Eye Tracking zum Vergleich taktiler und visueller Lesestrategien

Forscher aus den Niederlanden setzten Tobii Pro Glasses und ein Infrarot-Bewegungserfassungssystem ein, um die Lesestrategien von sehenden und auf Blindenschrift angewiesenen Schülern beim Lesen algebraischer Ausdrücke zu verstehen.

Hintergrund

Die Einschränkungen der derzeitigen Notationssysteme und der verfügbaren Software erschweren die Teilnahme an mathematischen Studien für Schüler, die auf die Brailleschrift angewiesen sind. Infolgedessen nehmen Schüler, die auf die Brailleschrift angewiesen sind, nur selten an naturwissenschaftlich orientierten Fächern der Sekundarstufe II teil oder machen dort Fortschritte. Ziel dieser Untersuchung war es, zu verstehen, wie sehende und blindenschriftabhängige Schüler algebraische Ausdrücke lesen und verstehen, um Wege zu finden, wie blindenschriftabhängige Schüler bei der Handhabung mathematischer Ausdrücke besser unterstützt werden können. Die Erkenntnisse über taktile und visuelle Lesestrategien werden dazu beitragen, Leitlinien zur Unterstützung von Schülern mit Braille-Schwäche und ihren Lehrern zu entwickeln.

Dieses Projekt ist eine einzigartige Zusammenarbeit zwischen drei niederländischen Instituten: dem Royal Dutch Visio in Huizen, dem Freudenthal Institute for Science and Mathematics Education an der Universität Utrecht und dem Department of Neuroscience am Erasmus University Medical Center Rotterdam. Die Arbeit wurde von Annemiek van Leendert, Michiel Doorman, Paul Drijvers, Johan Pel und Hans van der Steen im Rahmen des Forschungsprogramms "Verbesserung der mathematischen Fähigkeiten von Schülern mit Blindenschrift" geleitet. Diese Studie wurde von der Niederländischen Organisation für wissenschaftliche Forschung (NWO) finanziert.

Methode

Sechs sehende Studenten nahmen an der Eye Tracking-Studie teil. Ihre Augenbewegungsmuster wurden mit Tobii Pro Glasses in Kombination mit einem Laptop und einer Videokamera aufgezeichnet und mit 50 Hz aufgezeichnet. An der Königlich-Niederländischen Visio-Schule für Sehbehinderte nahmen drei Schüler mit Braille-Schwäche an einer Finger-Tracking-Studie teil. Ihre Fingerbewegungen wurden mit einer Kombination aus einem Laptop mit einer aktualisierbaren Braillezeile, einem Infrarot Motion Capture System (Vicon, Oxford, Vereinigtes Königreich) und einer Videokamera aufgezeichnet. Spezifische Hand- und Zeigefingerbewegungen wurden mit Hilfe von vier reflektierenden Markern an der Hand jedes Schülers aufgezeichnet. Mit Hilfe einer Software zur Bewegungsverfolgung wurden diese Bewegungen (mit einer Abtastrate von 200 Hz) aufgezeichnet und die Bahnen der einzelnen Marker separat analysiert. Die Videokamera zeichnete die gesamte Handhabung, die Anweisungen und die verbalen Antworten auf. Anhand von verbalen Anweisungen, die vor Beginn der Aufgabe gegeben wurden, lösten die Schüler alle dieselben Ausdrücke mit einer oder zwei Variablen (Substitutionen). Die sehenden Schüler lasen den Ausdruck von einer PowerPoint-Folie ab. Die Schüler, die auf Braille angewiesen waren, lasen den Ausdruck mit der Braille-Anzeige aus einem Word-Dokument.

Folgende Informationen wurden gesammelt: Eye Tracking, Finger Tracking sowie Audio und Video. Die gesammelten Daten wurden mit einer selbst geschriebenen Matlab-Software analysiert.

Ergebnisse

Die Blickmuster ermöglichten es den Forschern, die Strategien zum Lesen und Lösen von Gleichungen zu quantifizieren, und zwar in Bezug auf die Erkundungszeit, die Anzahl der (erneuten) Fixierungen und den Wechsel zwischen lokalen und globalen Zeichen.

Diese Grafik zeigt einen Eindruck von den Blickmustern eines sehenden Schülers. Eine erste Untersuchung der Blickdaten zeigt, dass der Schüler die Gleichung etwa sieben Sekunden lang untersucht. Der Schüler rechnet "3 + 2" und dann "1 - 5". Schließlich wird die Gleichung durch die Berechnung von "-4 + 4 = 0" korrekt gelöst.

Diese Grafik zeigt die Bewegungen der Zeigefinger über die Zellen der Braillezeile (der linke Finger ist hellgrün dargestellt). In der Explorationsphase sind beide Zeigefinger aktiv. In den ersten Sekunden tastet der linke Zeigefinger zunächst "4 +" ab und beginnt nach drei Sekunden, den Rest des Ausdrucks zu erkunden. Bevor die Versuchsperson zu sprechen beginnt, sagt sie nach etwa 13 Sekunden die Worte "vier plus". In den nächsten 20 Sekunden löst sie den Ausdruck korrekt weiter.

Schlussfolgerung

Die mit der Tobii Pro Glasses gewonnenen Blickmuster ermöglichten es den Forschern, die Lese- und Lösungsstrategien zu quantifizieren und die Ergebnisse mit den taktilen Strategien von Schülern mit Braille-Schwäche zu vergleichen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden genutzt, um Richtlinien zur besseren Unterstützung von Braille-Schülern und ihren Lehrern zu entwickeln.