McEwen, R. & Dubé, A. K. (2015). Engaging or Distracting: Children’s Tablet Computer Use in Education. Educational Technology & Society, 18 (4), 9–23.
Engaging or Distracting: Children’s Tablet Computer Use in Education
Rhonda N. McEwen1 and Adam K. Dubé2*
1Institute of Communication, Culture, Information and Technology, University of Toronto, Canada // 2Department of Educational and Counselling Psychology (ECP), McGill University, Montréal, Canada // rhonda.mcewen@utoronto.ca // adam.dube@mcgill.ca
*Corresponding author
ABSTRACT
Communications studies and psychology offer analytical and methodological tools that when combined have the potential to bring novel perspectives on human interaction with technologies. In this study of children using simple and complex mathematics applications on tablet computers, cognitive load theory is used to answer the question: how successful are tablet computer educational applications at directing children’s attention towards intrinsic and germane content? An eye tracker collected gaze data and cognitive tasks were performed to assess memory and attention. The results show that simple applications are able to direct a child’s attention to intrinsic and germane content, regardless of the child’s cognitive ability. Children assessed as high executive functioning found the germane content of the complex applications helpful whereas children assessed as lower executive functioning did not take advantage of the germane content. Claims that the cognitive structure of the individual is intimately linked to the forms or systems of communication used were partially supported. The research showed that tablet computers and their applications offer a learning experience that appears to be inherently highly interactive—thereby introducing challenges to the cognitive load of children as users.
Keywords
Cognitive load, Eye tracking, Tablet computers, Executive functioning, Child-tablet interaction
Introduction
Tablet computers are being used for educational purposes but there is little examination of how users interactions with these technological objects affect the learning process. Several disciplines have an interest in the relationship between sensory explorations of objects and processes of knowledge creation. Cultural theorists focus on the contribution of societal norms and expectations to epistemic encounters that historically range from 15th century analyses of witchcraft (Classen, 2005), to mid-18th century chemists (Roberts, 2005), and to modern issues involving sensory dis-integration in mental illness (Desjarlais, 2005). Philosophers have a long-standing curiosity in, for example, the roles that sensory perception and belief play in human understanding - spanning physical and metaphysical engagements with everyday objects (Descartes, 1984; Armstrong, 1973; Rorty, 1979; Goldman, 1986). Information and communication scholars consider issues of preservation, material culture and making, memory, and information processing and grapple with the challenges that arise from people’s direct engagement with content (Howarth, 2005; Fisher, Erdelez & McKechnie, 2005). Most notably, cognitive psychologists have established a canon of knowledge contesting and also linking physical experiences, with mental processes and representations. The body of work on cognitive load in particular offers researchers a conceptual framework within which to examine interactions (e.g., Lee, Plass, & Homer, 2006; Paas, Renkl, & Sweller, 2004; van Gog, Kester, Nievelstein, Giesbers, & Paas, 2009). It is the latter two disciplinary approaches that influence the conceptual foundation for this study of how users interact with and make sense of tablet computers. Communications studies and psychology offer analytical and methodological tools, and when combined they have the potential to bring novel perspectives on human interaction with technologies.
Touching, seeing, and cognitive load
Relatively new media devices like smartphones, interactive whiteboards, and tablet computers (e.g., iPads, Innotabs, Android tablets, LeapPads) engage users through touch-interfaces where tactile, visual, and to an optional degree, auditory senses are highly involved in the device-user exchange. In communications studies, scholars like Rowland (2012) theorize that historically technologies have had differential impacts in the defining characteristics of our capacities. Regarding literacy, Botha (1992) posits that “the very cognitive structure of the individual and the formal
9
ISSN 1436-4522 (online) and 1176-3647 (print). This article of the Journal of Educational Technology & Society is available under Creative Commons CC-BY-ND-NC 3.0 license (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/). For further queries, please contact Journal Editors at ets-editors@ifets.info.
patterns of human social relations are intimately linked to the forms or systems of communication [used] sic...” (p. 273). For tablet computers, visual information drives the interaction and likely affects cognitive structure.
In comparison to forms of digital communication available to the general public before sales of tablet computers in 2010, the degree of user-medium interactivity has increased. Yet, questions remain about the extent to which these forms of interaction affect the user, especially questions regarding the nature of the link between communication technologies and potential changes to a user’s “cognitive structure.” Given the broad, rapid adoption of tablet computers in education, it is increasingly important to question how this technology interacts with and affects cognitive structure. This leads to the primary motivation of the present study: to explore the relationship between a user’s engagement with tablet computers and that user’s cognitive load.
Cognitive load results from the short-term information processing activities of the mind when various information elements are being held and manipulated simultaneously (Sweller, 1994). The short-term system for storing and manipulating information is called working memory (Baddeley, 2003) and it is a finite resource that can be overwhelmed (i.e., cognitive overload). To partially overcome the limitations of working memory, information acquired during learning is organized into schemas. A schema is defined as “a cognitive construct that organizes the elements of information according to the manner with which they will be dealt” (Sweller, 1994, p. 296). Cognitive load theory groups schemas created during learning into three types: (a) intrinsic, load that is the inherent to level of difficulty associated with specific content; (b) extraneous, load associated with how information is presented to users; and (c) germane, load generated by the processing, creation, and automation of schemas (Sweller, Van Merriënboer & Paas, 1998). These three types of cognitive load are present to varying levels during all learning tasks and the goal of instruction, within this paradigm, is to best align the learning content to human cognitive architecture. That is, instructional content should be optimized such that cognitive effort is directed towards intrinsic and germane content and away from extraneous content (Paas et al., 2004).
Tablet computers are thought to be effective learning tools because they contain multimedia content that engages users, but it is not known whether users are engaged with the right content. Cognitive load theory has been used to frame how learning generally occurs in multimedia rich environments. Multimedia can be defined narrowly as learning from both words and pictures simultaneously (Mayer, 2001) or more broadly as learning from multiple sensory channels simultaneously (e.g., pictures and audio). When learning using tablet computers, cognitive overload can arise from presenting intrinsic content across both words and pictures simultaneously—such that it cannot be effectively integrated into working memory due to the splitting of attention—or presenting incidental extraneous content in one format that diverts attention away from the intrinsic content presented in another format (Mayer & Moreno, 2003). This overload can be addressed by synchronizing intrinsic content across formats—presenting redundant, reinforcing content that limits the effort required for integration; limiting the competition between extraneous and intrinsic content by reducing their simultaneous presentation (Kaminski & Sloutsky, 2013); or by individualizing content so that it speaks to the cognitive strengths of the user (i.e., visual content for users with larger visual short-term memory; Mayer & Moreno, 2003). Individualizing content is particularly interesting because it highlights how individual differences in users’ cognitive ability influence cognitive overload. It is not known whether the visual content on tablet computers adequately address cognitive overload.
In user-tablet computer interactions the app directs the user’s attention and cognitive activity towards information visually presented on the screen. In investigating tablet computers and the relationship between touching these devices and cognitive load, the contribution of visual information must be considered as it communicates the gestural responses required from the user. This sensory interplay between touching and seeing was also noted by communications theorist McLuhan (2005) when he draws from sculptor Adolf Hildebrand’s insistence in 1893 that “true vision must be much imbued with tangibility.” (p. 43). In addition, keeping with evidence from neuroscience on the interconnectedness of sensory areas of the brain (Sacks, 2005) it is useful to focus attention on what the user looks at when using tablet computers to learn.
Tablet computers and education
There is a longstanding and often controversial tradition of co-opting the use of electronic media technologies for education. From the use of educational radio progr
McEwen, R. & Dubé คุณอ. (2015) เสน่ห์ หรือรบกวน: เด็กแท็บเล็ตคอมพิวเตอร์ใช้ในการศึกษา ศึกษาเทคโนโลยีและสังคม 18 (4), 9-23เสน่ห์ หรือรบกวน: ใช้คอมพิวเตอร์ในการศึกษาของแท็บเล็ตเด็กรอนด้า McEwen1 N. และ Dubé2 คุณอาดัม *1Institute สื่อสาร วัฒนธรรม ข้อมูล และ เทคโนโลยี มหาวิทยาลัยโตรอนโต แคนาดา / / 2Department ศึกษาและให้คำปรึกษาจิตวิทยา (ECP), มหาวิทยาลัย McGill มอนทรีออ แคนาดา / / rhonda.mcewen@utoronto.ca / / adam.dube@mcgill.ca* ผู้เขียนที่สอดคล้องกันบทคัดย่อสื่อสารการศึกษาและจิตวิทยาให้วิเคราะห์ และ methodological มือที่รวมมีศักยภาพในการนำนวนิยายมุมบนมนุษย์โต้ตอบด้วยเทคโนโลยีการ ในการศึกษาของเด็กที่ใช้โปรแกรมประยุกต์คณิตศาสตร์ง่าย และซับซ้อนบนคอมพิวเตอร์แท็บเล็ต โหลดรับรู้ทฤษฎีจะใช้ในการตอบคำถาม: ประยุกต์ศึกษาคอมพิวเตอร์แท็บเล็ตที่เด็กให้ความสนใจต่อเนื้อหา intrinsic และ germane ผู้กำกับประสบความสำเร็จอย่างไร ตัวติดตามตาการรวบรวมข้อมูลสายตา และรับรู้งานดำเนินการประเมินหน่วยความจำและความสนใจ ผลลัพธ์แสดงว่า ใช้งานง่ายจะตรงความสนใจของเด็กใน intrinsic และ germane เนื้อหา โดยไม่คำนึงถึงความสามารถในการรับรู้ของเด็ก เด็กประเมินขณะทำงานบริหารสูงพบเนื้อหา germane ประโยชน์ของโปรแกรมประยุกต์ที่ซับซ้อนในขณะที่เด็กประเมินเป็นผู้บริหารต่ำทำงานได้ไม่ใช้ประโยชน์จากเนื้อหา germane อ้างว่า โครงสร้างการรับรู้ของบุคคลจะเชื่อมโยงไปยังแบบฟอร์ม หรือระบบสื่อสารที่ใช้ได้บางส่วนได้รับการสนับสนุน การวิจัยแสดงให้เห็นว่า คอมพิวเตอร์แท็บเล็ตและโปรแกรมประยุกต์ของตนนำเสนอประสบการณ์การเรียนรู้ที่มีความเชี่ยว — จึงแนะนำความท้าทายเพื่อการโหลดที่รับรู้ของเด็กที่เป็นผู้ใช้คำสำคัญโหลดรับรู้ การติดตาม แท็บเล็ตคอมพิวเตอร์ ทำงาน ผู้บริหารโต้ตอบแท็บเล็ตลูกตาแนะนำTablet computers are being used for educational purposes but there is little examination of how users interactions with these technological objects affect the learning process. Several disciplines have an interest in the relationship between sensory explorations of objects and processes of knowledge creation. Cultural theorists focus on the contribution of societal norms and expectations to epistemic encounters that historically range from 15th century analyses of witchcraft (Classen, 2005), to mid-18th century chemists (Roberts, 2005), and to modern issues involving sensory dis-integration in mental illness (Desjarlais, 2005). Philosophers have a long-standing curiosity in, for example, the roles that sensory perception and belief play in human understanding - spanning physical and metaphysical engagements with everyday objects (Descartes, 1984; Armstrong, 1973; Rorty, 1979; Goldman, 1986). Information and communication scholars consider issues of preservation, material culture and making, memory, and information processing and grapple with the challenges that arise from people’s direct engagement with content (Howarth, 2005; Fisher, Erdelez & McKechnie, 2005). Most notably, cognitive psychologists have established a canon of knowledge contesting and also linking physical experiences, with mental processes and representations. The body of work on cognitive load in particular offers researchers a conceptual framework within which to examine interactions (e.g., Lee, Plass, & Homer, 2006; Paas, Renkl, & Sweller, 2004; van Gog, Kester, Nievelstein, Giesbers, & Paas, 2009). It is the latter two disciplinary approaches that influence the conceptual foundation for this study of how users interact with and make sense of tablet computers. Communications studies and psychology offer analytical and methodological tools, and when combined they have the potential to bring novel perspectives on human interaction with technologies.สัมผัส เห็น และรับรู้โหลดอุปกรณ์สื่อใหม่เช่นสมาร์ทโฟน กระดานโต้ตอบ และคอมพิวเตอร์แท็บเล็ต (เช่น iPads, Innotabs แท็บเล็ต Android, LeapPads) มีส่วนร่วมผู้ใช้ผ่านทางอินเทอร์เฟซแบบสัมผัสเพราะ ภาพ และยังเป็นตัวเลือก หูรู้สึกมีส่วนร่วมสูงในการแลกเปลี่ยนผู้ใช้อุปกรณ์ ในการสื่อสารศึกษา นักวิชาการเช่นโรว์แลนด์ (2012) ตั้งทฤษฎีว่า ประวัติเทคโนโลยีมีผลกระทบต่อส่วนที่แตกต่างในลักษณะการกำหนดกำลังการผลิตของเรา เกี่ยวกับวัด Botha (1992) posits ที่ "มากรับรู้โครงสร้างของแต่ละบุคคลและเป็นทางการ 9 นอก 1436-4522 (ออนไลน์) และ 1176-3647 (พิมพ์) บทความนี้ในสมุดรายวันของเทคโนโลยีการศึกษาและสังคมอยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์สร้างสรรค์คอมมอนส์ CC-โดย-ND-NC 3.0 (ส่วน https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/) เพิ่มเติมแบบสอบถาม ติดต่อบรรณาธิการสมุดรายวันที่ ets-editors@ifets.infoรูปแบบของความสัมพันธ์ทางสังคมของมนุษย์จะเชื่อมโยงไปยังแบบฟอร์มหรือระบบสื่อสาร [ใช้] sic ... " (p. 273) สำหรับแท็บเล็ตคอมพิวเตอร์ ข้อมูลภาพไดรฟ์การโต้ตอบ และอาจมีผลกระทบต่อโครงสร้างการรับรู้โดยรูปแบบของดิจิทัลสื่อสารให้ประชาชนทั่วไปก่อนที่จะขายของคอมพิวเตอร์แท็บเล็ตใน 2010 มีเพิ่มระดับของการโต้ตอบผู้ใช้ปานกลาง ยัง คำถามยังคงอยู่เกี่ยวกับที่โต้ตอบฟอร์มเหล่านี้มีผลกระทบต่อผู้ใช้ โดยเฉพาะคำถามเกี่ยวกับลักษณะของการเชื่อมโยงระหว่างเทคโนโลยีการสื่อสารและการเปลี่ยนแปลงเป็นผู้ "รับรู้โครงสร้าง" ได้รับการยอมรับกว้าง อย่างรวดเร็วของคอมพิวเตอร์แท็บเล็ตในการศึกษา เป็นสิ่งสำคัญมากถามว่า เทคโนโลยีนี้โต้ตอบกับ และมีผลกระทบต่อโครงสร้างที่รับรู้ นี้นำไปสู่แรงจูงใจหลักของการศึกษาปัจจุบัน: สำรวจความสัมพันธ์ระหว่างความผูกพันของผู้ใช้กับคอมพิวเตอร์แท็บเล็ตและโหลดการรับรู้ของผู้ใช้Cognitive load results from the short-term information processing activities of the mind when various information elements are being held and manipulated simultaneously (Sweller, 1994). The short-term system for storing and manipulating information is called working memory (Baddeley, 2003) and it is a finite resource that can be overwhelmed (i.e., cognitive overload). To partially overcome the limitations of working memory, information acquired during learning is organized into schemas. A schema is defined as “a cognitive construct that organizes the elements of information according to the manner with which they will be dealt” (Sweller, 1994, p. 296). Cognitive load theory groups schemas created during learning into three types: (a) intrinsic, load that is the inherent to level of difficulty associated with specific content; (b) extraneous, load associated with how information is presented to users; and (c) germane, load generated by the processing, creation, and automation of schemas (Sweller, Van Merriënboer & Paas, 1998). These three types of cognitive load are present to varying levels during all learning tasks and the goal of instruction, within this paradigm, is to best align the learning content to human cognitive architecture. That is, instructional content should be optimized such that cognitive effort is directed towards intrinsic and germane content and away from extraneous content (Paas et al., 2004).Tablet computers are thought to be effective learning tools because they contain multimedia content that engages users, but it is not known whether users are engaged with the right content. Cognitive load theory has been used to frame how learning generally occurs in multimedia rich environments. Multimedia can be defined narrowly as learning from both words and pictures simultaneously (Mayer, 2001) or more broadly as learning from multiple sensory channels simultaneously (e.g., pictures and audio). When learning using tablet computers, cognitive overload can arise from presenting intrinsic content across both words and pictures simultaneously—such that it cannot be effectively integrated into working memory due to the splitting of attention—or presenting incidental extraneous content in one format that diverts attention away from the intrinsic content presented in another format (Mayer & Moreno, 2003). This overload can be addressed by synchronizing intrinsic content across formats—presenting redundant, reinforcing content that limits the effort required for integration; limiting the competition between extraneous and intrinsic content by reducing their simultaneous presentation (Kaminski & Sloutsky, 2013); or by individualizing content so that it speaks to the cognitive strengths of the user (i.e., visual content for users with larger visual short-term memory; Mayer & Moreno, 2003). Individualizing content is particularly interesting because it highlights how individual differences in users’ cognitive ability influence cognitive overload. It is not known whether the visual content on tablet computers adequately address cognitive overload.ในการโต้ตอบผู้ใช้แท็บเล็ตคอมพิวเตอร์ app ชักจูงความสนใจและกิจกรรมรับรู้ต่อข้อมูลที่เห็นปรากฏบนหน้าจอของผู้ใช้ ในการตรวจสอบคอมพิวเตอร์แท็บเล็ตและความสัมพันธ์ระหว่างการสัมผัสอุปกรณ์เหล่านี้และรับรู้โหลด สัดส่วนของข้อมูลภาพต้องถือว่าเป็นเรื่องสื่อสารตอบสนอง gestural ที่จำเป็นจากผู้ใช้ ล้อนี้รับความรู้สึกสัมผัส และเห็นยังถูกบันทึกไว้ โดยสื่อสาร theorist McLuhan (2005) เมื่อเขาวาดจากประติมากร Adolf Hildebrand ของ insistence ใน 1893 ที่ว่า "วิสัยทัศน์ที่แท้จริงต้องสามารถมากโชกโชน tangibility " (43 p.) นอกจากนี้ ทำให้ มีหลักฐานจากประสาทวิทยาศาสตร์ใน interconnectedness พื้นที่รับความรู้สึกของสมอง (กระสอบ 2005) ได้ประโยชน์เพื่อเน้นความสนใจในสิ่งที่ผู้ใช้ค้นหาเมื่อใช้คอมพิวเตอร์แท็บเล็ตในการเรียนรู้แท็บเล็ตคอมพิวเตอร์และการศึกษามีประเพณีว่า และมักจะแย้งของการเลือกใช้เทคโนโลยีสื่ออิเล็กทรอนิกส์เพื่อการศึกษาร่วม จากการใช้วิทยุเพื่อการศึกษา progr
การแปล กรุณารอสักครู่..