Использование графических компьютерных игр для оценки особенностей памяти студентов

О.И. Клочкова,

доц., к.ф-м.н., доц., klochkova_olga@bk.ru,

филиал ДВФУ, г. Артём

В статье описана методика расчета и анализ количества возможных когнитивных обращений (ККО) мозга игрока на один клик компьютерной мыши в процессе позиционной компьютерной игры, оценка наличия статистической зависимости ККО от пола и возраста испытуемого. В методике используются результаты оценки когнитивных процессов мозга (Р300)

The article contains the results of the research using techniques that use the results of cognitive processes in the brain (P300). The article presents an analysis of the calculated data of the cognitive processes that can occur when a computer mouse click, depending on the age and gender of the player

Введение

Одной из важнейших проблем современной науки является моделирование элементов мышления человека, его памяти, когнитивных процессов мозга. Эти вопросы могут перевернуть методику обучения и тестирования студентов, включая ВУЗы, где активно внедряются методы дистанционного (компьютерного) обучения. Очень мало данных о том, как происходит процесс мышления студента при взаимодействии с компьютером, успевает ли он вообще думать, зависят ли особенности когнитивных процессов мозга от возраста и пола.

Частичный ответ на последнюю часть вопроса дан в настоящей статье

1. Описание игры

Более 100 студентов обоего пола играли в позиционные компьютерные игры [1], в которых фиксировалось время игры, количество и адреса сделанных ходов. Смысл игры состоял в скорейшем нахождении одинаковых картинок. Всего 36 картинок (18 пар), расположенных на поле 6х6 клеток, которые находятся в закрытом виде (рубашкой вверх). После клика мышкой картинка на короткое время открывается и ждет клика на другой картинке: если изображения картинок одинаковы – обе исчезают, если разные, обе остаются на поле и закрываются. Цель игры - очистить все поле от картинок. Минимальное количество кликов 36.

Каждый студент сделал 3 попытки. Программа записывает количество кликов, затраченное время и адреса ячеек, где расположены открываемые картинки.

1.1. Описание методики

Количество когнитивных обращений мозга можно определить с помощью одновременного учета возрастных характеристик испытуемых и использования результатов, полученных методом анализа когнитивных процессов мозга (Р300) [2]. Суть метода Р300 заключается в том, что с помощью измерений вызванных потенциалов мозга фиксируются электромагнитные волны, связанные с эндогенными событиями, происходящими в мозге при опознавании значимых стимулов, их удерживании, принятии решений, т.е. с атрибутами, связанными с мыслительными (когнитивными) функциями мозга. Позитивную волну с запаздыванием (латентностью) l в области 300 мс называют Р300. Формула зависимости величины латентности от возраста имеет вид:

(1)

В левой части формулы (1) стоит латентность позитивной волны Р300, в правой части возраст (в годах) испытуемого обозначен t. Параметры подобраны для измерения латентности в миллисекундах (мс).

Количество возможных обращений к когнитивным функциям мозга можно получить, если время, затраченное на один клик мышки (ВР), поделить на латентность Р300, вычисленную по формуле (1). Количество сделанных кликов N, общее время игры позволяют рассчитать время реакции каждого игрока, которое измеряется в мc/клик. Если допустить, что каждый клик связан с мыслительными процессами и памятью, можно рассчитать характеристику, связанную с количеством возможных когнитивных обращений (ККО) на один клик компьютерной мыши:

(2)

В левой части формулы (2) стоит количество возможных когнитивных обращений на один клик компьютерной мыши, которое зависит от среднего времени реакции (ВР) одного игрока, деленное на латентность Р300(1)

Кроме полного количества кликов N, сделанных в процессе одной игры, удобно ввести величину приведенных кликов (ПКл), которая характеризует количество бесполезных кликов, сделанных на 1 полезный:

(3)

В правой части формулы (3) стоит количество сделанных кликов N, деленное на минимальное количество кликов в данной позиционной игре.

1.2. Анализ результатов

Расчеты проведены с помощью компьютерных программ STATISTICA 6 и пакета анализа Microsoft Excel в Microsoft Office 2010. Возрастной состав испытуемых: от 17 до 40 лет. Среднее значения возраста составляют: 22.67 года у испытуемых мужского пола и 21.58 год у испытуемых женского пола.

В таблице 1 приведены результаты ККО испытуемых в зависимости от пола, выделены три группы по расчетным значениям ККО.

Таблица 1

Статистика по трем группам испытуемых мужчин и женщин по расчетным ККО

Из приведённых данных следует, что 56 % испытуемых студентов мужского пола и 51% испытуемых студентов женского пола имеют расчетное по результатам игры ККО в пределах от 2 до 3. Когда картинки закрыты, испытуемый должен принять решение какую картинку открыть, навести на нее курсор мыши и кликнуть. Следующий клик он делает с учетом результата предыдущего клика (помнит предыдущую картинку). Возможно, эти три действия объясняют, что среднее время между двумя кликами, измеренное в количестве возможных когнитивных обращений, должно быть равно 3, поэтому эта группа охватывает половину всех испытуемых. Среднее количество бесполезных кликов на 1 полезный в этой группе практически одинаково для игроков обоего пола: 3,81 у женщин и 3,91 у мужчин.

Количество студентов мужского пола, у которых расчетное ККО < 2 составляет 23%, у студентов женского пола 19% (быстрые). В эту группу вошли студенты, которые действовали быстро и тратили времени на 1 клик мыши меньше остальных, т.е. к когнитивным функциям за это время можно обратиться меньше двух раз. Среди таких быстрых испытуемых студенты мужского пола сделали в среднем бесполезных кликов меньше (4,40 на один полезный), чем студенты женского пола (5,41 на один полезный). Т.о. количество быстрых студентов не почти зависит от пола и составляет около 20%, но при этом студенты мужского пола работают оптимально, делают меньше бесполезных кликов.

Почти у трети (30%) испытуемых студентов женского пола расчетное ККО>3, у испытуемых студентов мужского пола такое большое ККО имеют 21 % (долгодумающие). Эти студенты потратили времени значительно больше остальных: временного промежутка хватило бы, чтобы обратиться к когнитивным функциям более трех раз. Количество сделанных кликов на один полезный у таких студентов как мужского, так и женского пола меньше, чем у студентов первых двух групп: 3,47(жен.) и 3,22 (муж) клика на один полезный. Можно предположить, что студенты этой группы делают меньше кликов благодаря большему количеству обращений к когнитивным функциям мозга. Среди долгодумающих испытуемых преобладают игроки женского пола.

2. Анализ возрастной зависимости ККО

Для определения наличия функциональной зависимости расчетного по результатам игры ККО от возраста игрока сделано усреднение расчетного ККО по каждому возрастному году. Результаты для игроков мужчин приведены на рис.1, для игроков женщин на рис. 2.

рис. 1 Зависимость расчетного усредненного количества когнитивных обращений от среднего возраста по группе у испытуемых мужчин

Как видно из рисунков наибольшей величины достоверности аппроксимации R2 удалось добиться с помощью нелинейной (полиномиальной) линии тренда.

рис. 2 Зависимость расчетного усредненного количества когнитивных обращений от среднего возраста по группе у испытуемых женщин

Если судить по линии тренда максимальное значение расчетного ККО у испытуемых мужчин приходятся на 21 год (3-4 курс). В возрасте 31 год наблюдается подъем. У женщин максимум расчетного ККО падает также на 21 год, и, начиная с возраста 30-31 год, имеется начало подъема, которое переходит в спад.

Между двумя максимумами расчетного ККО просматривается минимум, который соответствует возрасту около 27 лет испытуемых обоего пола

Ограничение данных студенческим возрастом не дает возможности точнее оценить функциональную зависимость расчетных ККО от возраста.

Заключение

Анализ данных, приведенный в статье, показал, что половина испытуемых студентов обоего пола имеют расчетное по результатам игры ККО в пределах от 2 до 3: испытуемый должен принять решение какую картинку открыть, навести на нее курсор мыши и кликнуть. Количество быстрых студентов почти не зависит от пола и составляет 20%, однако, студенты мужского пола работают оптимально, делают меньше бесполезных кликов. Среди долгодумающих испытуемых преобладают игроки женского пола.

Выявлена нелинейная зависимость расчетного по результатам игры количества когнитивных обращений от возраста. Максимальное значение расчётного ККО у испытуемых мужчин и женщин приходятся на 21год (3-4 курс). В возрасте 30-32 года наблюдается подъем. Приведенные данные не противоречат выводу [3], что только к 3-4 курсу у студентов наступает состояние компенсации. Минимум расчетного ККО соответствует возрасту около 27 лет испытуемых обоего пола. Полученные выводы необходимо учесть при оценке результатов компьютерного тестирования знаний студентов ВУЗов.

Литература

1. Клочкова О.И., Подвязникова Н.Е. Усовершенствование компьютерной игры «Соответствие» для оценки параметров зрительной памяти и пространственного мышления //Интернет и современное общество: Труды XIII Всероссийской объединенной конференции. Санкт-Петербург, 19-22 апреля 2010 г.- СПб., 2010.- С. 108-110;

2. Гнездицкий В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике.- М.; МЕДпресс-информ, 2003

3. Агапова Т.М., Крыжановский С.П., Рыбченко А.А., Шабанова Н. Cравнительный анализ здоровья студентов 1-4 курсов с использованием технологии мониторинга на основе ритмической активности головного мозга. Информатика и системы управления № 2 (2010) -http://ics.khstu.ru/media/2010/N24_59.pdf