习者在移动学习只有一个问卷调查。本研究建议使用脑电图记录研究移动学习,而不是传统的纸笔问卷。

这项研究提供了一种方法来研究学习注意力的效果。教育者是必要的或在线学习系统的开发人员设计适当的媒体根据学习者的学习方式学习材料。

5.2。局限性和未来研究的建议

研究有一定的局限性,但也为未来的研究提供了一些建议。首先,三种类型的学习媒体被认为是影响学习者的注意力的重要前提在移动学习环境。然而,许多因素可能会考虑在未来的研究。

其次,与脑电图的客观工具相比,学习风格问卷的方法是主观的;因此,本研究并不完全客观。

第三,本研究用NeuroSky MindWave耳机测量的注意。未来的研究应该试着分析最初的脑电图数据(α、β、γ、δ和θ),这可能导致更准确的实验数据。

第四,实验复杂,很容易受周围环境的影响;为了确保实验的周期,样本量很小,这是本研究的一个限制。随着样本容量非常有限,统计分析的结果并不容易解释。在脑电图的研究中,样本的大小通常是小(42]。在未来的研究中,我们将努力增加样本量并确认结果是否有效。

第五,本研究中使用的数据的平均价值的关注。在大多数脑电图实验,注意力被选中的平均值。在未来的研究中,我们将努力遵循的价值关注特定的时间研究探索更有效的研究方法。

数据可用性

如果需要这项研究的原始数据,通过电子邮件请与作者联系((电子邮件保护))。

同意

知情同意是获得所有个体参与者包括在这项研究中引用。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

我们应感谢所有参与者在实验和研究人员。本研究支持的教育和教学改革基础教育部门的吉林省,2016年中国(由Industry-University-Research培养信息技术人才的合作网络的背景加上时代)。