עומס קוגניטיבי Measurement of cognitive load in multimedia learning – a comparison of different objective measures

מדידת עומס קוגניטיבי בלמידת מולטימדיה: השוואה בין מדידות אובייקטיביות שונות

תקציר

קיימים אינדיקאטורים מעניינים שונים לניתוח תהליכי למידה אנושיים. מחקרים עדכניים מנתחים ביצועי למידה בשילוב עומס קוגניטיבי, בתור אינדיקאטור למאמץ המנטאלי המושקע של הלומד. על מנת להשוות בין מדידות שונות של מחקרי עומס קוגניטיבי, המחקר הנוכחי משתמש בשלוש שיטות אובייקטיביות שונות ושיטה סובייקטיבית אחת, וסוקר את אפקט הפרטים המפתים (seductive details) בהדרכת למידת מולטימדיה מבוססת מחשב. נעזרנו בניסוי שתי-קבוצות (N = 50) עם חשיפה לפרטים מפתים במהלך הלמידה בתור הגורם המבדיל בין הקבוצות. תנועות העיניים נותחו בכל הנוגע לפעילות הקוגניטיבית הנלמדת, והעומס הקוגניטיבי נמדד באמצעות שיטת הקצב, אינדקס הפעילות הקוגניטיבית, ודירוגים סובייקטיביים של המאמץ המנטאלי וקושי המטלות. התוצאות מאשרות את השפעת אפקט הפרטים המפתים על הצלחת הלמידה, עם הפחתה בביצועי השימור וההבנה, הגברת הפעילות הקוגניטיבית הכוללת הנלמדת מתנועות העיניים, ועומס קוגניטיבי גדול באופן ניכר הנלמד משיטת הקצב. ערכי ה- ICA והדירוגים הסובייקטיביים של המאמץ המנטאלי וקושי המטלות אינם מראים הבדל כלשהו בעומס הקוגניטיבי בין הקבוצות. התוצאות מספקות ראיות לגבי ההתאמה של מדידות אובייקטיביות שונות עבור אומדן עומס קוגניטיבי ישיר ורצוף בלמידת מולטימדיה. בנוסף, התוצאות מדגימות את היתרון שבשילוב שיטות שונות על מנת לקבל תובנות מפורטות לגבי עיבוד מידע בזמן למידת מולטימדיה, וכמו גם גישה מבדלת לגורמי עומס קוגניטיבי בודדים.

הקדמה

על מנת לנתח תהליכי למידה אנושיים באופן יעיל, יש לשקול מספר רב של גורמים שונים. בתוך התיאוריות הקוגניטיביות לגבי למידה והדרכה, העומס הקוגניטיבי הודגש כגורם חשוב עבור למידה יעילה ומוצלחת. עובדה זו נכונה במיוחד בכל הנוגע ללמידה ממולטימדיה. שיטות למדידה אובייקטיבית של עומס קוגניטיבי הן חשובות במיוחד עבור מחקרים העוסקים בלמידה והדרכה, בעיקר שיטות שהן אובייקטיביות, ישירות, אמינות, ומסוגלות למדוד עומס קוגניטיבי בזמן התרחשותו. מדידות אובייקטיביות אלו עומדות בסתירה למדידות סובייקטיביות, האומדות את העומס הקוגניטיבי לאחר עיסוק בחומרים. שיטות אובייקטיביות כמו שיטת הקצב, מעקב אחר תנועות עיניים או ניתוח אישונים מספקות מידע מתמשך במהלך כל תהליך הלמידה. לא נגרמת כל הפרעה לתהליך הלמידה על מנת להעריך את העומס הקוגניטיבי והפעילות הקוגניטיבית, כמו במקרה של השימוש התכוף בדירוגים סובייקטיביים. בנוסף, ניתוח תנועות עיניים מספק מדידה מפורטת ביותר, המאפשרת תובנות עמוקות לגבי עיבוד המידע האנושי בכל הנוגע להקצאת הקשב הוויזואלי והפעילות הקוגניטיבית הנוגעת לעיבוד ושילוב המידע הקשור בטקסט ותמונה של הדרכת למידת מולטימדיה. עובדה זו מובילה לסוגיה עיקרית נוספת הקשורה לחקר העומס הקוגניטיבי, המדידה המבדלת של סוגי העומס הקוגניטיבי השונים וזיהוי התהליכים הקוגניטיביים הקשורים. המחקרים האחרונים לגבי דירוגי עומס קוגניטיבי סובייקטיביים כבר הדגימו כי ניתן לבדל בין גורמי עומס קוגניטיבי שונים. במחקר הנוכחי, נתוני השיטות האובייקטיביות שבחרנו אמורים לאפשר, כאשר משלבים ביניהם, להסיק מסקנות לא רק לגבי הכמות הכוללת של העומס הקוגניטיבי אלא גם לגבי הפעילות הקוגניטיבית הקשורה והתהליכים הקוגניטיביים הגורמים לעומס הקוגניטיבי התואם. לשם כך, המחקר הנוכחי משווה בין שלוש שיטות שונות לאומדן אובייקטיבי של העומס הקוגניטיבי והפעילות הקוגניטיבית, ושיטה סובייקטיבית אחת.

המסגרת התיאורטית ותחזיות

תיאורית העומס הקוגניטיבי הינה מסגרת תיאורטית נפוצה המשמשת במחקרים אמפיריים העוסקים בלמידה והדרכה. אחת ההנחות הבסיסיות של תיאוריית העומס הקוגניטיבי היא כי המסוגלות הקוגניטיבית הזמינה מוגבלת על ידי מסוגלות זיכרון העבודה וכי רכישת ידע מתאפשרת בשל שימוש יעיל במשאבים הזמינים. הנחה בסיסית נוספת היא כי קיימים שלושה ממדים המרכיבים את העומס הקוגניטיבי הכולל: 1) עומס קוגניטיבי פנימי, 2) עומס קוגניטיבי חיצוני, ו- 3) עומס קוגניטיבי רלוונטי.  עומס קוגניטיבי פנימי נקבע על ידי המורכבות הנתונה של מטלת הלמידה ונובע מאינטראקטיביות יסודות. אינטראקטיביות יסודות מוגדרת על ידי מספר יסודות המידע המנהלים אינטראקציה ביניהם, השייכים למטלת הלמידה. ככל שמטלת הלמידה מורכבת יותר, כך העומס הקוגניטיבי הפנימי גבוה יותר. עומס קוגניטיבי חיצוני נגרם בשל פורמט הדרכת הלמידה ומעכב את תהליך הלמידה. ניתן לראות עלייה בעומס הקוגניטיבי החיצוני על ידי קיומה של עלייה בעיבוד מידע נוסף שאינו מוביל לבניית מודלים מנטאליים. ככל שפורמט ההדרכה הוא טוב יותר, כך פוחת העומס הקוגניטיבי החיצוני. עומס קוגניטיבי רלוונטי הוא כמות העומס המוקדשת לעיבוד מידע רלוונטי ובניית מודלים מנטאליים המובילה לבסוף לביצועי למידה טובים יותר.

המודל המעודכן של תיאוריית העומס הקוגניטיבי כולל רק שניים משלושת הממדים: עומס פנימי ועומס חיצוני. ההשמטה של העומס הרלוונטי נובעת מהקשר הקרוב בין עומס קוגניטיבי פנימי ורלוונטי, שהוביל לחוסר יכולת להבדיל בין התרומה הייחודית של כל גורם לעומס הקוגניטיבי הכולל. העומס הקוגניטיבי הרלוונטי מוגדר כעת בתור משאבים רלוונטיים המשקפים את כמות מסוגלות זיכרון העבודה המוקדשת ללמידה. בנוסף, העומס הקוגניטיבי הנגרם בשל עיבוד מידע רלוונטי ופעילויות למידה משולב בתוך גורם העומס הקוגניטיבי הפנימי. בשל הדיון המתמשך המתנהל בספרות המקצועית, המאמר הנוכחי מתחשב בשני הקונספטים של העומס הקוגניטיבי והדיון בהם יתנהל בהתאם לתוצאות.

שיטות למדידת עומס קוגניטיבי

אחת המטרות של חקר העומס הקוגניטיבי היא לבחון את העומס הקוגניטיבי של הלומדים בזמן עבודה עם שיטות הדרכה שונות ולגזור הוראות אשר תומכות ברכישת מידע מורכב באופן אפקטיבי. מדידת העומס הקוגניטיבי ממלאת תפקיד מכריע בחקר העומס הקוגניטיבי ולפיכך גם בפיתוח של השלכות פרקטיות עבור תכנון הדרכה יעילה. אחת האפשרויות למדידת עומס קוגניטיבי היא ניתוח ביצועי הלמידה ורכישת ידע בתור אינדיקאטור בלתי-ישיר של העומס הקוגניטיבי. עם זאת, השימוש בשיטות מדידה ישירות, במיוחד שיטות למדידה רצופה במהלך פעילויות הלמידה, מספקות מדידה איתנה יותר, כפי שניתן לראות באופן הולך וגובר בספרות. קיימות שתי שיטות בהן ניתן להשתמש כדי למדוד עומס קוגניטיבי באופן ישיר: 1) אובייקטיבית, 2) סובייקטיבית.

שיטות אובייקטיביות עדכניות למדידת עומס קוגניטיבי

השיטות האובייקטיביות למדידת עומס קוגניטיבי כוללות ניתוח של ביצועי מטלות משניות ונתוני התנהגות כמו התרחבות אישונים, וכמו גם ניתוח של פעילות קוגניטיבית הנלמדת מנתוני מעקב אחר תנועות עיניים. כל אחת מהשיטות האובייקטיביות הללו הינה חיונית, בשל האופן הרצוף של המדידה. מדידות אובייקטיביות מאפשרות הפקת נתונים מפורטים ביותר ומדידה רצופה של העומס הקוגניטיבי במהלך כל תהליך הלמידה. השיטות האובייקטיביות הנבחנות המאמר הן: 1) שיטת הקצב, 2) ניתוח תנועות עיניים, ו- 3) אינדקס הפעילות הקוגניטיבית (ICA).

שיטת הקצב הינה ניתוח מטלה-כפולה עם מטלת רקיעת רגל קצבית המשמשת כמטלה משנית. שיטה זו מודדת עומס קוגניטיבי באופן ישיר ורציף תוך שימוש במדידת התנהגות תוך-אינדיבידואלית. מטלה כפולה פירושה כי המשתתפים צריכים לבצע שתי מטלות בו-זמנית וביצועי שתי המטלות נמדדים. בחקר העוסק בלמידה והדרכה, המטלה הראשונה היא מטלת הלמידה. המטלות המשניות מתבצעות לרוב על ידי סימנים קוליים או ויזואליים בהדרכת הלמידה ומשתמשות בזמן התגובה לסימנים אלו בתוך חומר הלמידה בתור מדידת ביצועים עבור עומס הקוגניטיבי. שיטת המטלה הכפולה מאפשרת לכן מדידה ישירה של העומס הקוגניטיבי. סדרה של מחקרים בנושא הציגו ראיות כי ביצועי המטלה המשנית מפיקים תוצאות מהימנות ותקפות במדידת עומס קוגניטיבי. שיטת הקצב היא סוג מיוחד של מטלה כפולה שאינה משתמשת בסימנים חיצוניים כלשהם, ולכן נמנעת מהפרעות חושיות בין הדרכת הלמידה למטלה המשנית. שיטה חדשה זו קיבלה תוקף במחקר שבו המטלה העיקרית של המשתתפים הייתה לעבוד עם תוכנית למידת מולטימדיה והמטלה המשנית הייתה לרקוע קצב מסוים עם הרגל, שעליו התאמנו קודם לכן. מכיוון ששתי המטלות דורשות מסוגלות קוגניטיבית, ביצועי המטלה המשנית מספקים מידע לגבי כמות המסוגלות הקוגניטיבית הפנויה. לדוגמא, ביצועים טובים יותר במטלה המשנית מצביעים על כך כי המטלה הראשית צורכת מסוגלות קוגניטיבית קטנה יותר.

באופן מפורט יותר, שיטת הקצב אותה הציגו פארק ובראנקן הינה מטלה הכוללת רקיעה עם הרגל, המשתמשת במקצב של 4/4 באופן הבא: רקיעה-רקיעה-הפסקה-הפסקה/רקיעה-רקיעה-הפסקה-הפסקה… וכן הלאה. הדיוק של הרקיעה חושב בתור הסטייה האינדיבידואלית מהקצב והוכח כי מדובר באינדיקאטור תקף לעומס הקוגניטיבי במהלך למידה בסביבת מולטימדיה. המחקר הראה הבדלים משמעותיים בעומס הקוגניטיבי בכל הנוגע לאפקט הפרטים המפתים (עם פרטים לעומת ללא פרטים) ואפקט המודאליות (טקסט ויזואלי בלבד לעומת הנחייה קולית). דיוק מועט יותר ברקיעה הקצבית נמצא אצל קבוצות עם גרסאות הכוללות עומס קוגניטיבי גבוה (עם פרטים מפתים או טקסטים ויזואליים בלבד, בהתאמה) של הוראות למידת המולטימדיה בהשוואה לקבוצות עם גרסאות הכוללות עומס נמוך (חומר ללא פרטים מפתים או שכולל הנחייה קולית, בהתאמה).

יש לשקול שני תחומים של שימוש בשיטות מטלה-כפולה במחקר, שהם העומס הקוגניטיבי הנוסף ורגישות המדידה. כפי שנכון לומר לגבי כל המדידות הכוללות מטלה משנית, המטלה המשנית גורמת לעומס קוגניטיבי נוסף היכול לפיכך לפגוע בלמידה. בכל הנוגע לשיטת הקצב, אין כיום מחקרים הבוחנים את העומס הקוגניטיבי הנגרם בשל מטלת הרקיעה, והאם המטלה אכן פוגעת בלמידה. בנוגע לרגישות המדידה, מתודולוגיית מטלה-כפולה אינה מתאימה למדידת העומס של אספקט עומס קוגניטיבי בודד. עם זאת, בהינתן השערת הרגישות של תיאוריית העומס הקוגניטיבי, וההסבר התיאורטי כי הפקת קצב עוסקת ספציפית בתהליכים מעכבים הקשורים בתפקודים ניהוליים, הרגישות של שיטה זו צריכה להיות קשורה ברגישות כללית עבור עומס קוגניטיבי כולל.

האינדיקאטורים של מעקב אחר תנועות עיניים עבור פעילות קוגניטיבית הקשורה בעומס קוגניטיבי מבוססים על פיקסציות. ניתוח תנועות עיניים מציע מדידות שונות רבות המספקות מידע מפורט לגבי עיבוד מידע, כולל הקצאה של קשב והפעילות הקוגניטיבית המוקדשת לעיבוד מידע. כאשר הוא נמדד לבדו ללא שימוש באינדיקאטורים נוספים, ניתוח תנועות עיניים מספק רק מידע לגבי העיבוד הוויזואלי במהלך הלמידה. עם זאת, כאשר הוא משולב עם מדידות של ביצועי למידה הוא יכול לספק בנוסף מידע לגבי המיקוד של הפעילות הקוגניטיבית והמאמץ המנטאלי. מדידת זמן הפיקסציה הכולל, מספר הפיקסציות הכולל, הזמן עד הפיקסציה הראשונה והמעבר בין מידע טקסט ותמונה תואם, מספקים מידע לגבי מיקוד הקשב של הלומד במהלך העיבוד הוויזואלי. כפי שניתן ללמוד ממספר מחקרים בנושא, קיימות ראיות לקשר חיובי חזק בין מדידות תנועות עיניים כמו זמן הפיקסציה הכולל לבין העומס הקוגניטיבי, כשזמן פיקסציה ארוך מצביע על עומס קוגניטיבי גבוה. לדוגמא, במהלך למידה הכוללת טקסט וגראפיקה, זמן הפיקסציה הכולל על הגראפיקה הרלוונטית גורם, לפי ההשערה, לעיבוד קוגניטיבי, ומשמש כמידה של הביצועים והעומס הקוגניטיבי.

מדידה נוספת של עיבוד תפיסתי היא מספר הפיקסציות הכולל. בדיוק כמו זמן הפיקסציה הכולל, מספר הפיקסציות הכולל יכול לפי ההשערה לשמש כאינדיקאטור של הפעילות הקוגניטיבית בזמן עיבוד המידע. עבור שתי המדידות, ההנחה היא כי זמני פיקסציה ארוכים ומספר גדול של פיקסציות מצביעים על פעילות קוגניטיבית גבוהה הקשורה בעומס קוגניטיבי גבוה. מדידה נוספת, הקשורה גם היא לפעילות קוגניטיבית בזמן עיבוד מידע, היא מספר המעברים בין מידע טקסט ותמונה תואם. בפרט, ההנחה היא כי המעברים מייצגים תהליכים קוגניטיביים אינטגרטיביים וכי הם קשורים באופן ישיר לבניית סכמות המבוססות על מידע הטקסט והתמונה. לפיכך, ההנחה היא כי מספר גדול של מעברים קשור בעיסוק קוגניטיבי גבוה באינטגרציה של מידע מילולי וויזואלי.

ה- ICA שהוצג על ידי מארשל מבוסס על תגובות קצרות וגדולות בהתרחבות אישונים הנובעות מפעילות קוגניטיבית המזוהות על ידי ניתוח גלונים ומחושבות אוטומטית באמצעות תוכנות ניתוח ייעודיות. היתרון של ICA הוא כי ההתרחבויות הגדולות של האישונים הנובעות מאור מזוהות אוטומטית ומנופות מהניתוח. מארשל, פליידל-פירס ודיקסון הדגימו כי ה- ICA אינו מושפע מאור וכי הוא מצביע באופן אמין על עומס קוגניטיבי תחת תנאי תאורה חלשה וחזקה כאחד. מספר מחקרים שנערכו לאחרונה תומכים ביישומיות של ה- ICA גם עבור מטלות נהיגה ומטלות מתמטיות, אך לא עבור למידה בתנאי הוראת מולטימדיה. דה-ביו וואן דה-לימפוט השתמשו ב-ICA למדידת עומס קוגניטיבי הנוגע לעיבוד מידע עם סוגים שונים של עיתוני אינטרנט. עם זאת, ערכי ה- ICA לא התאימו לתוצאות של דירוגי עומס קוגניטיבי סובייקטיביים או מדידות ביצועים.

שיטות סובייקטיביות למדידת עומס קוגניטיבי

שיטות סובייקטיביות הן בדרך כלל דירוגים של קושי, עיסוק או מאמץ נתפס הקשור במטלה, המתבצעים על ידי המשתתפים במחקר. שתי דוגמאות לשיטות כאלו הן סולם הדירוג הסובייקטיבי של פאס ואינדקס עומס המטלה של נאס”א (NASA TLX). היתרון של השיטות הסובייקטיביות הוא כי הדירוג מספק מידע תקף לגבי החוויה האינדיבידואלית. בנוסף, סולמות דירוג סובייקטיביים הם קלים להטמעה וניתן ליישמם בהקשרי למידה שונים עם תכנים מגוונים וקבוצות משתתפים שונות. מספר מחקרים מראים את ההתאמה של סולמות דירוג למדידת עומס קוגניטיבי. עם זאת, קיימת ביקורת על השימוש בסולמות דירוג בשל בעיות מתודולוגיות הנוגעות לקריטריוני האיכות של אובייקטיביות, תקפות, ומהימנות. בפרט, ראיות לתוקף התוכן הן קריטיות, מפני שקשה ביותר להבדיל בין סוגים שונים של עומס קוגניטיבי בעזרת סולם דירוג סובייקטיבי אוניברסאלי. למרות זאת, ההנחה היא כי סולמות דירוג סובייקטיביים הם הדרך היחידה להבדיל בין האספקטים הבודדים של העומס הקוגניטיבי. חיסרון נוסף הוא כי הדירוג מתבצע רק לאחר פעילויות הלמידה, שאותן המשתתפים נדרשים להעריך. לפיכך, סולמות דירוג אינם מספקים מידע רציף לגבי העומס הקוגניטיבי הממשי במשך תהליך הלמידה. בהתחשב במגבלות אלו, דירוגים סובייקטיביים של עומס קוגניטיבי משמשים לרוב במחקרים הבוחנים למידה והדרכה. בפרט, נראה כי הדירוגים של קושי המטלות מספקים מידע תקף לגבי העומס הקוגניטיבי הפנימי המבוסס על אינטראקטיביות יסודות. במחקר הנוכחי, אנו משתמשים בסולם של פאס, מכיוון שזו השיטה הסובייקטיבית הנפוצה ביותר למדידת עומס קוגניטיבי.

ואריאציות של עומס קוגניטיבי הנגרמות בשל תכנון ההדרכה

על מנת לנתח את ההתאמה של מדידות עומס קוגניטיבי שונות, נדרש לגוון את העומס הקוגניטיבי באופן מבוקר מבחינה ניסויית. על מנת לבצע מניפולציות בעומס הקוגניטיבי במחקר הנוכחי, השתמשנו בפרטים מפתים על מנת לעורר עומס קוגניטיבי גבוה יותר בזמן תהליך הלמידה. פרטים מפתים כוללים מידע נוסף, מעניין ביותר, אך בלתי רלוונטי למטרת הלמידה, בעל השפעה מעכבת על ביצועי הלמידה. ההנחות התיאורטיות העומדות בבסיס השפעה זו מסתמכות על התיאוריה הקוגניטיבית של למידת מולטימדיה ותיאוריית העומס הקוגניטיבי. ההנחה העיקרית היא כי הבדלים בביצועים נגרמים בשל כמויות שונות של צריכת משאבים בזמן למידה עם פרטים מפתים או בלעדיהם, כאשר העומס הקוגניטיבי החיצוני נגרם על ידי העיבוד הנוסף של המידע הלא רלוונטי. במחקר הנוכחי, ההבדלים בעומס הקוגניטיבי יימדדו גם על ידי המידה הסובייקטיבית וגם על ידי המידה האובייקטיבית.

בפרט, מכיוון שאנו מניחים כי גורם העומס הקוגניטיבי החיצוני הוא חיוני עבור מספר השפעות מולטימדיה על הלמידה, המחקר הנוכחי תוכנן לביצוע מניפולציות על העומס החיצוני על מנת להשוות בין השיטות השונות למדידת העומס הקוגניטיבי. ההנחה היא כי העומס הקוגניטיבי הפנימי הינו קבוע, כך שהמידע הנוסף אינו רלוונטי למטרת הלמידה. הפרטים המפתים הם פשוטים להבנה, וניתן לעבדם באופן נפרד מהמידע הרלוונטי, ולכן אינם אומרים להשפיע על אינטראקטיביות היסודות. ההנחה היא העומס הקוגניטיבי הרלוונטי, הנכפה על ידי עיבוד המידע הרלוונטי, אמור להצטמצם בגרסת הפרטים המפתים בשל האפקט הסינרגטי. אנו מצפים כי תרשם עלייה בעומס הקוגניטיבי החיצוני הנגרם בשל עיבוד מידע בלתי רלוונטי נוסף וכי היא תלווה בהפחתה בעיבוד המידע הרלוונטי, כפי שהראה בעבר מחקרו של פארק. ההנחות לגבי העומס הקוגניטיבי הרלוונטי והחיצוני הן נכונות רק עבור המודל המוקדם של תיאוריית העומס הקוגניטיבי. בנוגע למודל המעודכן, המתחשב רק בעומס קוגניטיבי פנימי וחיצוני, ההנחה היא כי העומס הקוגניטיבי החיצוני יגבר ולכן העומס הקוגניטיבי הפנימי יפחת עבור גרסת הפרטים המפתים. ובמקרה של המודל העדכני של תיאוריית העומס הקוגניטיבי, גורם העומס הקוגניטיבי הפנימי המעודכן כולל עתה גם את העומס הקוגניטיבי המתעורר בשל עיבוד המידע הרלוונטי והלמידה.

ניתן לגזור וריאציות נוספות של עומס קוגניטיבי ממאפיינים אינדיבידואלים של הלומד, כמו ידע קודם, יכולת מרחבית או מסוגלות זיכרון עבודה, כשההנחה היא כי הם משפיעים על עיבוד מידע רלוונטי ובלתי רלוונטי או על מורכבות המטלה האינדיבידואלית. בשל כך ביצענו בקרה על מאפיינים אלו במחקר הנוכחי.

מטרת המחקר הנוכחי

המחקר הנוכחי ישווה בין התוצאות של ארבע שיטות הנוגעות ליכולת ההסבר לגבי הפעילות הקוגניטיבית והעומס הקוגניטיבי הקשור בה: 1) שיטת הקצב, 2) ניתוח תנועות עיניים, 3) ICA, 4) דירוגי עומס קוגניטיבי סובייקטיביים. כל שיטה תיבחן לפי מידת ההתאמה שלה ללכידת מידע לגבי עומס קוגניטיבי בתכני למידת מולטימדיה. לשם כך אנו נמדוד את העומס הקוגניטיבי והפעילות הקוגניטיבית בזמן עיבוד מידע, המתעוררים עקב פרטים מפתים בהדרכת המולטימדיה. ההנחה היא כי הנוכחות של פרטים מפתים תגביר את הפעילות הקוגניטיבית הכוללת וכי כל המדידות יצביעו על עומס קוגניטיבי גבוה יותר עבור קבוצת הפרטים המפתים. בנוסף, אנו מניחים כי העלייה בעומס הקוגניטיבי הכולל תגרם בשל עלייה בעומס הקוגניטיבי החיצוני. אנו מניחים, בשל כך, כי ניתוח תנועות עיניים יצביע על ירידה בעיבוד של מידע רלוונטי, יחד עם כמות גדולה של עיבוד מידע נוסף המוקדש לעיבוד מידע הפרטים המפתים, אשר בתורו יגביר את הפעילות הקוגניטיבית עבור עיבוד המידע הכולל ויוביל לירידה בביצועי הלמידה.

שיטה ומקורות מידע

משתתפים ותכנון המחקר

על מנת להשוות בין השיטות השונות למדידת עומס קוגניטיבי, השתמשנו במחקר של שתי קבוצות, כשהפרטים המפתים משמשים כגורם מבדל (עם פרטים מפתים מול ללא פרטים מפתים). כל המשתתפים (N = 50) הם סטודנטים (גיל ממוצע = 22.24, SD = 2.45, 15 גברים, 35 נשים) וחולקו לקבוצות באופן אקראי.

חומרים

שתי הקבוצות עבדו עם תוכנת למידת מולטימדיה העוסקת בתוכן הביולוגי של סינתזת ATP, עם זמן למידה קצוב שהוגדר מראש. התוכנה כוללת 11 שקופיות המציגות מידע למידה רלוונטי בפורמט של איורים וטקסט בצד השמאלי של כל שקופית (איור 1). הוראות למידת המולטימדיה נגעו למבנה והתפקיד של סינתזת ה- ATP, מולקולה תאית האחראית לסינתזה של ATP. המידע הרלוונטי הוצג בתור שילוב של תמונה סטטית והסבר טקסטואלי תואם. המטרה של מטלת הלמידה הייתה להגיע לבנה עמוקה לגבי מבנה המולקולה והצעדים הנפרדים הקשורים בתהליך הסינתזה של ATP, על ידי אינטגרציה של ייצוגי התמונה והטקסט. מטרת הלמידה הוצגה לכל המשתתפים בתחילת מטלת הלמידה. חומר זה שימש בהצלחה במספר מחקרים אחרים לגבי למידת מולטימדיה ובמחקרי תקפות לגבי שיטת הקצב. מצד אחד, הוראות הלמידה נבחרו בשל העובדה כי השוואה בין מדידות עומס קוגניטיבי שונות וניתוח תנועות העיניים יכולה להיות מעניינת במיוחד עבור הדרכת למידה המראה תוצאות שנויות במחלוקת בכל הנוגע לעומס הקוגניטיבי הנמדד על ידי שיטת הקצב ודירוגים סובייקטיביים. מצד שני, ניתן לכל הפחות להניח כי שיטת הקצב היא שיטת תקפה למדידת עומס קוגניטיבי עבור הוראת הלמידה שבחרנו.

איור 1 – דוגמא לשקופית של הדרכת הלמידה, עם פרטים מפתים ובלעדיהם

קבוצת הניסוי עבדה עם גרסת הפרטים המפתים של תוכנת הלמידה, שבה נעשה שימוש במחקרים קודמים. בגרסא זו, מידע נוסף, מעניין במיוחד אך בלתי רלוונטי, הוצג ב- 4 מתוך 11 השקופיות בצורת איורים מונפשים וטקסט תואם בצד הימני של השקופיות (איור 1). בניגוד למידע הרלוונטי, הפרטים המפתים סיפקו מידע לגבי התועלת של ATP שאינו חלק ממטרת הלמידה. לפי מחקרים קודמים, הפרטים המפתים נבחרו לפי האספקטים הבאים: רמת עניין, חוסר רלוונטיות, ממשות, תמציתיות, רגשיות וקשר לנושא הרלוונטי.

זמן המטלה מבוקר כך שלכל המשתתפים ניתנה אותה כמות זמן לעבד את המידע המוצג בכל שקופית. זמן ההצגה של כל שקופית היה זמן קריאה ממוצע שנבדק אמפירית עבור גרסת הפרטים המפתים של השקופית, כך שללומדים בקבוצת הפרטים המפתים ניתן מספיק זמן לעבד את כל המידע. הזמן הכולל של הדרכת הלמידה נקבע כ- 11 דקות ו- 40 שניות.

מדידות

אמצעי בקרה

מסוגלות זיכרון העבודה, יכולת מרחבית, מוטיבציית למידה, וידע קודם שימשו כאמצעי בקרה. מסוגלות זיכרון העובדה נמדדה על מבחן הזיכרון המתעדכן הנומרי של אוברהאואר. היכולת המרחבית בוקרה על ידי מבחן קיפול נייר וסיבוב קלפים מתוקנן. על מנת לבחון את מוטיבציית הלמידה של המשתתפים, נעזרנו בגרסא מקוצרת של מלאי מוטיבציית בית הספר (Inventory of School Motivation, ISM) בן 100 הפריטים, אלפות קרונבך = .83 לבסוף, הידע הקודם נמדד באמצעות שאלון שכלל 4 שאלות בחירה מרובה ו- 7 שאלות פתוחות, אלפות קרונבך = .72

מבחן ביצועי למידה

הצלחת הלמידה נאמדה באמצעות מבחן ביצועי למידה המורכב מ- 12 פריטים. כל הפריטים ענו על פרמטרי פריטים משביעי רצון עם אינדקס קושי של .20 < pi < .80. הבידול בין שתי רמות של עיבוד קוגניטיבי נדרש נשקל באמצעות שני סולמות המשנה של שימור והבנה. סולם המשנה של השימור כלל 5 פריטים, שלושה בפורמט של בחירה מרובה ושתי תגובות פתוחות, עם אלפות קרונבך של .73 (פריט לדוגמא: 1) “המטריקס הוא…” – החלק הפנימי של המיטוכונדריה; החלל בין הממבראנות; מבנה תא מאוחד ברקמות; החלל מחוץ למיטוכונדריה; 2) תאר את המונח “כוח מניע-פרוטון”). סולם המשנה של ההבנה כלל 7 פריטים, 4 בפורמט של בחירה מרובה ושלוש תגובות פתוחות, עם אלפת קרונבך של .75 (דוגמא לפריט: 1) “מהו התפקיד של קומפלקס FO של סינתזת ה- ATP?” – העברת פרוטונים למטריקס; העברת פרוטונים לחלל בין הממבראנות; יצירת כוח מניע-פרוטונים; יצירת גרדיאנט הפרוטון; 2) “הסבר שלוש דרישות ליכולת הפעולה של סינתזת ה- ATP”).

שיטת הקצב

שיטת הקצב, שהוצגה על ידי פארק ובראנקן, תועדה בעזרת תוכנת פסיכולוגיה E-Prime יחד עם תיבת תגובה ופדל רגל תואם. לפני הלמידה, שיטת הקצב הוצגה למשתתפים. ראשית, הם התבקשו להאזין לקצב (שלוש יחידות קצב לדוגמא: רקיעה-רקיעה-הפסקה-הפסקה, רקיעה-רקיעה-הפסקה-הפסקה, רקיעה-רקיעה-הפסקה-הפסקה וכן הלאה) ולארח מכן הם התבקשו לרקוע את הקצב בליווי הדוגמא הקולית, ואחר כך הם התבקשו להתאמן על המקצב לבדם. על מנת לעבור את חלק האימון, המשתתפים נדרשו לרקוע את הקצב במשך 60 שניות עם פחות מ- 20% סטייה מהקצב הנתון. תיעוד 60 שניות אלה שימש בתור בסיס קצבי לצורך חישוב הדיוק במהלך מטלת הלמידה. ניתוח ביצועי הקצב מבוסס על האינטרוול בין הרקיעות שהוא הזמן בין שתי רקיעות. קיים רכיב קצב קצר וארוך, כלומר, אינטרוול בין רקיעות. האינטרוול הקצר בין הרקיעות הוא אינטרוול ה”רקיעה-רקיעה” בין שתי הרקיעות הראשונות של כל יחידת קצב. האינטרוול הארוך בין הרקיעות הוא אינטרוול ה”רקיעה-הפסקה-הפסקה-רקיעה” מהרקיעה השנייה של הקצב לרקיעה הראשונה של יחידת הקצב הבאה. עבור המשך הניתוח, התקבלו כל האינטרוולים בין הרקיעות שהיו גבוהים מ- 250 ms, שהיא נקודת החיתוך הנמוכה של זמן התגובה המקובלת במחקרי זמן תגובה. לפיכך, זהו זמן האינטרוול הקצר ביותר שאותו יכלו המשתתפים לרקוע באופן מודע. בקצה העליון של המדידה, כל האינטרוולים בין הרקיעות התקבלו אם הם היו שווים לזמן האינטרוול של 2000 ms של כל יחידת הקצב, או אם הם היו מהירים ממנו (אינטרוול בין רקיעות קצר = 500 ms, אינטרוול “רקיעה-רקיעה” + אינטרוול בין רקיעות ארוך = 1500 ms, אינטרוול “רקיעה-הפסקה-הפסקה-רקיעה”). ערכים שעלו על 1000 ms הוקצו לרכיב הקצב הארוך; ערכים מתחת ל- 1000 ms הוקצו לרכיב הקצב הקצר. לפיכך, האינטרוול בין הרקיעות התקף עבור רכיב הקצב הקצר נמצא בין 250 ל- 1000 ms והאינטרוול בין הרקיעות התקף עבור רכיב הקצב הארוך נמצא בין 1000 ל- 2000 ms. האינטרוולים בין הרקיעות ונקודת החיתוך של 1000 ms נבחרו בהתאם למספר מחקרי פיילוט, שהראו כי קריטריונים אלו מהווים אינדיקאטורים מהימנים עבור ביצועי קצב. עבור ניתוח שיטת הקצב, הדיוק חושב בתור הסטייה האינדיבידואלית מערכי הקצב הממוצעים במהלך הלמידה. ניתוחים נפרדים נערכו עבור רכיבי הקצב הקצר והארוך עם מקדמי חציית גוטמן של r = .938 ו- r = .929, בהתאמה, וסיפקו ראיות לעקביות פנימית מצוינת עבור שני הרכיבים.

ניתוח תנועות עיניים

תנועות העיניים של המשתתפים תועדו בעזרת מערכת מעקב מרוחקת (Tobii TX300) בזמן שעבדו על תכנית הלמידה. מערכת המעקב שולבה במוניטור של 23 אינץ’ TFT (1929 X 1080 פיקסלים) ופועלת בקצב דגימה של 300 Hz. תנועות העיניים של המשתתפים נותחו בעזרת תוכנת EyeWorks ופילטר פיקסציה סטנדרטי עם משך מינימאלי של 100 ms וטווח מקסימאלי של 30 פיקסלים. המשתתפים התבקשו להניח את ראשם על משען סנטר שהורכב על שולחן מול מערכת המעקב, על מנת לשפר את דיוק התיעודים. רק המשתתפים עם דיוק כיול גבוה בכל נקודות הכיול התקבלו למחקר. כל המשתתפים נבחנו תחת אותם תנאי תאורה, במעבדה ללא חלונות וללא השפעה של אור טבעי. כל אזורי העניין (AOI) הוגדרו עבור טקסטים רלוונטיים ותמונות רלוונטיות בכל שקופית של הדרכת הלמידה, וכמו גם עבור הטקסטים והתמונות של הפרטים המפתים. ניתוח נתוני תנועות העיניים התמקד בזמן הפיקסציה הכולל ובמספר הפיקסציות הכולל ב- AOI של הטקסטים והתמונות וכמו גם ב- AOI של המעברים בין הטקסט לתמונה. עבור הניתוח של המעברים של הלומדים בין ה- AOI של הטקסט והתמונה, מספר המעברים נספר אוטומטית על ידי תוכנת הניתוח. תנועות העיניים על AOIs של המידע הרלוונטי, כולל מעברים בין AOIs רלוונטיים של טקסט ותמונה, הוקצו לעיבוד של מידע רלוונטי. תנועות עיניים על AOIs של מידע פרטים מפתים, כולל מעברים בין AOIs של טקסט ותמונה מפתים, וכמו גם מעברים בין AOIs של פרטים רלוונטיים לא-קשורים ומפתים, הוקצו לעיבוד מידע לא רלוונטי. עבור הניתוח של עיבוד המידע הכולל, כמות עיבוד המידע הלא רלוונטי התווספה לכמות עיבוד המידע הרלוונטי עבור קבוצת הפרטים המפתים.

ICA

אינדקס הפעילות הקוגניטיבית (ICA) שהוצג לראשונה על ידי מארשל, חושב אוטומטית על ידי תוכנת EyeWorks בהתאם לניתוח הפיקסציות.

דירוגי עומס קוגניטיבי סובייקטיביים

העומס הקוגניטיבי הכולל נמדד באמצעות דירוגים סובייקטיביים של מאמץ מנטאלי וקושי מטלות. המשתתפים התבקשו לדרג את העומס הקוגניטיבי וקושי המטלה כפי שהם תופסים אותם, על סולם לייקרט בן 7 נקודות. העומס הקוגניטיבי נאמד פעם אחת מיד לאחר הצגת 3 שקופיות הכוללות פרטים מפתים (לאחר שקופית 4 מתוך 11), ופעם נוספת לאחר השלמת השיעור (לאחר שקופית 11 מתוך 11). נקודת הזמן הראשונה לדירוג הסובייקטיבי של העומס הקוגניטיבי נבחרה בהתאם למבנה השיעור על מנת למזער הפרעות לתהליך הלמידה. בכל נקודה, הלומדים התבקשו להעריך את העומס הקוגניטיבי שלהם ואת קושי המטלה, על ידי הקלקה על הדירוג שהשלים את ההצהרה הבאה באופן המוצלח ביותר: “בזמן העבודה על חומר הלימודים, המאמץ המנטאלי שלי היה…”/”כמה קל או קשה היה להבין את חומר הלימוד?”, כשהדירוגים נעים בין “מאוד נמוך/קל”, “נמוך/קל”, “נמוך למדי/קל למדי”, “לא נמוך/קל ולא גבוה/קשה”, “גבוה למדי/קשה למדי”, “גבוה/קשה”, ועד ל”מאוד גבוה/מאוד קשה”. כפי שהראו מספק מחקרים קודמים, התזמון של דירוגי העומס הקוגניטיבי יכול להשפיע על התוצאות, ולכן דירוגי העומס הקוגניטיבי הסובייקטיביים מנותחים ומדווחים בנפרד.

ההליך

המשתתפים הוקצו אקראית לקבוצת הבקרה או לקבוצת הניסוי ונבחנו במפגשים פרטיים. המפגש החל במבחן מוטיבציית הלמידה, ולאחריו מבחן מסוגלות זיכרון העבודה, מבחן היכולת המרחבית ואומדן הידע הקודם. לאחר מכן כל משתתף קיבל הדרכה לגבי שיטת הקצב וקיבל זמן להתאמן על המקצב. המשתתפים שעברו את חלק האימון המשיכו לתוכנית למידת ה- ATP, כשקבוצת הניסוי עובדת עם גרסת הפרטים המפתים וקבוצת הבקרה עובדת עם הגרסא ללא פרטים מפתים של הדרכת למידת המולטימדיה. בזמן הלמידה, ביצועי שיטת הקצב תועדו על ידי תוכנת E-Prime ותנועות העיניים של המשתתפים תועדו אוטומטית על ידי מכשיר מעקב. סולם הדיווח העצמי של העומס הקוגניטיבי הוצג פעם אחת בזמן תהליך הלמידה לאחר שקופית 4, ופעם נוספת בסוף מפגש הלמידה. לבסוף, המשתתפים השלימו את מבחן ביצועי הלמידה. המפגש כולו נמשך כ- 90 דקות.

תוצאות ומסקנות

כל ניתוחי הנתונים נערכו עם הגורם המבדל של הפרטים המפתים (עם פרטים מפתים ובלעדיהם). ניתוחים נפרדים נערכו עבור ביצועי הלמידה ומדידות העומס הקוגניטיבי השונות, שקובצו יחד בהתאם לאינטר-קורלציות שלהן. ה- MANOVA הראשונה בדקה את ביצועי הלמידה, שכללו שימור והבנה. ה- MANOVA השנייה נערכה עבור כל תנועות העיניים יחד עם דירוגי העומס הקוגניטיבי הסובייקטיביים, בגלל קורלציה גבוהה בין הדירוגים של קושי המטלה לאחר שקופית 4 לבין מספר המעברים הרלוונטיים, r = -.46, p = .001. הניתוח האחרון, ANOVA, נערך לגבי נתונים הקשורים לשיטת הקצב. רק משתתפים עם פחות מ- 25% ערכים חסרים בתיעודי תנועות העיניים ובמהלך ביצועי המטלה המשנית נכללו בניתוח תנועות העיניים וביצועי הקצב.

אמצעי בקרה

שתי הקבוצות לא היו שונות זו מזו במידה משמעותית בכל הנוגע לאמצעי הבקרה של יכולת מרחבית, F(1, 48) = 1.20, n.s, ידע קודם, F < 1, מסוגלות זיכרון עבודה, F(1, 48) = 2.71, n.s, או מוטיבציית למידה, F < 1. בנוסף, השקופית הראשונה של תכנית הלמידה המציגה רק טקסט, שהיא זהה עבור כל המשתתפים, שימשה כבקרה עבור המשתנים של תנועות העיניים ושיטת הקצב. לא נמצאו כל הבדלים משמעותיים בין הקבוצות בכל הנוגע למשך המבט, ICA, מספר הפיקסציות וזמן הפיקסציות הכולל, Fs < 1. הסטייה בשיטת הקצב הראתה הבדל משמעותי בין הקבוצות עבור רכיב הקצב הקצר, F(1, 48) = 6.06, p = .017, η2 = .12, אך לא עבור רכיב הקצב הארוך, F < 1, כך שרכיב הקצב הקצר הושמט מניתוחים נוספים. על מנת לבקר השפעות תאורה עבור ה- ICA, נערך מבחן t עבור המשתנים התלויים בין ה- AOIs של הפרטים המפתים והמידע הרלוונטי. התוצאות מראות כי לא קיימת השפעה משמעותית על ערכי ה- ICA, t(22) = .59, n.s, בין ה- AOIs של הפרטים הרלוונטיים והפרטים המפתים.

ביצועי למידה

ה- MANOVA הראשונה עבור ביצועי למידה הצביעה על אפקט הפרטים המפתים, F(3, 46) = 4.42, p = .008, η2 = .22. מבחני משתנה בודד הראו ירידה משמעותית בהבנה, F(1, 48) = 6.01, p < .05, η2 = .11, ובשימור, F(1, 48) = 8.82, p = .005, η2 = .16, עבור קבוצת הפרטים המפתים (טבלה 1).

מדידות עומס קוגניטיבי

ה- MANOVA השנייה נערכה עבור כל המדידות של תנועות העיניים, כולל ICA והדירוגים הסובייקטיביים של העומס הקוגניטיבי. הניתוח של משתני תנועות העיניים נערך עבור כל ה- AOIs על פני כל שקופיות הפרטים המפתים. כל המשתנים עברו השוואה למציאת הבדלים הנוגעים לתנועות העיניים רק על ה- AOIs הרלוונטיים, ועל ה- AOIs הרלוונטיים כולל ה- AOIs של הפרטים המפתים עבור קבוצת הבקרה. ה- MANOVA חשפה את אפקט הפרטים המפתים, F(23, 20) = 43.81, p < .001, η2 = .98.

טבלה 1: ממוצעים וסטיות תקן בביצועי הלמידה של שני המצבים.

מבט

מבחני משתנה בודד עבור זמן המבט הכולל על פני כל שקופיות הפרטים המפתים מראים אפקט פרטים מפתים על זמן המבט הכולל ב- AOIs של התמונות הרלוונטיות, F(1, 42) = 26.93, p < .001, η2 = .39, וב- AOIs של הטקסט הרלוונטי, F(1, 42) = 10.22, p = .003, η2 = .20, עם זמני מבט קצרים משמעותית בקבוצת הפרטים המפתים. הוספת זמן המבט הכולל עבור ה- AOIs של הפרטים המפתים מנטרל את אפקט הפרטים המפתים עבור ה- AOIs של התמונות, F(1, 42) = 2.67, n.s, והופך את התוצאות הנוגעות ל- AOIs של הטקסט לכיוון קבוצת הפרטים המפתים, עם זמני מבט ארוכים משמעותית על פני כל ה- AOIs, F(1,42) = 6.62, p = .014, η2 = .14. עם זאת, לא נמצא כל הבדל משמעותי בין הקבוצות בכל הנוגע לזמן המבט הכולל על פני כל ה- AOIs עם טקסט ותמונה, F(1, 42) = 2.16, n.s, ממצא המלמד כי המבט הכולל בשתי הקבוצות הוקדש לעיבוד מידע בזמנים שווים (טבלה 2).

זמן הפיקסציה

מבחני משתנה בודד עבור זמן הפיקסציה הכולל על כל שקופיות הפרטים המפתים מראים אפקט פרטים מפתים על זמן הפיקסציה הכולל של ה- AOIs של התמונה הרלוונטית, F(1, 42) = 16.41, p < .001, η2 = .28, עם זמני פיקסציה קצרים משמעותית בקבוצת הפרטים המפתים, אך ללא אפקט על ה- AOIs של הטקסט הרלוונטי, F < 1. הוספת זמן הפיקסציה הכולל עבור ה- AOIs של הפרטים המפתים מנפה את אפקט הפרטים המפתים לגבי AOIs של תמונות, F(1, 42) = 2.77, n.s, ומפנה את התוצאות הנוגעות ל- AOIs של הטקסט לכיוון קבוצת הפרטים המפתים, עם זמן פיקסציה כולל ארוך משמעותית אצל כל ה- AOIs, F(1, 42) = 6.37, p = .015, η2 = .13. לא נמצא כל הבדל משמעותי בין הקבוצות בכל הנוגע לזמן הפיקסציה הכולל על פני כל ה- AOIs עם טקסט ותמונה, F(1, 42) = 1.29, n.s (טבלה 3).

טבלה 2: ממוצעים וסטיות תקן של זמן המבט הכולל בשניות, עבור כל שקופיות הפרטים המפתים.

טבלה 3: ממוצעים וסטיות תקן של זמן הפיקסציה הכולל בשניות, עבור כל שקופיות הפרטים המפתים.

מספר הפיקסציות

מבחני משתנה בודד עבור מספר הפיקסציות אצל כל שקופיות הפרטים המפתים מראים אפקט פרטים מפתים על מספר הפיקסציות הכולל על ה- AOIs של התמונות הרלוונטיות, F(1,42) = 18.27, p < .001, η2 = .30, עם מספר קטן משמעותית של פיקסציות בקבוצת הפרטים המפתים, אך ללא השפעה על ה- AOIs של הטקסט הרלוונטי, F(1, 42) = 1.62, n.s. הוספת מספר הפיקסציות הכולל על ה- AOIs של הפרטים המפתים מנפה את אפקט הפרטים המפתים לגבי AOIs של תמונות, F < 1, ולא נמצאה השפעה על מספר הפיקסציות הכולל על כל ה- AOIs של טקסטים, F(1, 42) = 1.26, n.s, או לגבי כל ה- AOIs הכוללים טקסט ותמונה, F < 1 (ראה טבלה 4).

מעברים

מבחני משתנה בודד לגבי מעברים נערכו עבור מספר המעברים האינטגרטיביים מהטקסט ל- AOIs של התמונה הרלוונטית הקשורה, והמספר של כל המעברים בין AOIs של טקסט ותמונה, כולל מעברים אינטגרטיביים בין AOIs של פרטים מפתים ומעברים לא-אינטגרטיביים בין AOIs של תמונה וטקסט שאינם קשורים. בנוסף, זמן הפיקסציה הכולל על AOIs של תמונות לאחר מעבר אינטגרטיבי רלוונטי נכלל גם הוא בניתוח. התוצאות מראות אפקט פרטים מפתים על מספר המעברים בין ה- AOIs הרלוונטיים של טקסט ותמונה, F(1, 42) = 10.57, p = .002, η2 = .20, ועבור זמן הפיקסציה הכולל על ה- AOIs של תמונות לאחר מעברים אינטגרטיביים, F(1, 42) = 32. 16, p < .001, η2 = .43, עם מספר קטן משמעותית של מעברים וזמני פיקסציה קצרים יותר בקבוצת הפרטים המפתים. הוספת המספר הכולל של מעברים בין ה- AOIs של הפרטים המפתים ובין AOIs של פרטים רלוונטיים ומפתים הופך את אפקט הפרטים המפתים לגבי מספר המעברים הכולל, F(1, 42) = 5.45, p = .024, η2 = .12, כשבקבוצת הפרטים המפתים נרשם מספר גבוה משמעותית של מעברים (טבלה 5).

טבלה 4: ממוצעים וסטיות תקן של מספר הפיקסציות הכולל, עבור כל שקופיות הפרטים המפתים.

טבלה 5: ממוצעים וסטיות תקן של המעברים בין AOIs של טקסט ותמונה וזמן הפיקסציה הכולל לאחר מעבר, עבור כל שקופיות הפרטים המפתים.

ICA

מבחני משתנה בודד לגבי ערכי ה- ICA הממוצעים עבור כל שקופיות הפרטים המפתים אינם מראים אפקט פרטים מפתים על AOIs של תמונות רלוונטיות, AOIs של טקסטים רלוונטיים ו- AOIs של כל התמונות, כל Fs < 1, כל ה- AOIs של הטקסטים, F(1, 42) = 2.70, n.s, או מספר ה- ICA הכולל אצל כל ה- AOIs, F < 1 (טבלה 6).

דירוגים סובייקטיביים

מבחני משתנה בודד לגבי הדירוגים הסובייקטיביים של העומס הקוגניטיבי אינם מראים התקיימות של אפקט פרטים מפתים על הדירוג של המאמץ המנטאלי לאחר שקופית 4, F(1, 42) = 2.40, n.s, הדירוג של קושי המטלה לאחר שקופית 4, או הדירוגים של מאמץ מנטאלי וקושי מטלה לאחר השקופית האחרונה של הדרכת הלמידה, כל Fs < 1 (טבלה 7).

שיטת הקצב

ערכנו MANOVA אחרונה עבור שיטת הקצב. התוצאות מראות אפקט פרטים מפתים לגבי כל שקופיות הפרטים המפתים עם הפחתה משמעותית בביצועי המטלה הכפולה אצל קבוצת הפרטים המפתים, F(1, 44) = 4.10, p < .049, η2 = .09. הירידה בביצועי המטלה הכפולה נלמדת מעלייה גדולה יותר בסטייה הממוצעת מרכיב הקצב הארוך אצל קבוצת הפרטים המפתים, (M = 141.68 ms, SD = 50. 78 ms), בניגוד לקבוצה ללא פרטים מפתים (M = 113.49 ms, SD = 43.32 ms).

טבלה 6: ממוצעים וסטיות תקן של ICA עבור שני המצבים.

טבלה 7: ממוצעים וסטיות תקן של דירוגי העומס הקוגניטיבי עבור שני המצבים.

קורלציות בביצועי למידה

הקורלציות בין מדידות העומס הקוגניטיבי ובין ההצלחה בלמידה מראות קשר משמעותי בין תוצאות שיטת הקצב לבין הבנה, r = -.48, p = .001, ושימור, r = -.35, p = .002, עם ירידה בביצועי הלמידה ועלייה בסטייה מן הקצב. הדירוגים הסובייקטיביים לגבי קושי המטלות מראים יחסים משמעותיים עם הבנה, r = -.48, p = .000, לאחר שקופית 4, ו- r = -.32, p = .025 לאחר השקופית האחרונה של הדרכת הלמידה. דפוס דומה קיים לגבי שימור לאחר שקופית 4, r = -.46, p = .001, ולאחר השקופית האחרונה, r = -.39, p = .005, עם ירידה בביצועי הלמידה ועלייה בדירוג של קושי המטלות. לא נמצאו קשרים משמעותיים בין דירוגי המאמץ המנטאלי וההצלחה בלמידה.

מדידות תנועות העיניים של עיבוד מידע רלוונטי מראות יחסים משמעותיים עם ההבנה ועם מספר הפיקסציות על ה- AOIs של הטקסט הרלוונטי, r = .31, p = .040, מספר הפיקסציות על ה- AOIs של התמונה הרלוונטית, r = .37, p = .010, וזמן הפיקסציה לאחר מעברים רלוונטיים, r = .36, p = .010. לגבי שימור, התוצאות מראות יחסים משמעותיים עם מספר הפיקסציות על ה- AOIs של תמונות רלוונטיות, r = .29, p = .046, זמן הפיקסציה על AOIS של תמונות רלוונטיות, r = .35, p = .016, מספר המעברים הרלוונטיים, r = .29, p = .047, ולבסוף, זמן הפיקסציה לאחר מעברים רלוונטיים, r = .42, p = .003. כל הקורלציות מראות עלייה בעיבוד המידע הקשור בעלייה בביצועי הלמידה.

קורלציות במדידות עומס קוגניטיבי

הקורלציות בין מדידות העומס הקוגניטיבי השונות אינן מראות כל קשר לתוצאות שיטת הקצב. עם זאת, נמצא קשר משמעותי לגבי דירוגי קושי המטלה לאחר שקופית 4 ומספר המעברים הרלוונטיים, r = -.46, p = .001, עם ירידה בעיבוד מידע רלוונטי ועלייה בדירוג קושי המטלה. בנוסף, נמצאו קורלציות חיוביות משמעותיות לגבי הדירוג הראשון של קושי המטלה והדירוג השני של קושי המטלה, r = .56, p = .000, הדירוג השני של קושי המטלה והדירוג השני של המאמץ המנטאלי, r = .51, p = .000, הדירוג הראשון של מאמץ מנטאלי והדירוג השני של המאמץ המנטאלי, r = .69, p = .000, ולגבי הדירוג הראשון של המאמץ המנטאלי והדירוג השני של קושי המטלה, r = .38, p = .006.

בסך הכול, התוצאות מאששות את האפקט המעכב של פרטים מפתים על ביצועי למידה ועל עיבוד תפיסתי. תוצאות שיטת הקצב תומכות באופן ברור בהנחה לגבי עלייה בעומס הקוגניטיבי הנגרמת מפרטים מפתים. בנוסף, המדידות השונות של העומס הקוגניטיבי מראות תוצאות שונות, כשהירידה בביצועי המטלה הכפולה מצביעה על עומס קוגניטיבי גדול יותר אצל קבוצת הפרטים המפתים, בעוד שאינדקס הפעילות הקוגניטיבית, יחד עם דירוגי המאמץ המנטאלי וקושי המטלות, אינם מראים הבדלים משמעותיים כלשהם בין הקבוצות. תוצאות מדידות תנועות העיניים, בסך הכול, מצביעות על פעילות קוגניטיבית נמוכה יותר אצל קבוצת הפרטים המפתים בכל הנוגע לעיבוד מידע תמונות רלוונטי, אך על עלייה בפעילות הקוגניטיבית בכל הנוגע לעיבוד הכולל של מידע טקסטואלי רלוונטי ומפתה. הוספת תנועות העיניים המוקדשות לעיבוד מידע הפרטים המפתים מעלה את הערכים הממוצעים עבור כל מדידות תנועות העיניים ומשווה את אפקט הפרטים המפתים לגבי מידע תמונות רלוונטי. הערכים הממוצעים של הפעילות הקוגניטיבית המוקדשת לעיבוד מידע רלוונטי ומידע פרטים מפתים מצביעים על פעילות קוגניטיבית כוללת גבוהה יותר אצל קבוצת הפרטים המפתים עם הבדלים משמעותיים בכל הנוגע לזמן הפיקסציה הכולל על AOIs של טקסטים ומספר המעברים הכולל. לפיכך, תוצאות אלו תומכות בנוסף בהנחה לגבי עלייה בעומס הקוגניטיבי הנגרם מפרטים מפתים.

דיון

התוצאות הכוללות של שיטת הקצב וניתוח תנועות העיניים מאששות את ההנחות התיאורטיות שלנו ותומכות בהסבר העומס הקוגניטיבי של אפקט הפרטים המפתים, עם עלייה בעומס הקוגניטיבי החיצוני הנובע מעיבוד המידע הנוסף. המחקר מדגים בנוסף את ההתאמה ואת המגבלות של מדידות אובייקטיביות שונות לגבי מדידה ישירה ורצופה של עומס קוגניטיבי במהלך למידת מולטימדיה.

השיטה הראשונה למדידה אובייקטיבית של עומס קוגניטיבי בה נדון היא שיטת הקצב. מכיוון שתוצאות שיטת הקצב מראות קורלציות שליליות גם לגבי הבנה וגם לגבי שימור, ניתן להסיק כי השיטה מודדת עומס קוגניטיבי הרלוונטי ללמידה וכי היא רגישה למניפולציות של העומס הקוגניטיבי החיצוני. בנוסף, התוצאות עקביות לשני המודלים של תיאוריית העומס הקוגניטיבי, כשההנחה היא כי עומס קוגניטיבי חיצוני גבוה גורם לירידה בביצועי למידה. עם זאת, תוצאות שיטת הקצב אינן מבדילות בין הגורמים השונים של העומס הקוגניטיבי. המסקנה היחידה שהיא ברת קיימא היא כי למשתתפים בקבוצת הפרטים המפתים הייתה פחות מסוגלות קוגניטיבית זמינה על מנת לעסוק במטלה הכפולה ובאופן כללי ניתן להסיק כי ייתכן וממצא זה נובע מעלייה בעומס הקוגניטיבי הכולל.

שיטת המדידה האובייקטיבית השנייה בה נדון היא ניתוח תנועות עיניים. בתחילה, ההנחה הייתה כי תנועות עיניים מייצגות את מיקוד הקשב והפעילות הקוגניטיבית הנוגעים לעיבוד מידע. עם זאת, הקורלציות החיוביות עבור ביצועי הלמידה ועיבוד המידע הרלוונטי במחקר הנוכחי תומכות בהנחה כי תנועות עיניים מספקות בנוסף מידע לגבי עומס קוגניטיבי המוקדש ללמידה. נתוני המעקב אחר תנועות עיניים מציגים עיבוד שטחי של מידע רלוונטי וכמות גדולה של עיבוד מידע לא רלוונטי אצל קבוצת הפרטים המפתים, עם עלייה בעיבוד המידע הכולל. שוב, תוצאות אלו הן עקביות לשני המודלים של תיאוריית העומס הקוגניטיבי, כשההנחה היא כי הירידה בעיבוד של מידע רלוונטי משקפת ירידה בתהליכים קוגניטיביים, המוסברת על ידי עומס קוגניטיבי רלוונטי בתיאוריה המוקדמת של עומס קוגניטיבי ועל ידי עומס קוגניטיבי פנימי במודל המעודכן. העיבוד הנוסף של מידע לא רלוונטי מוביל לעלייה בעיבוד המידע הכולל אצל קבוצת הפרטים המפתים, שניתן להמשיך ולהניח כי היא משקפת תהליכים קוגניטיביים המוקדשים לגורם העומס הקוגניטיבי החיצוני. עם זאת, הקורלציות השליליות המשמעותיות בין עיבוד מידע לא רלוונטי לבין ביצועי למידה אינן נכללות במחקרנו. מגבלה זו של ניתוח תנועות העיניים כנראה נובעת מפורמט ההצגה. במחקר הנוכחי, הניתוח מתמקד בשקופיות למידה המציגות מידע רלוונטי ובלתי רלוונטי על אותה שקופית, ובאותה מודאליות. לפיכך, ההבדלה בין עיבוד מידע רלוונטי ובלתי רלוונטי הייתה אפשרית, והיא אפשרה פרשנות המשקפת את הפעילות הקוגניטיבית המוקדשת לגורמי העומס הקוגניטיבי האינדיבידואליים. מחקרים נוספים שייערכו בעתיד צריכים לבחון פורמטים סותרים של הצגה, על ידי בדיקה, לדוגמא, של אפקט המודאליות עם הצגת קריינות טקסט ולבדוק אפשרויות דומות להיעזר בניתוח תנועות עיניים על מנת לאפשר צפייה בתנועות עיניים ולהשיג גישה מבדלת לגורמי העומס הקוגניטיבי התואמים.

השיטה האובייקטיבית השלישית בה נדון היא ה- ICA. תוצאות ה- ICA אינן מראות הבדלים כלשהם בין הקבוצות ולא נמצאו קורלציות משמעותיות לגבי ההצלחה בלמידה, תוצאות שיטת הקצב או הדירוגים הסובייקטיביים של המאמץ המנטאלי וקושי המטלות. הסבר אפשרי אחד הוא כי תוצאות ה- ICA נגרמו בשל דרישות המטלה בהתאם לעיבוד המידע הוויזואלי וכי ה- ICA אינו רגיש לעיבוד קוגניטיבי מסדר גבוה יותר כמו אינטגרציית מידע ובניית מודלים מנטאליים. הנחה זו נתמכת על ידי תוצאות ניתוח תנועות העיניים, כשהפעילות הקוגניטיבית המשמעותית מהסדר הגבוה אצל קבוצת הפרטים המפתים נלמדת רק מהמספר הכולל של המעברים. הסבר אפשרי נוסף הוא כי ה- ICA הוא רגיש לעומס קוגניטיבי הנגרם ממטלות מרובות או ממורכבות המטלות. במחקר הנוכחי, שתי הקבוצות קיבלו מטרת לימוד עיקרית ומטלת רקיעה משנית עם אותה מידת מורכבות עבור מטלת הלימוד, כפי שהוגדרה על ידי אינטראקטיביות היסודות של למידת המידע הרלוונטי. באופן מנוגד, המחקרים של מארשל ומארשל ועמיתיו שנערכו על מנת להדגים את הפונקציונאליות של ה- ICA השתמשו במערך אקספרימנטאלי, המשווה בין מצבים שונים של הפעלה קוגניטיבית או מיישם מניפולציות של העומס הקוגניטיבי על ידי הוספת מטלה נוספת על מנת להגביר את מורכבות המטלה. מחקרים עתידיים צריכים לבחון וריאציות ברות-השוואה במורכבות המטלות לגבי מטלות למידה ומניפולציות של ההפעלה הקוגניטיבית. עם זאת, ה- ICA אינו מראה רגישות כלשהי למניפולציות של עומס קוגניטיבי חיצוני במחקר הנוכחי וייתכן כי הוא אינו מתאים למחקר מולטימדיה מסוג זה.

התוצאות של המדידות הסובייקטיביות במחקר הנוכחי מספקות השלכות תיאורטיות ומעשיות לגבי היישומיות של דירוגים סובייקטיביים. הדירוגים של קושי המטלות מראים קורלציות שליליות משמעותיות עם ההצלחה בלמידה ומדידות תנועות העיניים, אך עם זאת לא נרשמו הבדלים כלשהם בין הקבוצות. תוצאות אלו הן עקביות לתוצאות של איירס ותומכות בהנחה כי המשתתפים יכולים לדרג את הקושי האינדיבידואלי של המטלות באופן מהימן. במחקרנו הנוכחי, התוצאות תומכות בהנחה כי הדירוג של קושי המטלה לא הושפע על ידי גורם בין-הסובייקטים וכי העומס הקוגניטיבי הפנימי הנובע מאינטראקטיביות היסודות ומורכבות המטלה לא הושפע מההצגה של פרטים מפתים. התוצאות תומכות בבידול המוצע, כשדירוגי קושי המטלה מודדים עומס קוגניטיבי פנימי רק עבור המודל המוקדם של תיאוריית העומס הקוגניטיבי. לפי המודל המעודכן, נראה שהדירוג של קושי המטלות אינו מספיק למדידת העומס הקוגניטיבי הפנימי מפני שהפעילות הקוגניטיבית העוסקת במורכבות המטלה הנתונה נכללת בגורם זה והמשתתפים היו אמורים לתת דירוג נמוך יותר של העומס הקוגניטיבי עבור גרסת הפרטים המפתים, מכיוון שתנועות העיניים מראות ירידה בעיבוד של למידת מידע רלוונטי. הסבר אפשרי אחד הוא כי גורמי העומס הקוגניטיבי החיצוני והרלוונטי, או גורמי העומס הקוגניטיבי החיצוני והפנימי, תלוי במודל של תיאוריית העומס הקוגניטיבי, היו בלתי ברורים בפריט זה והתוצאות של דירוגים אלו מראות אפקט סינרגטי בין פעילות קוגניטיבית רלוונטית ובלתי רלוונטית. הניתוח של תנועות העיניים אינו מראה הבדלים משמעותיים כלשהם בין הקבוצות בעיבוד המידע הכולל כפונקציה של פעילות קוגניטיבית נמוכה יותר או עיבוד מידע רלוונטי בשילוב עם כמות גדולה של עיבוד מידע לא רלוונטי אצל קבוצת הפרטים המפתים. תוצאות אלו תומכות בהנחה כי הדירוגים של המאמץ המנטאלי כנראה מדדו בנוסף פעילות קוגניטיבית של למידת מידע רלוונטי ובלתי רלוונטי שייתכן ונובעת מהניסוח הגרמני של מאמץ מנטאלי, המשלב פעילות מוצלחת ובלתי מוצלחת. לפיכך, ייתכן ופריט אחד אינו מספיק למדידה תקפה של גורם עומס קוגניטיבי ספציפי, בעוד שדיווחים עצמיים באופן כללי יכולים להיות מתאימים לא רק עבור דירוג העומס הקוגניטיבי הכולל אלא גם עבור בידול בין גורמי העומס הקוגניטיבי. עם זאת, קשה ביותר לנסח שאלות בעלות תוקף אוניברסאלי עבור עומס קוגניטיבי פנימי, חיצוני או רלוונטי, ללא התאמתן לתוכן הלימוד הספציפי. במחקר הנוכחי, סולמות הדירוג הסובייקטיביים לא הראו כל רגישות למניפולציות של העומס הקוגניטיבי החיצוני או להבדלים בפעילות הקוגניטיבית הכוללת. עם זאת, דירוגי קושי המטלה הוכחו כאמצעי מדידה תקף עבור הפן של עומס קוגניטיבי של למידה רלוונטית, וייתכן וניתן היה למדוד את העלייה בעומס הקוגניטיבי החיצוני באמצעות דירוגים חוזרים, במקום שתי המדידות שנערכו בפועל. בנוגע להגדרה המחודשת של עומס קוגניטיבי פנימי, הפריט הנוגע לקושי המטלה ככל הנראה אינו מספיק יותר למדידת האספקט של העומס הקוגניטיבי הפנימי המלא.

הנושא האחרון בו נעסוק נוגע להשלכות התיאורטיות של המחקר הנוכחי לגבי תיאוריית העומס הקוגניטיבי, והאם השיטות המיושמות מודדות אספקטים שונים של העומס הקוגניטיבי. התוצאות מראות כי פרטים מפתים מגבירים את העומס הקוגניטיבי החיצוני על ידי הפקת עיבוד מידע נוסף בלתי רלוונטי. שיטת הקצב, במקרה זה, הינה רגישה לגורם העומס הקוגניטיבי החיצוני. הנחה זו נתמכת על ידי הקורלציה השלילית המשמעותית בין שיטת הקצב לבין ההצלחה בלמידה והיא עקבית לתיאוריית העומס הקוגניטיבי המקשרת בין עומס קוגניטיבי חיצוני גבוה לבין הצלחה פחותה בלמידה. בנוסף, לא נמצאו כל קורלציות משמעותיות בין שיטת הקצב לבין דירוג קושי המטלות או מדידת תנועות העיניים, ממצא המצביע על כך כי שיטת הקצב היא רגישה לגורם עומס קוגניטיבי שאיננו קשור לקושי המטלה או עיבוד מידע רלוונטי. בשילוב יחד, שלושת המדידות האלו תומכות בהנחה של שלושה גורמי עומס קוגניטיבי נבדלים, מכיוון שנמצא עומס חיצוני שנמדד על ידי שיטת הקצב, עומס פנימי שנמדד על ידי דירוג קושי המטלה, ועומס רלוונטי הנמדד על ידי תנועות עיניים במהלך עיבוד מידע רלוונטי.

כאשר מתחשבים בתוצאות אלו יחדיו, הן תומכות במודל המוקדם של תיאוריית העומס הקוגניטיבי, מכיוון שעיבוד המידע הרלוונטי ניתן בבירור לצפייה וניתן להניח כי הוא מייצג את התהליכים הקוגניטיביים המוקדשים לגורם העומס הרלוונטי. שילוב מספר שיטות שונות, במקרה זה, מאפשר בידול בין גורמי העומס הקוגניטיבי הפרטניים. עם זאת, אין להניח כי עיבוד המידע הרלוונטי שנמדד על ידי מעקב אחר תנועות עיניים מייצג את כלל הפעילות הקוגניטיבית הגורמת לעומס קוגניטיבי רלוונטי, אלא לכל הפחות את החלק הניתן לצפייה. בנוגע למודל המעודכן של תיאוריית העומס הקוגניטיבי, אין צורך למדוד את העומס הקוגניטיבי הפנימי בתור קושי מטלה פשוטה ולבדל את העומס הרלוונטי, מפני שהעיבוד הקוגניטיבי של המידע הרלוונטי מהווה חלק ממבנה המודל. תוצאות המדידות האובייקטיביות גם הן עקביות עם הנחה זו, ומראות עלייה בעומס הקוגניטיבי על ידי שיטת הקצב, וירידה בעיבוד מידע רלוונטי יחד עם עלייה בעיבוד המידע הכולל על ידי ניתוח תנועות העיניים. שוב, רק כאשר משלבים בין שתי השיטות, ניתן לבדל בין גורמי העומס הקוגניטיבי השונים. העלייה בעומס הקוגניטיבי הנלמדת משיטת הקצב יכולה לבטא גם עומס כולל או עומס חיצוני; רק בשילוב עם ניתוח תנועות עיניים ניתן לזהות את המקור לעומס הקוגניטיבי הנוסף.

לסיכום, התוצאות המדווחות הן עקביות להנחות תיאוריית העומס הקוגניטיבי כי עומס קוגניטיבי חיצוני גבוה, ועומס קוגניטיבי רלוונטי (פנימי) נמוך, קשורים להצלחה ירודה בלמידה, בעוד שעומס חיצוני נמוך ועומס קוגניטיבי רלוונטי (פנימי) גבוה, קשורים בהצלחה גבוהה בלמידה. המחקר הנוכחי מדגים כי ניתן לחלק את העומס הקוגניטיבי הכולל באמצעות שיטות מרובות של מדידת עומס קוגניטיבי. הדיווחים העצמיים התבררו כמתאימים למדידת קושי מטלות, שיטת הקצב התאימה למדידת עומס קוגניטיבי חיצוני, ונתוני המעקב אחר תנועות עיניים סיפקו מידע לגבי פעילות קוגניטיבית המוקדשת לעומס קוגניטיבי רלוונטי (פנימי).

נדרש חקר נוסף הכולל מניפולציה שיטתית של גורם העומס הקוגניטיבי הרלוונטי (פנימי) ווריאציות שונות של מודאליות ואופן הצגה. מחקרים עתידיים שיבצעו מניפולציות כאלו דרושים לנו מפני שייתכן והפרשנות של ניתוח תנועות העיניים הוגבלה בשל אופי התכנון ופורמט ההצגה. בנוסף, נדרשות לנו ראיות נוספות על מנת להבהיר את היחס בין תנועות עיניים ותהליכים קוגניטיביים המוקדשים לגורמי העומס הקוגניטיבי השונים. אחת המגבלות העיקריות של המחקר הנוכחי היא כמות קטנה למדי של פריטי פוסט-מבחן, ומחקרים שייערכו בעתיד צריכים לכן להיעזר במבחנים נרחבים של הצלחת למידה ולהתחשב בחקירות עוקבות. נקודה נוספת אליה יש לשים לב היא ההבדלים האפשריים הנוגעים לתקפות והמהימנות של השיטות השונות הנובעים מתכנון הניסוי. מכיוון שהמחקר הנוכחי השתמש במבנה בין-סובייקטים על מנת להשוות בין שיטות שונות למדידת עומס קוגניטיבי, המחקרים העתידיים צריכים להשוות בין מדידות שונות במבנה תוך-סובייקט. עם זאת, השילוב בין מדידות עומס קוגניטיבי מרובות צריך לשמש בנוסף כדי לחקור אפקטים אחרים של עומס קוגניטיבי ולמידת מולטימדיה על מנת לבחון את ההתאמה של ניתוח מסוג זה לגבי מחקרי עומס קוגניטיבי.