专家教育

一项实地研究试图了解如何将专业知识传授给新手

加利福尼亚州死亡谷——十几名学生和科学家分散在名为火炉溪的区域,他们看起来像戴着软帽的电子人,在巨石上乱爬。他们用放大镜检查岩石,放大镜夹在戴着微型摄像头和红外灯的眼镜上,然后用锤子敲下碎片。

一位经验丰富的地质学家可以从这里的地形证据中梳理出惊天动地的冲突历史。例如,陡峭的灰色斜坡上的断裂表明断层正在作用,使地貌断裂。现在这些摄像头的目的是观察研究人员的目光如何扫视这个场景,以了解经验丰富的头脑如何无意识地扫描世界,寻找指向发现的线索。希望有一天科学家能够利用虚拟现实显示器来训练新手,模拟感兴趣的环境。

罗切斯特大学的认知科学家罗伯特·A·雅各布斯说:“我们对如何教育人们掌握事实了解很多,但我们几乎不了解如何教育人们获得感知技能,除了大量的重复,这可能非常耗时且昂贵。” “如果能够开发出更有效的培训程序,那就太好了。” 这样的研究也可以远远超出地质学,深入研究侦探如何分析犯罪现场或士兵如何寻找伪装目标。


支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。 通过购买订阅,您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。


为了在死亡谷(美国大陆最干燥、最热和最低的地方)教授地质学专业知识,关键是一种可穿戴的眼动追踪设备,可以监测人们在自然环境中观察什么。它由安装在眼镜框上的两个轻型摄像机组成——一个指向人眼所见,另一个指向人的右眼——借助一个小的红外 LED 灯(向眼睛照射一道隐形光束)跟踪其运动。背包中的两个摄像机记录数据,然后眼动追踪程序稍后处理这些数据。

来自罗切斯特大学的新手和经验丰富的地质学家每天外出使用眼动追踪器约四次,为期两周的加利福尼亚实地考察之旅,他们从旧金山出发,沿着圣安地列斯断层穿过优胜美地国家公园附近的内华达山脉雪山,到达美国最恶劣的地区。“死亡谷是一个很棒的地方,在那里你可以真正亲眼目睹活跃的地质现象——塑造地球地壳的力量,”另一位罗切斯特科学家,地球物理学家约翰·A·塔杜诺说。“大多数人认为死亡谷是一个大坑,因为它低于海平面,这在它的中心地带是事实,但紧邻的是一座 11,000 英尺高的山。”

大自然不喜欢如此靠近的巨大海拔差异;侵蚀往往会使事物变得均匀。“我们今天拥有一个山谷这一事实暗示了维持这种差异的活跃过程,”塔杜诺解释说。“我们希望看到学生们自己得出这样的结论。”

与几乎所有实地考察旅行一样,也出现了意想不到的麻烦,例如第一天吞噬死亡谷的沙尘暴,它将小组送到了惠特尼山(美国本土 48 个州中的最高点)雪线处的露营地。沙漠在其他方面也很麻烦——太阳从眼睛上的反光会混淆眼动追踪软件,这就是为什么实验人员戴上难看的宽边遮阳帽的原因。即便如此,软件在摄像机记录的视频帧中约有 10% 到 15% 的时间会丢失凝视轨迹,这是一个未来算法可能会解决的问题。

除了眼动追踪器外,研究人员还使用机器人操作的摄像机拍摄了数百张该区域的高分辨率照片,这些照片稍后将被拼接在一起,用于在巨大的环绕屏幕上显示全景图像。“我们希望验证实地考察的学生地质学家和那些被这些虚拟环境包围的学生地质学家以相同的方式观察地层,这样我们就可以使用模拟来训练新手进行数十次虚拟实地考察,从而减少旅行和设备的成本,以便更好地利用实际旅行,”罗切斯特理工学院的成像科学家米切尔·R·罗森说。

那些发现的闪光时刻是研究人员现在正在寻求记录的东西。在长谷火山口,塔杜诺向学生们询问他们所看到的熔岩流和周围地貌的曲线,直到他们意识到自己正站在一个休眠的超级火山中,该火山大约长 20 英里,宽 11 英里,被雪覆盖。“在那一刻我真的很兴奋,”学生香农·莫斯回忆道。“我看到了我们身处的这个圈子,它就突然出现在我脑海里。” 一个转瞬即逝的时刻现在被眼动追踪器捕捉到了。

查尔斯·Q·崔大众科学的撰稿人。他的作品也曾发表在纽约时报、科学、自然、连线生活科学等刊物上。在业余时间,他游历了七大洲。

更多作者:查尔斯·Q·崔
大众科学杂志 第 302 卷 第 6 期本文最初以“专家教育”为标题发表于大众科学杂志 第 302 卷 第 6 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican062010-3zjacq17F89aDppikVAmWI
© . All rights reserved.