Цель исследования: проверить связь между внедрением цифровых учебников и снижением успеваемости через механизмы восприятия, внимания и когнитивной нагрузки у подростков, и на основе результатов дать практические рекомендации учителю.
1) Гипотезы
- Основная нулевая: изменение формата (печатный → цифровой) не влияет на успеваемость: $H_0:\Delta \text{успеваемости}=0$.
- Альтернативная: цифровой формат снижает успеваемость: $H_A:\Delta \text{успеваемости}<0$.
- Медиативные гипотезы: эффект формата на успеваемость опосредован повышением когнитивной нагрузки и ухудшением внимания/восприятия: цифровой формат → ↑ когн. нагрузка ($X\to M$), $M\to Y$ (успеваемость).
2) Дизайн исследования
- Рекомендации: квазиэксперимент или рандомизированный кроссовер (если возможно). Варианты:
- Межгрупповой: класс с цифровыми учебниками vs класс с печатными (контроль).
- Кроссовер: одна группа полугодие с цифровыми, полугодие с печатными (учесть эффект порядка).
- Размер выборки: ориентир минимум на группу $n\ge 30$ для базовой статистики; для планирования мощности использовать формулу мощности:
$$n={\left(\frac{(z_{1-\alpha /2}+z_{1-\beta })\sigma }{\delta }\right)}^2,$$
где $\delta$ — ожидаемый эффект, $\sigma$ — стандартное отклонение, $\alpha$ и $\beta$ — уровни ошибок.
3) Переменные
- Независимая переменная: формат учебного материала (диджитал vs печать).
- Зависимые переменные (успеваемость): итоговые оценки, баллы тестов по теме, % правильно за заданное время. Все числовые метрики оформлять и сравнивать.
- Медиаторы/психологические переменные:
- Когнитивная нагрузка (самоотчет, напр. NASA‑TLX или шкала от 1 до 9): обозначим $M_{CL}$.
- Внимание: объективные метрики (время на задачу, число отвлечений, CPT‑тест), поведенческие (ошибки невнимания).
- Восприятие/читаемость: время чтения, число регрессий в чтении, восприятие структуры (опросник).
- Контролирующие ковариаты: предшествующая успеваемость, IQ/рабочая память (короткие тесты: обратная цифра), мотивация, доступ к технике, режим дома.
4) Методы сбора данных
- Академические показатели: до/после тесты по одинаковой программе (предтест/посттест).
- Психометрические шкалы: NASA‑TLX для когн. нагрузки, шкала мотивации/усталости.
- Когнитивные тесты: рабочая память (digit span), CPT или их компьютерные аналоги.
- Поведенческие/объективные: лог-файлы цифрового учебника (время на странице, клики, прокрутки), время выполнения заданий.
- Физиологические (опционально): трекинг взгляда (fixation duration, saccades), зрачковая реакция (показатель когн. нагрузки).
- Качественные: полуструктурированные интервью/фокус‑группы с учениками и учителем, наблюдение в классе (шум, отвлечения).
- Временные рамки: предтест, внедрение (2–4 недели адаптации), посттест, повторный замер через 2–3 месяца.
5) Анализ данных
- Сравнение средних: t‑тест/ANOVA для межгрупповых эффектов; парные тесты для кроссовера.
- Миксированные модели (mixed‑effects) с фиксацией ученика и класса: учитывают вложенность. Пример модели:
$$Y_{ij}={\beta }_0+{\beta }_1{X}_{ij}+{\beta }_2{\text{covariates}}_{ij}+u_j+e_{ij}.$$
- Медиаторный анализ: проверить путь $X\to M\to Y$: прямой эффект $c^{\prime }$, косвенный $a\times b$ (bootstrap для значимости).
- Корреляции/регрессии для связи объективных показателей внимания/восприятия с успеваемостью.
- Работа с логами: кластерный анализ поведения (группы по паттернам использования).
6) Этические и практические моменты
- Согласие родителей/учеников, анонимность. Минимизировать нагрузку на уроки. Если используется трекинг—объяснить цели.
7) Практические рекомендации учителю (в зависимости от результатов)
- Если обнаружено, что цифровой формат повышает когнитивную нагрузку и снижает успеваемость:
- Упростить страницы: минимизировать одновременные мультимедиа, убрать лишние анимации и всплывающие элементы.
- Сегментировать материал: давать короткие блоки информации, после каждого блока — контрольные вопросы.
- Предоставлять печатные конспекты для длительного чтения/рефлексии.
- Применять техники снижения нагрузки: подсказки, схемы, чек‑листы, заранее объяснять навигацию.
- Если проблема в внимании (частые отвлечения, короткие фиксации):
- Встроить интерактивные контрольные точки каждые 7–15 минут (мини‑вопросы, задания).
- Чередовать виды активности (чтение → обсуждение → практическая задача).
- Ограничить параллельные устройства/уведомления на уроке; дать инструкции по использованию.
- Использовать визуальные маркеры и крупный контрастный шрифт; уменьшить плотность текста.
- Если выявлены перцептуальные проблемы (низкая читаемость, неудобный интерфейс):
- Увеличить шрифт, межстрочный интервал; улучшить контраст и цветовые схемы; убрать мерцающие элементы.
- Дать альтернативные форматы (аудио, распечатки).
- Если результаты показывают, что формат сам по себе не ухудшает, а причина — мотивация/организация:
- Работать над мотивацией (цели урока, прозрачные критерии успеха), управлением временем и навыками цифровой грамотности.
- Универсальные практики независимо от результата: обучение учеников навигации в цифровом учебнике, явные инструкции по выполнению заданий, регулярные краткие проверки понимания.
Краткая дорожная карта внедрения исследования: подготовка и согласования (2 нед.), предтесты и базовые замеры (1 нед.), период использования/наблюдений (4–8 нед.), посттесты и анализ (2–4 нед.), выводы и рекомендации.