Análisis de la Disposición Espacial de
Contenido en entornos de Realidad Aumentada y su Efecto en la Carga Cognitiva
de los Usuarios
Analysis of the Spatial Layout of Content in Augmented
Reality Environments and its Effect on Users' Cognitive Load
Dr. Luis Eduardo
Bautista. Profesor Titular de Universidad.
Universidad Industrial de Santander. Colombia
Dra. Fernanda
Maradei. Profesora Titular de Universidad.
Universidad Industrial de Santander. Colombia
Dr. Gabriel
Pedraza. Profesor de Planta. Universidad Industrial
de Santander. Colombia
Recibido: 2024/07/03
Revisado 2024/08/30
Aceptado:
:2024/10/09 Online First: 2024/11/03 Publicado: 2025/01/07
Cómo citar este artículo:
Bautista,
L. E., Maradei, F., & Pedraza, G. (2025).
Análisis de la Disposición Espacial de Contenido en entornos de Realidad
Aumentada y su Efecto en la Carga Cognitiva de los Usuarios [Analysis of the
Spatial Layout of Content in Augmented Reality Environments and its Effect on
Users’ Cognitive Load]. Pixel-Bit.
Revista De Medios Y Educación, 72, 7–37. https://doi.org/10.12795/pixelbit.109089
RESUMEN
La disposición espacial de
los espacios de información en entornos de realidad aumentada (RA) juega un
papel crucial en la modulación del esfuerzo mental de los usuarios. Este
estudio tiene como objetivo investigar cómo la contigüidad y discontigüidad entre los objetos físicos y los espacios de
información, tanto en el plano horizontal como en el vertical, afectan la carga
cognitiva durante la interacción con contenido procedimental. Se realizaron
cuatro experimentos diferenciados, midiendo la dilatación pupilar y la duración
de las fijaciones como indicadores del esfuerzo mental. Estas medidas ofrecen
una visión integral sobre la influencia de la disposición espacial. Los
hallazgos se discuten dentro del marco de la literatura existente, contrastando
los resultados obtenidos con estudios previos y proporcionando una base para
futuras investigaciones en el diseño de materiales educativos y entornos de
aprendizaje. Los resultados obtenidos a lo largo de los cuatro experimentos
muestran que la disposición espacial de la información en entornos de RA afecta
significativamente el esfuerzo mental de los participantes, medido a través de
la dilatación pupilar y la duración de las fijaciones. Estas medidas son
consistentes con literatura previa que indica que el aumento de la dilatación
pupilar es un indicador de mayor esfuerzo mental.
ASTRACT
The spatial layout of
information spaces in augmented reality (AR) environments plays a crucial role
in modulating users' mental effort. This study aims to investigate how
contiguity and discontiguity between physical objects
and information spaces, both horizontally and vertically, affects cognitive
load during interaction with procedural content. Four separate experiments were
conducted, measuring pupil dilation and fixation duration as indicators of
mental effort. These measures provide a comprehensive view on the influence of
spatial layout. The findings are discussed within the framework of the existing
literature, contrasting the results with previous studies and providing a basis
for future research in the design of educational materials and learning
environments. The results obtained across the four experiments show that the
spatial arrangement of information in AR environments significantly affects
participants' mental effort, as measured by pupil dilation and fixation
duration. These measures are consistent with previous literature indicating
that increased pupil dilation is an indicator of increased mental effort.
PALABRAS CLAVES· KEYWORDS
Realidad Aumentada; carga
cognitiva; esfuerzo mental; tecnologías emergentes; procesamiento cognitivo;
diseño instruccional
Augmented Reality; Cognitive Load; Mental Effort;
Emerging Technologies; Cognitive Processing; Instructional Design
1. Introducción
1.1 Realidad Aumentada en el
aprendizaje
La realidad aumentada (RA) es una tecnología que se ha
utilizado ampliamente en el aprendizaje, especialmente en
el aprendizaje de habilidades complejas. Diversos estudios han demostrado su
eficacia en mejorar las habilidades espaciales de los estudiantes de ingeniería
(Guntur et al., 2020), el mantenimiento de vehículos y equipos militares (Malta
et al., 2023; Chow, 2021), así como en la industria
manufacturera (Doolani et al., 2020; Wang et al., 2022).
Además, la RA ha demostrado ser una herramienta prometedora para el
entrenamiento de tareas de mantenimiento y ensamblaje industrial, mostrando
mejoras significativas en el rendimiento de los operarios que la utilizaron (Drouot et al., 2022; Danielsson et al., 2020).
En el ámbito médico, la RA ha facilitado el entrenamiento en procedimientos
quirúrgicos, ofreciendo ventajas para el desarrollo de habilidades básicas y
avanzadas (Tene et al., 2024; Singh et al., 2024), y
permitiendo una orientación precisa durante las etapas iniciales de
entrenamiento (Evans et al., 2023).
Además de las ventajas mencionadas, la RA ofrece
retroalimentación háptica realista, evaluación objetiva del desempeño y la
posibilidad de documentar procedimientos para revisión posterior. Sin embargo,
se ha observado una dependencia de la información proporcionada durante el
entrenamiento, lo que puede afectar negativamente el desempeño una vez retirado
el soporte (Hernán et al., 2021; Trávez, 2023). Por ello, se recomienda un
diseño cuidadoso de las experiencias de RA para integrar la visualización de manera
efectiva en el entorno, minimizando la interferencia con la tarea y maximizando
la utilidad de la información visual relacionada con objetos o espacios
específicos (Huang et al., 2015).
Una de sus principales ventajas radica en su capacidad
para combinar objetos reales y virtuales en un entorno de aprendizaje,
proporcionando información en tiempo real al alumno durante la ejecución de las
tareas (Garzón & Acevedo, 2019). La información proporcionada mediante la interfaz
gráfica de usuario (IGU), ofrece una guía práctica para el estudiante (Acosta et al.,
2019; Czok et al., 2023; Anderson & Campbell,
2015; LeBel et al., 2017). La organización
espacial de esta información es importante, ya que la presentación inadecuada,
puede sobrecargar los procesos cognitivos del alumno durante la práctica (Evans et al.,
2017; Yang et al., 2023), generados principalmente por sobrecarga en la
memoria de trabajo. La memoria de trabajo se encarga de realizar el
procesamiento cognitivo de la información recibida en tiempo real (Bertrand et
al., 2017; Mayer, 2020; Rasmussen et al., 2016), y es fundamental
para garantizar la utilidad de la información y el adecuado desempeño del
estudiante.
1.2 Teoría de la carga
Cognitiva en el aprendizaje
La Teoría de la Carga Cognitiva (TCC) es un marco de
trabajo conceptual que busca describir la forma en la que los seres humanos
filtran, procesan, almacenan y recuperan información necesaria durante los
procesos de aprendizaje. En este capítulo se describirá la TCC propuesta por Sweller y que se fundamenta en la capacidad limitada de
procesamiento de la memoria de trabajo.
Baddeley (2003), define la Memoria de Trabajo (MT) como un sistema dedicado que mantiene y almacena información a
corto plazo, en periodos entre 15 y 30 segundos, y es la base de los procesos
de pensamiento humano relacionados con la actividad consiente que una persona
desarrolla. Con base en la limitada capacidad de procesamiento de la MT, Hanley (2016) plantea una Teoría de la Carga Cognitiva y
posteriormente Mayer (2005) propone la Teoría Cognitiva del Aprendizaje
Multimedia (TCAM) (Andrade-Lotero, 2012). Estas teorías plantean
premisas relacionadas con el uso de recursos cognitivos limitados y la
capacidad limitada de un aprendiz al enfrentarse con nueva información.
Según la teoría de la carga cognitiva (TCC), aplicada al aprendizaje
multimedia, el mismo material de aprendizaje puede inducir diferentes
cantidades de carga en la memoria de trabajo (Sweller,
2020). Esto se debe, al uso de diferentes estrategias para la presentación, y a
que las diferentes tareas cognitivas requeridas por estas estrategias pueden
dar lugar a cantidades variables de carga cognitiva extrínseca. Según, Brünker, los recursos cognitivos libres están definidos por
la diferencia entre la capacidad de la memoria de trabajo y la carga cognitiva
total. Cuando esta diferencia es mínima, se origina una sobrecarga cognitiva,
que afecta el desempeño del aprendiz durante el entrenamiento. Cheng et al.
(2015) menciona que la carga cognitiva extrínseca proviene principalmente del
diseño de materiales defectuosos o interfaces de baja calidad, esto hace, que
los aprendices consuman recursos cognitivos adicionales en el procesamiento de
la información no relacionada durante la actividad de aprendizaje. Esta carga
cognitiva ineficaz se puede reducir mediante el diseño y organización adecuada
del material.
1.3 Principios Multimedia
para el aprendizaje
Con el propósito de diseñar y organizar adecuadamente
el material, Van Merriënboer y Kester
(2014), proponen un conjunto de catorce principios multimedia, dentro de los
que se destacan para el contenido procedimental: el principio de Señalización,
que indica que el aprendizaje puede mejorarse si la atención del alumno se
centra en los aspectos críticos de la tarea de aprendizaje o la información
presentada; y el Principio de Contigüidad Espacial, que presenta el mayor
tamaño de efecto según Sweller et al. (2019).
1.3.1 Contigüidad
Espacial
El concepto de contigüidad espacial asociado al
principio multimedia afirma que los estudiantes aprenden más eficazmente cuando
las palabras y las imágenes correspondientes se presentan cerca unas de otras
en la página o la pantalla, lo que minimiza la carga cognitiva requerida para
integrar la información, según Schroeder et al. (2018) y
facilitan una mejor retención y transferencia de conocimientos al permitir a
los alumnos retener simultáneamente la información visual en la memoria de
trabajo, tal como lo menciona Seraji et al. (2020) y Paek et al. (2017). Los
estudios empíricos han demostrado de manera consistente los beneficios de la
contigüidad espacial. Por ejemplo, los diseños integrados en los que el texto y
los diagramas están alineados espacialmente han mostrado mejoras significativas
en los resultados del aprendizaje en comparación con los diseños separados,
como lo establece Hidayat et al. (2018) y Craig et al. (2015). Además, según Chikha et al. (2021),
las investigaciones han indicado que incluso el aprendizaje incidental mejora
cuando se mantiene la contigüidad espacial, lo que sugiere que este principio
ayuda al procesamiento cognitivo automático. La eficacia del
principio se extiende a varios formatos multimedia, incluidos los entornos de
aprendizaje electrónico y las interacciones humanas virtuales, donde se ha
demostrado que los gestos específicos de cada elemento cerca del contenido
relevante mejoran la retención, como lo menciona Mayer (2008). Además, los
estudios que compararon diferentes presentaciones multimedia, como la
contigüidad del texto en la imagen con el texto vinculado a las imágenes a
través de hipervínculos, no encontraron diferencias significativas en las
ganancias de aprendizaje, lo que indica que la contigüidad espacial se puede
mantener mediante varios métodos, según Çeken y Taşkın (2022). De igual forma, según Noetel et al. (2022), el principio de contigüidad espacial puede ser
usado para dirigir la atención visuoespacial y mejorar el procesamiento
cognitivo facilitando a las personas concentrarse y procesar la información
visual de ubicaciones específicas del entorno, lo que le ayuda a comprender e
interactuar con el entorno de manera efectiva. Este tipo de atención es crucial
para las tareas que requieren un enfoque visual preciso, esto se logra debido a
que el cerebro procesa las señales visuales y auditivas combinadas de manera
más eficaz cuando están alineadas espacialmente, lo que resulta en respuestas
cerebrales más fuertes y un mejor rendimiento en las tareas visuales.
El propósito de estas pruebas experimentales es
recopilar evidencia empírica sobre el principio de contigüidad espacial aplicado
en un entorno de realidad aumentada. Teniendo en cuenta aspectos como la
inclusión de material 3D (objeto-espacio de información), la contigüidad en
profundidad y la posición relativa entre objeto 3D-contenido. Para lograr esto,
se diseñaron y ejecutaron un conjunto de cuatro pruebas experimentales:
Contigüidad Espacial de Campo visual, Contigüidad Espacial en profundidad,
Contigüidad con posición relativa horizontal, y Contigüidad con posición
relativa vertical. Estas pruebas fueron ejecutadas con un grupo de 34
participantes. Se diseño un material de instrucción extendido para anatomía de
rodilla visualizado en unas gafas de realidad aumentada Hololens2®. Se empleó
el rastro ocular (eyetracking) para capturar datos de
los participantes con las gafas SMI®. Los datos de Dilatación pupilar del
participante y Duración de fijaciones entre el objeto 3D y el Espacio de
Información, se procesaron en el software BeGaze®.
Los principales resultados mostraron que, en relación al
Esfuerzo mental, se encontró que la contigüidad espacial de campo y la posición
relativa vertical, afectan el esfuerzo mental de los participantes. Sin
embargo, no se puede confirmar que el esfuerzo mental se ve afectado por la
contigüidad de profundidad y la posición relativa horizontal. Estos resultados,
si bien aportan evidencia empírica acerca del conocimiento, muestran
condiciones en las cuales el efecto de aplicación del principio aún no es
concluyente. Estos datos aportan evidencia útil para el diseño de material de
aprendizaje para nuevas plataformas de aprendizaje interactivo como la realidad
aumentada y permiten la toma de decisiones informadas respecto a la
organización de la información en el entorno, con fines de reducción de la
carga cognitiva y esfuerzo mental. Esta información sin duda ayudará a los
diseñadores de estos entornos a aplicar de forma informada el principio de
contigüidad espacial.
2. Metodología
Con el propósito de conocer el conocer, no solo los efectos,
sino también la forma de aprovechar este principio, se han desarrollado
diversas investigaciones. En entornos bidimensionales, las investigaciones más
recientes, se evaluó la proximidad entre imágenes y texto en entornos para el
aprendizaje. Por ejemplo, de Koning et al. (2020) evaluó una distancia espacial mayor
aumentaría la carga cognitiva y perjudicaría el aprendizaje de fundamentos de
electricidad y circuitos electrónicos. El estudio mostro mejores resultados de
aprendizaje, especialmente en la recordación, al aplicar menores distancias.
Sin embargo, mencionan la necesidad de más investigaciones par
establecer las condiciones en las que este principio es aplicable. De igual
forma, Beege et al. (2019) evaluó la influencia de
distintas proximidades entre la información relacionada., dado que considera
que puede promover o dificultar el aprendizaje. En dos experimentos, se
manipuló la proximidad espacial entre una presentación pictórica y etiquetas de
texto. Los resultados del primer experimento mostraron un efecto significativo
de la proximidad espacial en el rendimiento de aprendizaje. En el experimento
2, los resultados mostraron mayor retención y transferencia en distancias
intermedias. Estos hallazgos indican que la transferencia es óptima a una
distancia intermedia entre la representación y el texto. En este estudio, se
evaluaron distancias angulares inferiores a 10º, dado que son distancias usadas
en contenido bidimensional para implementar la contigüidad. Adicionalmente, no
se evalúan otras condiciones como la posición relativa, dado que la distancia
se toma como un único componente espacial y bidimensional. También, Cammeraat et al. (2020) evaluó la separación espacial
acompañada del principio de señalización en material clásico para el
aprendizaje de un sistema de embrague, que utilizó una imagen y texto. En este
experimento, solo se evaluaron dos niveles de separación (cercana y Lejana),
sin especificar los valores de separación. De igual forma, la separación se
aplica entre la imagen y el texto, la imagen tomada como un solo objeto, pero
no entre la sección de la imagen mencionada y el texto. Esto podría influir en
la aplicación del principio. Los resultados no mostraron efectos significativos
de la separación espacial en el aprendizaje ni el esfuerzo mental. Como se
observa en las investigaciones, si bien hay resultados favorables de la
aplicación de la contigüidad espacial, estos no son concluyentes y requieren de
más investigación.
De otro lado, en entornos 3D espaciales, que usaron
realidad aumentada, Ens et al. (2014) estudiaron las
propiedades de las pantallas para visualizar información en realidad aumentada.
En un experimento, se evaluó el impacto en el desempeño de los usuarios
variando la separación angular entre pantallas (15º, 25º, 35º, 45º y 55º), en
tareas que requerían la interacción con el contenido. Se encontró que tanto el
tiempo de tarea como la precisión en la selección se degradó proporcionalmente
al aumento de la distancia angular, es decir, a mayor ángulo mayor
tiempo y mayor error. Adicionalmente, en ángulos mayores a 35º el efecto
es significativamente negativo. Finalmente, en un experimento posterior se
utiliza una separación angular de 27.5º para el uso de
cuatro Display en mosaico. Müller et al. (2016),
evaluó la conexión por proximidad espacial cercana en un entorno de realidad
aumentada, en tareas sencillas de vinculación de información gráfica. Los
resultados mostraron para los dispositivos evaluados (HAr-
Tablet, Video see—through y
Optical see—through), el tiempo, la carga mental subjetiva y el error
medio fueron menores. Adicionalmente, el autor propone otros mecanismos de
integración que podrían ser efectivos para en relacionamiento de información. Lei et al. (2019) estudió el desempeño en la realización de
dos tareas: a. Alta frecuencia de cambio y b. Baja frecuencia de cambio. Se
usaron tres displays, el principal A, el secundario B
y el de apoyo C. Se identificó que la distancia de separación entre displays es un factor que afecta el desempeño del usuario.
A pesar de no especificar un valor de distancia, la separación fue mayor en un layout diagonal seguido de un layout
horizontal y menor con un layout vertical, Los
resultados mostraron menor satisfacción para la moderada distancia diagonal
para tareas de alta frecuencia de cambio, pero no para las tareas de baja
frecuencia. Sin embargo, el mejor comportamiento en términos de tiempo de tarea
y tiempo de cambio, fue para la disposición vertical,
ya que tenía la distancia más corta. En estudios más recientes, por ejemplo, en
Bautista et al. (2022), los entornos de realidad aumentada han aprovechado la
contigüidad espacial al integrar estrechamente los elementos visuales y
textuales, lo que ha mejorado la gestión de la carga cognitiva y la retención
del conocimiento. Este principio ha sido particularmente beneficioso en la
formación procedimental, en la que la realidad aumentada puede mostrar los
recursos visuales y auditivos de forma espacialmente contigua, lo que ayuda a
los alumnos a asociar la información con tareas específicas, según Krüger y Bodemer (2022). En la educación experimental, según
Zhang et al. (2020), los entornos multimedia basados en la realidad aumentada
permiten a los estudiantes manipular objetos virtuales en tiempo real, lo que
garantiza que el contenido didáctico esté alineado espacialmente con las tareas
experimentales, lo que mejora la participación y los resultados del
aprendizaje. Además, las aplicaciones de la realidad aumentada en la enseñanza
de la geometría espacial han demostrado que la presentación de objetos 3D cerca
de la información textual relacionada ayuda a los estudiantes a comprender y
visualizar mejores conceptos complejos, mejorando así sus habilidades
espaciales, como mencionan Amir Alkodri et al.
(2020). En general, según Paek et al. (2017), la
aplicación coherente del principio de contigüidad espacial en los entornos de
aprendizaje de AR subraya su eficacia para mejorar los resultados educativos al
reducir la carga cognitiva y mejorar la asociación entre el contenido
instructivo y las tareas prácticas (Craig et al., 2015; Putri
et al., 2022; Solehatin et al., 2023).
Todos los estudios revisados midieron la separación de
forma angular medida desde el observador. Los estudios mostraron que, para las
tareas de comparación en pantallas convencionales, el comportamiento negativo
en el rendimiento o la carga de trabajo, comienza a presentarse en separaciones
superiores a 45º. No se encontró algún efecto asociado a la rotación de la
cabeza. Para tareas que implican interacción con el contenido, se identificó
que el efecto negativo en el tiempo de la tarea y la precisión se degrada
proporcionalmente a medida que la separación aumenta. Sin embargo, el efecto
aumenta significativamente para separaciones mayores a 35º. Se identificó que
un ángulo de separación de 27º entre displays, podría mostrar mejores
resultados de desempeño para ambientes de realidad aumentada. Así mismo, en los
estudios revisados no se evalúa la contigüidad en profundidad, a pesar de
involucrar una interfaz de usuarios espacial (3D), solo se evalúa la
contigüidad en el campo visual. Lo anterior, no permite conocer la influencia
de la separación en profundidad entre contenidos. Así mismo, la ubicación usada
siempre mostró contigüidad horizontal en el campo, pero no se evaluaron otras
posiciones del contenido con respecto a la imagen. De otro lado, los materiales que fueron
evaluados, generalmente fueron materiales bidimensionales como imágenes y
texto, pero no se evaluaron objetos de origen espacial como modelos 3D y la
integración: Modelo-texto o modelo-imagen. Esto crea una posible limitación
sobre el estado actual de conocimiento del principio y su aplicabilidad en
entornos espaciales. Igualmente, aún no hay consenso sobre el efecto en la
carga cognitiva, ni en el desempeño del participante al aplicar el principio.
Esto refuerza lo que menciona Krüger y Bodemer (2022), al sugerir la necesidad
de más estudios relacionados con este principio. Esto debido a que los
resultados de los estudios encontrados no son concluyentes, frente la reducción
de la carga cognitiva, como establece Geng y Yamada (2020). Posiblemente, como
hipotetiza Kapp, porque logre una reducción de la carga cognitiva extrínseca
(Thees et al., 2020) que es más compleja de distinguir con las herramientas
generales. Así mismo, pocos de los estudios revisados mostraron evaluaciones
con herramientas objetivas, lo que sugiere la necesidad de usar tecnologías
como el eye tracking (Suzuki et al., 2024).
2.1 Experimento 1:
Contigüidad Espacial De Campo
2.1.1
Materiales y Métodos
Hipótesis H1. Con el propósito de
conocer el comportamiento del esfuerzo mental en los participantes que usan
contenido instruccional en condiciones de Contigüidad/Discontiguidad de campo
en un entorno de realidad aumentada, se propuso el estudio bajo la siguiente
hipótesis, H1: El esfuerzo mental del participante cuando el espacio de
información esta contigüo al objeto es diferente a cuando el espacio de
información está discontigüo.
Diseño Experimental. El estudio planteó
como variable independiente la Contigüidad de Campo, descrita en dos
categorías: a. Contigüo: cuando la separación entre el objeto y el espacio de
información es de 30 grados y b. Discontigüo: cuando la separación es de 65
grados. Como variable dependiente se tomó:
El Esfuerzo Mental, medido con la Dilatación pupilar y la Duración de
Fijaciones en el AOI (espacio de información). Para tomar estos datos se usaron
unas gafas de Eyetracking SMI® y los datos fueron procesados con el software
BeGaze 3.7. El grupo de participantes estuvo compuesto por 34 estudiantes
universitarios con edad promedio 22,4 años, con bajo conocimiento previo de la
temática de instrucción.
Para la ejecución del estudio, se diseñó la escena
para el aprendizaje de anatomía de superficie de rotula y ligamento rotuliano
de rodilla. La escena usa un simulador de rodilla Prodelphus® y los Espacios de
Información son visualizados en unas gafas Hololens2. Se realizaron dos niveles
de tratamiento para ubicar el espacio de información: a. Contigüo y b
Discontiguo, que fueron asignados aleatoriamente.
Procedimiento. El procedimiento
inició con la realización del test de conocimiento previo. Una vez verificado
el nivel bajo de conocimiento previo, se procedió a la lectura y firma mecánica
del consentimiento informado. Posteriormente, el participante realizó el tutorial
para aprender el manejo del dispositivo Hololens y luego descansó cinco
minutos. Luego, se instrumentó al participante con las gafas SMI y se calibró
el eye-tracker. Finalmente, se colocó al participante las gafas Hololens2 y se
inició el tratamiento asignado por aleatorización.
Análisis de Datos. Los datos del
eyetracking fueron procesados en el software BeGaze 3.7. Posteriormente, los
análisis estadísticos fueron realizados en el software SPSS v26. Se realizaron
análisis estadísticos descriptivos para conocer el comportamiento interno de
los datos. Finalmente, se evaluó la normalidad de los datos con la prueba
Shapiro-Wilk y la homogeneidad con el test de Levene, con un nivel de
significancia de 5%. Se realizó una comparación de medias mediante la prueba
T-student pareada para los datos paramétricos y Prueba de Rangos de Wilcoxon
para datos no paramétricos, donde el nivel de significancia se estableció en
5%, por lo que los valores de p<0,05 se consideran estadísticamente
significativos. En referencia al sistema de numeración indicamos, que cuando la
unidad tiene el valor cero, éste no se asienta, utilizando punto en vez de
coma, tal y como recomienda APA. Ejemplo: "p < .005". Las unidades
de millar, por su parte, se separarán con una coma y los decimales con punto:
1,532.27.3.
Consideraciones éticas: Este conjunto de
experimentos ha sido aprobado por el comité de Comité de Ética e Investigación
Científica de la Universidad Industrial de Santander (CEINCI) mediante Acta No.
18 de 8 de octubre de 2021. El experimento requirió la instrumentación de los participantes
con dispositivos de medición. Sin embargo, no fue invasivo y por lo tanto
clasificado como: Sin Riesgo. Además, la información de los participantes fue
codificada para garantizar el manejo confidencial de los datos.
2.1.2.
Resultados
2.1.2.1. Esfuerzo
mental
Dilatación Pupilar: Se observa que la
media es mayor para el tratamiento Discontigüo con un valor de 0,16 con una DE
(±0,28) mm. en comparación con el tratamiento
Contiguo cuya media fue de -0,03 DE (±0,13) mm. Se confirmó
la distribución normal de los datos con la prueba Shapiro-Wilk (p-valor =
0,22). Se realizó la prueba T-Student, obteniendo un (p-valor= 0,001),
evidenciando diferencias significativas en la dilatación pupilar entre los
tratamientos. Se calculó el tamaño del efecto con el D de Cohen, se obtuvo un
efecto grande (d=0,87). Los datos, sugieren que el esfuerzo mental es afectado
por la Contigüidad/Discontiguidad de campo entre el objeto y el espacio de
información. Específicamente, la Discontiguidad de Campo aumenta el esfuerzo
mental en los estudiantes, tal como se observa en la Tabla 1.
Tabla 1
Estadísticos
de Esfuerzo Mental: Dilatación pupilar y Duración de Fijaciones entre AOIs para la Contigüidad de Campo
|
|
Dilatación Pupilar (mm) |
Duración Fijaciones en el AOI (ms) |
||||||
|
|
Tratamiento Contigüidad de Campo |
Prueba de Contraste |
Tamaño del Efecto |
Tratamiento |
Prueba de Contraste |
Tamaño del Efecto |
||
|
Contigüo |
Discontigüo |
T-student |
D-Cohen |
Contigüo |
Discontigüo |
T-student |
D-Cohen |
|
|
Media |
-0,03 |
0,16 |
p-valor = 0,001 |
d=0,87 |
302,55 |
286,02 |
p-valor = 0,046 |
d=0,29 |
|
DE |
0,13 |
0,28 |
54,6 |
57,6 |
||||
Duración de Fijaciones en el AOI: El promedio de Duración de Fijaciones para el
tratamiento Contiguo es de 302,55 ms. con una DE (54,6) siendo mayor que para el
tratamiento Discontigüo que muestra una duración promedio de 286,02 ms. Con una
DE (57,6 ms). Se aplicó el test Shapiro-Wilk (p-valor = 0,413) para verificar
la normalidad de los datos. Se realizó la prueba T-Student, obteniendo un
p-valor=0,046. Se calculó el tamaño del efecto usando el D-Cohen obtenido un
efecto pequeño (d=0,29). Por tanto, se rechaza la hipótesis nula y se acepta la
hipótesis alternativa, evidenciando que existen diferencias en el Duración de
Fijaciones entre los tratamientos. Lo anterior indica que, la proximidad
espacial entre los elementos visuales afecta el esfuerzo mental del usuario. En
este caso el tratamiento Discontigüo genera un mayor esfuerzo mental,
evidenciado en la duración de fijaciones. tal como se
observa en la Figura 1.
Figura 1
Dilatación Pupilar y Duración de Fijaciones, según
tratamiento de Contiguidad de Campo
2.1.3.
Discusión del Experimento 1
Con el propósito de establecer diferencias
significativas en el esfuerzo mental de los participantes, cuando el
participante es expuesto a los tratamientos de espacio de información Contigüo
y Discontigüo en campo, se midió la Dilatación pupilar y duración de fijaciones
en el AOI (espacio de información).
En la evaluación del esfuerzo mental, mediante la
dilatación pupilar, se identificaron diferencias significativas (p-valor=0,001)
entre los tratamientos. El análisis mostró que para el tratamiento Discontiguo,
la dilatación pupilar es mayor en comparación con el tratamiento Contiguo. Lo
anterior, podría indicar la posible presencia de esfuerzo mental en el
participante, tal como lo afirma Jarodzka et al. (2015) el aumento de la
dilatación pupilar indica mayor esfuerzo mental, y posiblemente generada por la
Discontigüidad de Campo visual. De igual forma, como lo muestra Rodemer et al.
(2023) y Franklin et al. (2013) en la evaluación de esfuerzo mental las
actividades de aprendizaje, un valor promedio de dilatación pupilar cercano a
0,2 evidencia, la presencia de esfuerzo mental. Eso es posiblemente generado,
por el incremento de la búsqueda de información requerida en el tratamiento
Discontiguo. Estos resultados son consistentes con la hipótesis planteada, ya
se esperaba una diferencia en el esfuerzo mental bajo las condiciones de
Contigüidad/Discontiguidad de Campo. También como lo menciona Holsanova et al. (2009), es posible que la
presencia de Contigüidad, fomentará el procesamiento
de la información presente en el conjunto Objeto-Espacio de Información, como
una sola fuente, lo que reduciría el esfuerzo mental del participante. Estos resultados
muestran que cuando la información está separada espacialmente, los
estudiantes requieren un mayor esfuerzo mental para procesarla, lo que puede
afectar su concentración y eficiencia en el aprendizaje. En contraste, la
información presentada de manera unida y cercana facilita su procesamiento y
reduce la carga cognitiva. La aplicación del principio de contigüidad espacial
permite a los estudiantes comprender y recordar la información de manera más
efectiva, contribuyendo a un proceso de aprendizaje más eficiente.
Para el Duración de Fijaciones en el AOI, se
identificó la existencia de diferencias significativas entre los tratamientos
(p-valor= 0,046). Identificando que la Duración de Fijaciones en el AOI, para
el tratamiento Contiguo fue mayor, en comparación con el tratamiento
Discontigüo. Como lo indica Zu et al. (2018), la Duración de Fijaciones en el
AOI es una medida de esfuerzo mental. Es decir, los participantes mantuvieron
fijaciones más prolongadas en el AOI en el tratamiento Contiguo, mientras que
fue menor para el tratamiento Discontiguo. Esto sugiere un nivel de esfuerzo
mental de los participantes en el tratamiento Discontigüo, realizando un
procesamiento menos profundo, por lo que es posible que se presente un
procesamiento superficial en el tratamiento Discontiguo. Esto es coherente con
la literatura relacionada. Por ejemplo, en Tao et al. (2019) afirman en una
revisión reciente de las medidas de rastreo ocular que la demanda mental de
tarea en tareas de vuelo y conducción simulada aumentó a medida que la duración
de la fijación disminuyó. De igual forma, Liu et al. (2022) descubrieron que
las duraciones fijaciones eran más bajas en tareas con alta carga perceptiva.
Los hallazgos están en línea con la teoría de la carga cognitiva, ya que, según
Zu et al. (2018), la duración de la fijación se puede considerar una medida del
esfuerzo mental que afecta la memoria de trabajo, ya que el participante debe
almacenar las indicaciones en la memoria de trabajo, lo que reduce su esfuerzo
mental. Estos resultados implican que cuando la información
se presenta de manera contigua, los estudiantes mantienen fijaciones más
prolongadas en las áreas relevantes, lo que indica un procesamiento cognitivo
más profundo y un mayor esfuerzo mental dedicado a entender el material. Por el
contrario, la presentación discontigua reduce la duración de las fijaciones,
sugiriendo un procesamiento más superficial y potencialmente menos efectivo.
Esto implica que organizar la información de forma integrada y cercana puede
facilitar la concentración y la comprensión de los estudiantes, mejorando su
capacidad para procesar y retener la información.
2.2 Experimento 2:
Contigüidad Espacial de Profundidad
Esta característica está documentada por Rashid et al.
(2012) como la
contigüidad de profundidad, la cual se describe como la diferencia en
profundidad que existe entre el objeto y el espacio de información, medida con
respecto al observador. Se define la Contigüidad de profundidad, cuando el
objeto y el espacio de información se encuentran a la misma profundidad con
respecto al observador, y la Discontigüidad de profundidad cuando esta relación
se rompe, haciendo que el espacio de información esté en una profundidad
diferente al objeto. Por tanto, la contigüidad espacial de profundidad se
refiere a la relación entre la separación física entre objetos y su entorno, y
cómo esta separación influye en la carga cognitiva.
2.2.1.
Materiales y Métodos
Hipótesis H2. Para conocer el
comportamiento del esfuerzo mental en los participantes que usan contenido
instruccional en condiciones de Contigüidad/Discontiguidad de profundidad en un
entorno de realidad aumentada, se propuso el estudio bajo la siguiente
hipótesis, H2: El esfuerzo mental del participante cuando el espacio de
información esta contigüo en profundidad al objeto es diferente a cuando el
espacio de información está discontigüo en profundidad.
Diseño Experimental. El estudio planteó
como variable independiente la Contigüidad de Profundidad, descrita en dos
categorías: a. Contigüo: cuando el espacio de información está a la misma
profundidad que objeto vinculado, medido con respecto al observador y b.
Discontigüo: cuando el espacio de información no está a la misma profundidad
que objeto vinculado, es decir, el EI se ubicó 15 más cerca al observador. Como
variable dependiente se tomó: El
Esfuerzo Mental, medido con la Dilatación pupilar y la Duración de Fijaciones
en el AOI (espacio de información). Para tomar estos datos se usaron unas gafas
de Eyetracking SMI® y los datos fueron procesados con el software BeGaze 3.7.
El grupo de participantes estuvo compuesto por 34 estudiantes universitarios con
edad promedio 24,3 años, con bajo conocimiento previo de la temática de
instrucción.
Para la ejecución del estudio, se diseñó la escena
para el aprendizaje de anatomía de superficie y ósea de tibia y peroné. La
escena usa un simulador de rodilla Prodelphus® y los Espacios de Información
son visualizados en unas gafas Hololens2. Se realizaron dos niveles de
tratamiento para ubicar el espacio de información: a. Contigüo en Profundidad y
b Discontiguo en Profundidad, que fueron asignados aleatoriamente.
Procedimiento. El procedimiento
seguido fue el mismo ejecutado en el experimento 1 de Contigüidad de Campo.
Análisis de datos. Se aplicaron
el mismo análisis que en el experimento 1.
Consideraciones Éticas. Las mismas que
en el Experimento 1.
3.2.2
Resultados
3.2.2.1 Esfuerzo
mental
Dilatación Pupilar: La media de la dilatación
pupilar es mayor para el tratamiento Discontigüo con una media de (0,20 con una
DE 0,25) mm, en comparación con el tratamiento Contigüo cuya media (-0,05 con
una DE 0,18) mm. Se verificó la normalidad de los datos con el test
Sharpiro-Wilk (p-valor = 0,15). Posteriormente, se realizó la prueba T-Student
pareada, obteniendo un p-valor= 0,000. Se encontró un efecto mediano (d=0,68)
calculado con el delta de cohen. Por tanto, se rechaza la hipótesis nula y se
acepta la hipótesis alternativa, evidenciando diferencias significativas de la
dilatación pupilar entre los tratamientos de Contigüidad/Discontigüidad de
profundidad. Por tanto, los datos sugieren que la Contigüidad/Discontiguidad de
profundidad afecta el esfuerzo mental en los estudiantes. Específicamente, el
tratamiento de Discontiguidad de profundidad aumenta el esfuerzo mental, cómo se observa
en la Tabla 2.
Tabla 2
Estadísticos
de Esfuerzo Mental: Dilatación pupilar y Duración de Fijaciones en el AOI para
la contigüidad de Profundidad
|
|
Dilatación Pupilar (mm) |
Duración Fijaciones en el AOI (ms) |
||||||
|
|
Tratamiento Contigüidad de Campo |
Prueba de Contraste |
Tamaño del Efecto |
Tratamiento |
Prueba de Contraste |
Tamaño del Efecto |
||
|
Contigüo |
Discontigüo |
T-student |
D-Cohen |
Contigüo |
Discontigüo |
T-student |
D-Cohen |
|
|
Media |
-0,05 |
0,2 |
p-valor = 0,000 |
0,68 |
279,48 |
284,37 |
p-valor = 0,204 |
- |
|
DE |
0,18 |
0,25 |
42,71 |
41,35 |
||||
Fuente: Autor
Figura 2
Dilatación Pupilar y Duración de Fijaciones, según
tratamiento de Contiguidad de Profundidad
Duración de Fijaciones en el AOI: El promedio la
Duración de Fijaciones para el tratamiento Contiguo (279,48 ms. con una DE
42,71) es muy cercano al promedio del tratamiento Discontigüo (284,37 ms con
una DE 41,35). Se verificó la normalidad de los datos con la prueba
Shapiro-Wilk (p-valor = 0,166). Se realizó la prueba T-Student (p-valor=
0,204). Por tanto, se acepta la hipótesis nula y se rechaza la hipótesis
alternativa, evidenciando que no existen diferencias significativas entre los
tratamientos. Es decir, que la duración de fijación en el AOI es indiferente
para los tratamientos. Lo que sugiere que la Contigüidad de profundidad, podría
no afectar el esfuerzo mental de los estudiantes, tal como se
observa en la Figura 2.
Finalmente, los datos indican que, no hay información
concluyente sobre la influencia de la Proximidad espacial (Discontiguidad) en
profundidad, que permita afirmar que el tratamiento Discontigüo puede ocasionar
un mayor esfuerzo mental en el participante.
2.2.3
Discusión del Experimento 2
Para evaluar la hipótesis, relacionada con el esfuerzo
mental, se analizó la Dilatación pupilar y la Duración de las Fijaciones en un
AOI (Espacio de Información). Se observaron diferencias significativas (p-valor
0,000) entre los tratamientos, siendo mayor para el tratamiento Discontigüo en
profundidad, en comparación con el tratamiento Contiguo en Profundidad. Estas
diferencias mostraron un tamaño de efecto mediano (d=0,68). Estos resultados,
están alineados con las expectativas del experimento, ya que se esperaba una
diferencia en la dilatación pupilar entre tratamientos. Así mismo, coinciden
con la literatura, especialmente, con las investigaciones previas, como las
planteadas por Jarodzka et al. (2015), Rodemer et al. (2023) y Frankling et al.
(2013). Adicionalmente, Huckauf et al. (2010), reporta un costo cognitivo
superior para la Discontiguidad de profundidad. Esto es posiblemente originado
por que la percepción de profundidad y la ubicación del estímulo respecto al
usuario afectan el esfuerzo mental, especialmente debido a la diferencia en
profundidad entre el objeto y el Espacio de Información, lo que introduce la
necesidad de un ajuste permanente de la acomodación y vergencia del ojo del
participante cuando se usan dispositivos HMD como Hololens 2. También, como lo
menciona Pielage et al. (2022), el conflicto entre acomodación y vergencia,
genera posibles alteraciones en la respuesta de la pupila. En este experimento,
el tratamiento Contiguo en Profundidad, no tuvo diferencia de profundidad entre
el objeto y el espacio de información, lo que puedo haber evitado el conflicto
de acomodación y vergencia de mencionado por Huckauf, esto podría haber tenido
un impacto en la disminución del costo cognitivo. De forma inversa, el
tratamiento Discontiguo, pudo haber fomentado la acomodación vergencia del ojo
durante la actividad, incrementando la dilatación pupilar. En otras
palabras, estos resultados muestran que cuando la información en
realidad aumentada se presenta con discontigüidad en profundidad, los estudiantes
experimentan un mayor esfuerzo mental, reflejado en una mayor dilatación
pupilar. Esto sugiere que las diferencias de profundidad entre el objeto y el
espacio de información aumentan la carga cognitiva, posiblemente debido a
ajustes constantes en la acomodación y vergencia ocular. Al diseñar materiales
educativos en realidad aumentada, es fundamental mantener la contigüidad en
profundidad entre los elementos para reducir el esfuerzo mental y promover un
aprendizaje más eficiente y cómodo para los estudiantes.
Las medidas de Duración de fijaciones en el AOI, no
mostraron diferencias significativas entre los tratamientos (p-valor 0,204). A
pesar de esto, se presentó un mayor tiempo de fijación en el AOI cuando se
presentó el tratamiento Discontiguo. A pesar de como establece Guy et al.
(2020), la duración de la fijación, se ve modulada por la complejidad del
procesamiento de la información de profundidad, como la distinción entre
disparidades posicionales simples y relativas; estas últimas requieren tiempos
de procesamiento más prolongados debido a la necesidad de calcular múltiples
diferencias angulares. También, en tareas de búsqueda visual, la duración de la
fijación aumenta con la heterogeneidad de los distractores, la similitud entre
el objetivo y el distractor y la densidad de los estímulos, aunque su
contribución al tiempo de búsqueda varía con la complejidad del estímulo (Hans
et al., 2014), factor que no varió entre tratamientos, ya que el contenido fue
el mismo para los dos. También, como lo indica Macramalia y Bridgeman (2009),
las señales de profundidad, como la dirección de la iluminación, las sombras y
el balance de color, son esenciales para una percepción precisa de la
profundidad en imágenes bidimensionales, y el esfuerzo mental necesario para
procesar estas señales puede variar según la complejidad de la tarea visual. En
este experimento, no se incluyó ninguna señal de profundidad, por tanto, es
posible que la falta de señales de profundidad, mantenga un nivel de esfuerzo
bajo, por lo tanto, no se evidencia dificultad cuando se usó el tratamiento
Discontiguo en Profundidad. Sin embargo, es claro que la
Contigüidad/Discontiguidad de profundidad, podría estar relacionada con la
percepción de profundidad de los objetos. Como lo menciona Kemma et al. (2020),
la percepción de la profundidad es crucial para controlar el comportamiento en
un mundo tridimensional. Sin embargo, contrario a como se formuló en la
hipótesis, las investigaciones indican que el esfuerzo mental parece influir en
la percepción de profundidad (Takeuchi et al., 2011). Es decir, como lo
menciona Kalia et al. (2016), la presencia de esfuerzo mental adicional puede
afectar a la percepción de la profundidad, especialmente cuando se utilizan
técnicas de realidad aumentada para mejorar la visualización. Es decir, cuando,
el participante presenta un alto esfuerzo mental, puede percibir de forma
incorrecta la profundidad del espacio de información, dando lugar a
dificultades en la asociación por proximidad. Adicionalmente, es posible que la
distancia de separación usada no generó el efecto de Discontiguidad en
Profundidad. Así mismo, la posición del espacio de información tuvo un
reposicionamiento mínimo en el campo visual, entre tratamientos, lo que podría
no representar una tarea de búsqueda visual, sino un proceso fisiológico de
acomodación visual para asociar el material mostrado en el espacio de
información. Luego, las posibles afectaciones en el esfuerzo mental, podrían
haberse originado en el proceso de acomodación y vergencia, y no directamente
por una búsqueda visual. Es decir, que la ausencia de señales de profundidad y la mínima
separación entre elementos podrían haber mantenido bajo el esfuerzo mental en
el tratamiento discontiguo. Esto sugiere que, para mejorar la percepción y
reducir la carga cognitiva, es esencial incorporar señales de profundidad y
considerar la proximidad en profundidad al diseñar materiales educativos. Al
hacerlo, se facilita una correcta percepción espacial, evitando que un esfuerzo
mental adicional afecte negativamente la comprensión y la interacción de los
estudiantes con el contenido educativo.
2.4 Experimento 3:
Contigüidad - Posición Relativa Horizontal
2.4.1.
Materiales y Métodos
Hipótesis H3. Para conocer el
comportamiento del esfuerzo mental en los participantes que usan contenido
instruccional en condiciones de Contigüidad y Discontiguidad de Campo y
profundidad, pero con posición relativa horizontal, se propuso el estudio bajo
la siguiente hipótesis: El esfuerzo mental de los participantes
cuando el espacio de información está a la derecha del objeto físico, es el
mismo, ya sea que el espacio de información esté contiguo o Discontiguo al
objeto.
Diseño Experimental H3. En este estudio se
aplicó un diseño factorial univariado con la variable independiente definida
como la contigüidad del espacio de información ubicado a la derecha del objeto.
La contigüidad se evaluó en dos niveles: Contiguo, donde el espacio de información
está alineado (en campo y profundidad) con el objeto, y Discontiguo, donde el
espacio de información está desalineado (en campo y profundidad) respecto al
objeto. La variable dependiente fue el Esfuerzo Mental, medido a través de la
Dilatación Pupilar y la Duración de Fijaciones en el Área de Interés (AOI). Los
datos se registraron utilizando gafas de Eye-tracking SMI® y se analizaron con
el software BeGaze 3.7. El grupo de participantes consistió en 34 estudiantes
universitarios con una edad promedio de 21.8 años y con un conocimiento previo
limitado sobre la anatomía de los ligamentos colaterales de la rodilla, el tema
de estudio. Para la ejecución del experimento, se diseñó una escena utilizando
el simulador de rodilla Prodelphus®. Los Espacios de Información fueron
visualizados mediante las gafas Hololens2. Se asignaron aleatoriamente dos
niveles de tratamiento para la ubicación del espacio de información: Contiguo y
Discontiguo. El procedimiento experimental y los análisis estadísticos
aplicados fueron los mismos utilizados en el primer experimento de Contigüidad
de Campo.
Hipótesis H4: El esfuerzo mental
de los participantes cuando el espacio de información está a la izquierda del
objeto físico, es el mismo, ya sea que el espacio de información esté contiguo
o Discontiguo al objeto.
Diseño Experimental H4. En este estudio
también se aplicó un diseño factorial univariado con características similares
al estudio anterior. La variable independiente se definió como la contigüidad
del espacio de información situado a la izquierda del objeto, evaluada en dos
niveles: Contiguo y Discontiguo. La variable dependiente fue el Esfuerzo
Mental, analizado a través de la Dilatación Pupilar y la Duración de Fijaciones
en el Área de Interés (AOI). Se utilizó el mismo equipo de Eye-tracking SMI® y
el software BeGaze 3.7 para la recopilación y análisis de datos.
El grupo de participantes y las condiciones
experimentales fueron idénticos al estudio anterior, donde se exploró la
contigüidad del espacio de información a la derecha del objeto. Este estudio
también se diseñó para investigar la anatomía de los ligamentos colaterales de
la rodilla utilizando el simulador Prodelphus® y las gafas Hololens2 para la
visualización de los Espacios de Información. Los niveles de tratamiento
(Contiguo y Discontiguo) fueron asignados aleatoriamente, y se siguieron los
mismos procedimientos experimentales y análisis estadísticos que en el primer
experimento de Contigüidad de Campo.
2.4.2.
Resultados - Espacio de Información a la Derecha del Objeto
2.4.2.1. Esfuerzo
mental
Dilatación Pupilar: La media para la
dilatación pupilar es mayor para el tratamiento Discontiguo (0,16 con una DE
0,6) mm, en comparación con el tratamiento Contiguo (-0,24 con una DE 0,53. Se
verificó la normalidad de los datos con la prueba Shapiro-Wilk (p-valor =
0,113). Se realizó la prueba T-Student, se obtuvo un p-valor= 0,003. Por tanto,
se rechaza la hipótesis nula y se acepta la hipótesis alternativa, evidenciando
que hay diferencias significativas en la dilatación pupilar entre los
tratamientos. Por tanto, con base en los datos, es posible afirmar hay
diferencias en la dilatación pupilar de los participantes, cuando el espacio de
información esta Discontiguo, cuando se éste esta ubicado a la derecha del
objeto. Lo anterior, podría afectar el esfuerzo mental de los participantes.
Tabla 3
Estadísticos
de Esfuerzo Mental: Dilatación pupilar y Duración de Fijaciones en AOI.
(Espacio de Información a la Derecha del Objeto)
|
Dilatación Pupilar (A la Derecha) |
Duración Fijaciones (A la Derecha) |
|||||||||
|
|
Tratamiento |
Test Normalidad |
Prueba Contraste |
Tamaño Efecto |
Tratamiento |
Test Normalidad |
Prueba Contraste |
Tamaño Efecto |
||
|
Cont. |
Discon. |
Shapiro-Wilk |
T-Student |
D-Cohen |
Cont. |
Discon. |
Shapiro-Wilk |
Wilcoxon |
C. Rango |
|
|
Media |
-0,24 |
0,16 |
p-valor =0,113 |
p-valor = 0,003 |
0,5 |
283 |
282 |
p-valor =0,035 |
p-valor = 0,661 |
- |
|
DE |
0,53 |
0,6 |
54,3 |
40,8 |
||||||
Fuente: Autor
Duración de Fijaciones en el AOI: Los resultados
mostraron un promedio para el tratamiento Contiguo (283 con una DE 54,30) muy
cercano al promedio del tratamiento Discontiguo (282 con una DE 40,8). En la
prueba Shapiro-Wilk (p-valor = 0,035) se verificó que no cumple la normalidad
de los datos. Se realizó la prueba de rangos de Wilcoxon (p-valor= 0,661). Por
tanto, se acepta la hipótesis nula y se rechaza la hipótesis alternativa,
evidenciando que no existen diferencias significativas en la duración de las fijaciones
entre los tratamientos, tal como se observa en la Figura 3.
Figura 3
Dilatación Pupilar y Duración de Fijaciones, según
tratamiento de Posición Relativa Horizontal a la Derecha
2.4.3.
Resultados - Espacio de Información a la Izquierda del Objeto
2.4.3.1. Esfuerzo
mental
Dilatación Pupilar: La media para la
dilatación pupilar es mayor para el tratamiento Discontiguo (0,28 con una DE
0,73) mm, en comparación con el tratamiento Contiguo (0,06 con una DE 0,43. Se aplicó la
prueba Shapiro-Wilk (p-valor <0.00,1) encontrando que los datos tienen
comportamiento no paramétrico, como se observa en la Tabla 4. Se realizó la prueba
de rangos de Wilcoxon, se obtuvo un p-valor <0.011. Por tanto, se rechaza la
hipótesis nula y se acepta la hipótesis alternativa, evidenciando que hay diferencias
significativas en la dilatación pupilar entre los tratamientos. Por tanto, con
base en los datos, es posible afirmar hay diferencias en la dilatación pupilar
de los participantes, cuando el espacio de información esta Discontiguo, cuando
se está ubicado a la izquierda del objeto.
Tabla 4
Estadísticos
de Esfuerzo Mental: Dilatación pupilar y Duración de Fijaciones en AOI (Espacio
de Información a la Izquierda del Objeto)
|
Dilatación Pupilar (A la Izquierda) |
Duración Fijaciones (A la Izquierda) |
|||||||||
|
|
Tratamiento |
Test Normalidad |
Prueba Contraste |
Tamaño Efecto |
Tratamiento |
Test Normalidad |
Prueba Contraste |
Tamaño Efecto |
||
|
Cont. |
Discon. |
Shapiro-Wilk |
Wilcoxon |
C. Rango |
Cont. |
Discon. |
Shapiro-Wilk |
Wilcoxon |
C. Rango |
|
|
Media |
-0,06 |
0,28 |
p-valor <0,001 |
p-valor =0,011 |
0,5 |
271 |
284 |
p-valor = 0,003 |
p-valor =0,151 |
- |
|
DE |
0,43 |
0,73 |
51,7 |
70 |
||||||
Fuente: Autor
Duración de Fijaciones en el AOI: Los resultados
mostraron un promedio para el tratamiento Contiguo (271 con una DE 51,7) y para
el tratamiento Discontiguo (284 con una DE 70). En la prueba Shapiro-Wilk
(p-valor = 0,005) se verificó que no cumple la normalidad de los datos. Se
realizó la prueba de rangos de Wilcoxon (p-valor= 0,151). Por tanto, se acepta
la hipótesis nula y se rechaza la hipótesis alternativa, evidenciando que no
existen diferencias significativas en la duración de las fijaciones entre los
tratamientos.
Con base en los datos se puede concluir que el
esfuerzo mental, no se ve afectado por la posición relativa horizontal. Es
decir, que es indiferente la posición relativa horizontal del espacio de
información con respecto al objeto, en términos de esfuerzo mental, , evidenciado en
la Figura 4.
Figura 4
Dilatación Pupilar y Duración de Fijaciones, según
tratamiento de Posición Relativa Horizontal a la Izquierda
2.4.4
Discusión del Experimento 3
En el presente estudio, la hipótesis H3 planteaba que
el esfuerzo mental de los participantes, medido a través de la dilatación
pupilar y la duración de las fijaciones en el área de interés (AOI), no varía
significativamente cuando el espacio de información está ubicado a la derecha
del objeto, independientemente de si el espacio es contiguo o discontiguo al
objeto. Los resultados mostraron que la dilatación pupilar fue
significativamente mayor en la condición discontigua (0.16 mm con una DE de
0.6) en comparación con la condición contigua (-0.24 mm con una DE de 0.53),
evidenciando diferencias significativas con un p-valor de 0.003. Esto sugiere
que la contigüidad espacial influye en la carga cognitiva, aumentando el
esfuerzo mental cuando el espacio de información está discontiguo al objeto.
Según Stoltmann et al. (2020), esta
respuesta puede deberse a una inclinación natural de conceptualizar objetos o
cantidades más grandes a la derecha, lo cual podría aumentar la carga cognitiva
al tratar de procesar información discontigua en esta posición. Por otro lado,
no se observaron diferencias significativas en la duración de las fijaciones en
el AOI entre las condiciones contigua (283 ms con una DE de 54.30) y
discontigua (282 ms con una DE de 40.8), con un p-valor de 0.661 en la prueba
de rangos de Wilcoxon. Esto sugiere que, si bien la dilatación pupilar varía
con la contigüidad, la duración de las fijaciones no es afectada de manera
similar, posiblemente debido a la naturaleza específica de la tarea y cómo se distribuye
la atención visual. Estos hallazgos implican que puede generase esfuerzo
mental posiblemente cuando el material esté ubicado a la derecha, pero
únicamente cuando esta discontiguo, es decir,
separado en profundidad y campo de visión. Los anterior, implica que, si el
espacio de información está a la derecha del objeto físico, sólo generará
esfuerzo mental, en condiciones de discontiguidad.
Esto significa, que dichos espacios de información pueden ubicarse a la derecha
del objeto de forma contigua para reducir la carga cognitiva derivada de la
búsqueda de información.
Para la hipótesis H4, se planteó que el esfuerzo
mental de los participantes no varía significativamente cuando el espacio de
información está ubicado a la izquierda del objeto, independientemente de si el
espacio es contiguo o discontiguo al objeto. Los resultados indicaron que la
dilatación pupilar fue significativamente mayor en la condición discontigua
(0.28 mm con una DE de 0.73) comparada con la condición contigua (0.06 mm con
una DE de 0.43), con un p-valor de 0.011. Esto nuevamente evidencia que la discontigüidad
espacial aumenta la carga cognitiva. Como mencionan Barnas y Greenberg (2019) y
De De Nooijer et al. (2013), factores culturales como la direccionalidad del
lenguaje escrito pueden modular estas preferencias espaciales y reducir la
carga cognitiva al alinear materiales didácticos con estos sesgos naturales. En
términos de la duración de fijaciones en el AOI, no se encontraron diferencias
significativas entre las condiciones contigua (271 ms con una DE de 51.7) y
discontigua (284 ms con una DE de 70), con un p-valor de 0.151 en la prueba de
rangos de Wilcoxon. Esto refuerza la observación de que la dilatación pupilar
es una medida más sensible para detectar variaciones en el esfuerzo mental bajo
las condiciones de contigüidad evaluadas. Estos hallazgos
implican que presentar la información a la izquierda del objeto, solo afecta la
carga cognitiva en condiciones de discontiguidad. Es
decir, que ubicar espacios de información a la izquierda de los objetos no
afecta la carga cognitiva.
Los hallazgos del presente estudio son coherentes con
la literatura existente. Stolmann et al. (2020) sugiere que la
conceptualización espacial natural influye en la carga cognitiva, lo cual se
refleja en las diferencias de dilatación pupilar observadas. Además, Barnas y
Greenberg (2019) y De Nooijer et al. (2013), destacan la importancia de alinear
los materiales didácticos con los sesgos espaciales y culturales para optimizar
la carga cognitiva y la eficiencia del procesamiento. En entornos de aprendizaje,
la disposición de la información puede jugar un rol crucial en la carga
cognitiva, como lo señala Zacharis et al. (2016), quien afirma que la carga
cognitiva es mayor en entornos digitales (2D y 3D) comparado con entornos
reales. Esto podría explicar por qué, en este estudio, la discontigüidad afectó
significativamente la dilatación pupilar, un indicador de esfuerzo mental.
Estos resultados apoyan lo mencionado por Tang et al. (2016) quien menciona
que, aunque la modalidad de presentación no afecta significativamente la carga
cognitiva, sí influye en la eficacia del aprendizaje, subrayando la relevancia
de cómo se presenta la información espacialmente. Además, Einhauser et al.
(2020) resalta que factores espaciales, como la altura y la profundidad de los
estímulos, afectan la percepción temporal y pueden influir en el procesamiento
de la información.
2.5. Experimento 4:
Contigüidad - Posición Relativa Vertical
2.5.1
Materiales y Métodos
Hipótesis H5. Para conocer el
comportamiento del esfuerzo mental en los participantes que usan contenido instruccional
en condiciones de Contigüidad y Discontiguidad de Campo y profundidad, pero con
posición relativa vertical (arriba o abajo del objeto físico), se propuso el
estudio bajo la siguiente hipótesis: El esfuerzo mental de los
participantes cuando el espacio de información está arriba del objeto físico,
es el mismo, ya sea que el espacio de información esté contiguo o Discontiguo
al objeto.
Diseño Experimental H5: En este estudio se
aplicó un diseño factorial univariado con la variable independiente definida
como la contigüidad del espacio de información ubicado arriba del objeto. La
contigüidad se evaluó en dos niveles: Contiguo, donde el espacio de información
está alineado (en campo y profundidad) con el objeto, y Discontiguo, donde el
espacio de información está desalineado (en campo y profundidad) respecto al
objeto. La variable dependiente fue el Esfuerzo Mental, medido a través de la
Dilatación Pupilar y la Duración de Fijaciones en el Área de Interés (AOI). Los
datos se registraron utilizando gafas de Eye-tracking SMI® y se analizaron con
el software BeGaze 3.7. El grupo de participantes consistió en 34 estudiantes
universitarios con una edad promedio de 21.8 años y con un conocimiento previo
limitado sobre la anatomía de los ligamentos LCA y LCP de la rodilla, el tema
de estudio. Para la ejecución del experimento, se diseñó una escena utilizando
el simulador de rodilla Prodelphus®. Los Espacios de Información fueron
visualizados mediante las gafas Hololens2. Se asignaron aleatoriamente dos
niveles de tratamiento para la ubicación del espacio de información: Contiguo y
Discontiguo. El procedimiento experimental y los análisis estadísticos
aplicados fueron los mismos utilizados en el primer experimento de Contigüidad
de Campo.
Hipótesis H6: El esfuerzo mental de
los participantes cuando el espacio de información está abajo del objeto
físico, es el mismo, ya sea que el espacio de información esté contiguo o
Discontiguo al objeto.
Diseño Experimental H6: En este estudio también se aplicó un
diseño factorial univariado con características
similares al estudio anterior. La variable independiente se definió como la
contigüidad del espacio de información situado a la izquierda del objeto,
evaluada en dos niveles: Contiguo y Discontiguo. La
variable dependiente fue el Esfuerzo Mental, analizado a través de la
Dilatación Pupilar y la Duración de Fijaciones en el Área de Interés (AOI). Se
utilizó el mismo equipo de Eye-tracking SMI® y el software
BeGaze 3.7 para la recopilación y análisis de datos.
El grupo de participantes y
las condiciones experimentales fueron idénticos al estudio anterior, donde se
exploró la contigüidad del espacio de información a la derecha del objeto. Este
estudio también se diseñó para investigar la anatomía de los ligamentos LCA y
LCP de la rodilla utilizando el simulador Prodelphus®
y las gafas Hololens2 para la visualización de los Espacios de Información. Los
niveles de tratamiento fueron asignados aleatoriamente, y se siguieron los
mismos procedimientos experimentales y análisis estadísticos que en el primer
experimento 1 de Contigüidad de Campo.
2.5.2.
Resultados - Posición Arriba del Objeto
2.5.2.1. Esfuerzo mental
Dilatación Pupilar: Se observa que la
media de la Dilatación Pupilar es mayor para el tratamiento Discontiguo (0,33
con una DE 0,52) mm, en comparación con el tratamiento Contiguo (-0.02 con una
DE 0,51) mm. Se evaluó la normalidad de los datos con la prueba Shapiro-wilk (p-valor
= 0,037) encontrando el comportamiento no paramétrico de los datos. Se realizó
la prueba de rangos de Wilcoxon, se obtuvo un p-valor= 0,020. El tamaño del
efecto es mediano (d=0,47) calculado la correlación biselada de rangos. Por tanto,
se rechaza la hipótesis nula y se acepta la hipótesis alternativa, evidenciando
que hay diferencias significativas entre los tratamientos. Por tanto, es
posible afirmar que la contigüidad afecta el esfuerzo mental medido con la
dilatación pupilar. Específicamente cuando el espacio de Información se
localiza arriba del objeto.
Tabla 5
Estadísticos
de Esfuerzo Mental: Dilatación pupilar y Duración Fijaciones en AOI. Espacio de
Información Arriba del Objeto
|
Dilatación Pupilar (Arriba del objeto) |
Duración Fijaciones (Arriba del objeto) |
|||||||||
|
|
Tratamiento |
Test Normalidad |
Prueba Contraste |
Tamaño Efecto |
Tratamiento |
Test Normalidad |
Prueba Contraste |
Tamaño Efecto |
||
|
Cont. |
Discon. |
Shapiro-Wilk |
Wilcoxon |
C. Rango |
Cont. |
Discon. |
Shapiro-Wilk |
T-Student |
D-Cohen |
|
|
Media |
-0,02 |
0,33 |
p-valor =0,037 |
p-valor = 0,020 |
0,47 |
296 |
309 |
p-valor =0,661 |
p-valor = 0,499 |
- |
|
DE |
0,51 |
0,52 |
76 |
91,9 |
||||||
Fuente: Autor
Duración de Fijaciones en el AOI: La media para la
duración de fijaciones en el tratamiento Discontiguo (309 con una DE 91,9) ms,
fue mayor a la media del tratamiento Contiguo (296 con DE 76) ms. Se verificó
la normalidad de los datos con la prueba Shapiro-Wilk (p-valor = 0,661). Se
realizó la prueba T-Student, obteniendo un p-valor= 0,449. Por tanto, se acepta
la hipótesis nula y se rechaza la hipótesis alternativa, evidenciando que no
existen diferencias significativas entre la duración de fijaciones de los
tratamientos. Por tanto, los datos sugieren que la duración de las fijaciones
no se ve afectado por la contigüidad o Discontiguidad cuando el espacio de
información está arriba del objeto Es decir, que la duración de la fijación es
la misma cuando el espacio de información es contiguo en comparación cuando
esta Discontiguo, arriba del objeto, tal como se
puede evidenciar en la Figura 5.
Figura 5
Dilatación Pupilar y Duración de Fijaciones, según
tratamiento de Posición Relativa Vertical Abajo
2.5.3. Resultados - Posición Abajo del Objeto
2.5.3.1. Esfuerzo mental
Dilatación Pupilar: Se observa que la
media de la Dilatación Pupilar es mayor para el tratamiento Discontiguo (0,62
con una DE 1,01) mm, en comparación con el tratamiento Contiguo (0,10 con una
DE 0,48) mm. Se evaluó la normalidad de los datos con la prueba Shapiro-wilk
(p-valor <0,001) encontrando el comportamiento no paramétrico de los datos.
Se realizó la prueba de rangos de Wilcoxon, se obtuvo un p-valor= 0,006. El
tamaño del efecto es mediano (0,54) calculado la correlación biselada de
rangos. Por tanto, se rechaza la hipótesis nula y se acepta la hipótesis
alternativa, evidenciando que hay diferencias significativas entre los
tratamientos. Por tanto, es posible afirmar que la contigüidad afecta el
esfuerzo mental medido con la dilatación pupilar. Específicamente cuando el
espacio de Información se localiza abajo del objeto.
Tabla 6
Estadísticos
de Esfuerzo Mental: Dilatación pupilar y Duración Fijaciones en AOI. Espacio de
Información Abajo del Objeto
|
Dilatación Pupilar (Abajo del Objeto) |
Duración Fijaciones (Abajo del Objeto) |
|||||||||
|
|
Tratamiento |
Test Normalidad |
Prueba Contraste |
Tamaño Efecto |
Tratamiento |
Test Normalidad |
Prueba Contraste |
Tamaño Efecto |
||
|
Cont. |
Discon. |
Shapiro-Wilk |
Wilcoxon |
C. Rango |
Cont. |
Discon. |
Shapiro-Wilk |
Wilcoxon |
C. Rango |
|
|
Media |
0,1 |
0,62 |
p-valor <0,001 |
p-valor = 0,006 |
0,54 |
281 |
290 |
p-valor =0,047 |
p-valor = 0,840 |
- |
|
DE |
0,48 |
1,01 |
43,2 |
90,2 |
||||||
Fuente: Autor
Duración de Fijaciones en el AOI: La media para la
duración de fijaciones en el tratamiento Discontiguo (290 con una DE 90,2) ms,
fue mayor a la media del tratamiento Contiguo (281 con DE 43,2) ms. Se evaluó
la normalidad de los datos con la prueba Shapiro-Wilk (p-valor = 0,047),
encontrando un comportamiento no paramétrico. Se realizó la prueba de rangos de
Wilcoxon, obteniendo un p-valor= 0,840. Por tanto, se acepta la hipótesis nula
y se rechaza la hipótesis alternativa, evidenciando que no existen diferencias
significativas entre la duración de fijaciones de los tratamientos. Por tanto,
los datos sugieren que la duración de las fijaciones no se ve afectado por la
contigüidad o Discontiguidad cuando el espacio de información está abajo del
objeto. Es decir, que la duración de la fijación es la misma
cuando el espacio de información es contiguo en comparación cuando esta Discontiguo, abajo del objeto, tal como se puede evidenciar
en la Figura 6.
Figura 6
Dilatación Pupilar y Duración de Fijaciones, según
tratamiento de Posición Relativa Vertical Arriba
2.5.4.
Discusión del Experimento 4
El presente estudio examinó cómo
la contigüidad y la discontigüidad del espacio de
información, en relación con la posición vertical (arriba o abajo del objeto
físico), influyen en el esfuerzo mental de los participantes. Este esfuerzo
mental fue medido mediante la dilatación pupilar y la duración de las
fijaciones. Los hallazgos proporcionan una comprensión detallada del impacto
que tiene la disposición espacial de la información en el esfuerzo cognitivo,
con importantes implicaciones para el diseño de materiales educativos y la optimización
de entornos de aprendizaje.
Los resultados para la
hipótesis H5 revelaron que la dilatación pupilar fue significativamente mayor
en la condición discontigua en comparación con la
condición contigua cuando el espacio de información estaba situado arriba del
objeto (p-valor = 0,020). Este resultado sugiere que la desalineación del
espacio de información en la posición superior aumenta el esfuerzo mental. Este
hallazgo es consistente con investigaciones anteriores que indican que la
disposición espacial puede afectar la carga cognitiva (Tang, 2023). Según Stoltmann (2021), las personas tienden a conceptualizar
objetos más grandes a la derecha y más pequeños a la izquierda, pero este
estudio amplía esa comprensión a la disposición vertical, demostrando que la
desalineación vertical también incrementa el esfuerzo cognitivo. En relación
con la duración de las fijaciones en el AOI, no se observaron diferencias
significativas entre las condiciones contiguas y discontiguas
(p-valor = 0,449). Esto sugiere que, aunque la desalineación vertical afecta la
dilatación pupilar, no influye significativamente en la duración de las
fijaciones. Este hallazgo es congruente con los estudios de Nooijer
(2018), que mencionan que la alineación de materiales educativos puede reducir
la carga cognitiva, aunque la duración de fijaciones podría no ser tan sensible
a estos cambios. Estos hallazgos tienen algunas implicaciones en el
diseño de la escena de RA. Que debe evitarse la ubicación de espacios de
información arriba del objeto en condición de discontiguidad,
esta restricción es fundamental para mantener el diseño de escenas fomentando
la reducción de la carga cognitiva.
Para la hipótesis H6, los
resultados mostraron una mayor dilatación pupilar en la condición discontigua en comparación con la condición contigua cuando
el espacio de información estaba ubicado abajo del objeto (p-valor = 0,006).
Este hallazgo refuerza la noción de que la discontigüidad
aumenta el esfuerzo mental, independientemente de si la información se
encuentra arriba o abajo del objeto. Este incremento en el esfuerzo mental
puede ser explicado por la teoría de la carga cognitiva, que postula que la disposición
espacial puede influir en la eficiencia del procesamiento de la información (Barnas &
Greenberg, 2019). De
manera similar a la hipótesis H1, no se encontraron diferencias significativas
en la duración de fijaciones en el AOI entre las condiciones contiguas y discontiguas (p-valor = 0,840). Esto sugiere que la
variable de duración de fijaciones se mantiene constante, sin importar la
ubicación vertical de la información. Según Zacharis
(2017), la carga cognitiva y las demandas de atención son mayores en entornos
digitales y tridimensionales, lo que podría explicar por qué la duración de
fijaciones no varía significativamente con la posición relativa vertical de la
información. Este hallazgo, reafirma la contigüidad del espacio de
información respecto al objeto, sea arriba o abajo de él. Esto propone una guia para la ubicación espacial de espacios de información
en 3D.
Estos resultados tienen
implicaciones para el diseño de materiales educativos y la layout
de entornos de aprendizaje. Es fundamental considerar la disposición espacial
de la información para minimizar el esfuerzo mental de los estudiantes. En
contextos de aprendizaje digital y de realidad aumentada, la alineación
contigua de la información con los objetos de interés puede facilitar el
procesamiento de la información y mejorar la eficiencia del aprendizaje, como
señala Tang (2023). Entender cómo la disposición espacial afecta la carga
cognitiva puede orientar a los diseñadores de materiales educativos a crear
entornos de aprendizaje más eficaces. Einhäuser et
al. (2020) menciona que la disposición espacial de los estímulos, incluyendo su
altura y profundidad, influye en la percepción del tiempo y, por lo tanto, en
el procesamiento de la información. Así, estos aspectos deben ser
cuidadosamente considerados para optimizar el diseño instruccional.
Este estudio destaca la
relevancia de la disposición espacial de la información en el esfuerzo mental
de los participantes. Los resultados muestran que la contigüidad del espacio de
información ya sea arriba o abajo del objeto, puede afectar significativamente
la dilatación pupilar, un indicador de esfuerzo mental, mientras que la
duración de las fijaciones se mantiene constante. Estos hallazgos proporcionan
una base para futuras investigaciones y aplicaciones prácticas en el diseño de
entornos educativos y materiales didácticos.
3. Discusión General
Esta sección no debe presentar los resultados
nuevamente, sino que debe explorar el significado de los resultados. Las citas
extensas y la discusión de la literatura publicada deben evitarse en la
sección. La disposición espacial de los espacios de información en entornos de
realidad aumentada juega un papel crucial en la modulación del esfuerzo mental
de los usuarios. Este estudio se propuso investigar cómo la contigüidad y
discontigüidad, ente el objeto físico y los espacios de información, tanto en el
plano horizontal como en el vertical, afectan la carga cognitiva durante la
interacción con contenido procedimental. A través de cuatro experimentos
diferenciados, se midieron la dilatación pupilar y la duración de las
fijaciones como indicadores del esfuerzo mental, ofreciendo una visión integral
sobre la influencia de la disposición espacial. Se discuten estos hallazgos
dentro del marco de la literatura existente, contrastando los resultados
obtenidos con estudios previos y proporcionando una base para futuras
investigaciones en el diseño de materiales educativos y entornos de
aprendizaje.
Los resultados obtenidos a lo largo de los cuatro
experimentos muestran que la disposición espacial, en especial la
discontiguidad, entre el objeto y la información en
entornos de realidad aumentada afecta significativamente el esfuerzo mental de
los participantes, medido a través de la dilatación pupilar y la duración de
las fijaciones. Estas medidas son consistentes con la literatura
previa que indica que el aumento de la dilatación pupilar es un indicador de
mayor esfuerzo mental (Jarodzka et al., 2015; Huckauf et al., 2010; Pielage,
2020).
Se observó que la dilatación pupilar fue mayor en el
tratamiento discontiguo, lo cual sugiere un mayor esfuerzo mental debido a la
necesidad de integrar información dispersa espacialmente. Esto concuerda con
los hallazgos de Holsanova (2016) y Rodemer y Frankling, quienes afirman que la
contigüidad espacial facilita el procesamiento de la información al reducir la
carga cognitiva. Contrariamente, la duración de las fijaciones fue mayor en el
tratamiento contiguo, sugiriendo un procesamiento más profundo de la
información en esta condición. Este hallazgo se alinea con estudios previos que
indican que una mayor duración de fijaciones está asociada con una mayor carga
cognitiva (Tao et al., 2019: Liu et al., 2022). Asi mismo, se evidencia que el esfuerzo mental por la discontiguidad de campo, entre el objeto y el espacio de
información, también se presenta en las posiciones relativas Horizontal
(Derecha e Izquierda) y vertical (Arriba y Abajo). Nuevamente, se
encontró que la dilatación pupilar era mayor en la condición discontigua,
apoyando la hipótesis de que la discontigüidad en profundidad incrementa el
esfuerzo mental debido a los ajustes constantes de acomodación y vergencia
necesarios (Huckauf et al., 2010; Pielage, 2020). No se encontraron diferencias significativas, lo
cual puede deberse a la falta de variación en las señales de profundidad, como
sombras y balance de color, que podrían haber influido en la percepción y
procesamiento de la información (Macramalia, 2018).
La dilatación pupilar fue mayor en condiciones
discontiguas, tanto a la derecha como a la izquierda del objeto. Esto respalda
la noción de que la discontigüidad espacial aumenta la carga cognitiva,
posiblemente influenciada por factores culturales como la direccionalidad del
lenguaje escrito (Barnas &
Greenberg, 2019; de Nooijer et al., 2013). No se observaron
diferencias significativas, lo cual indica que la duración de las fijaciones
puede no ser tan sensible a las variaciones de contigüidad en la posición
horizontal. Se observó una mayor dilatación pupilar en condiciones
discontiguas, tanto arriba como abajo del objeto, sugiriendo un aumento en el
esfuerzo mental debido a la desalineación vertical (Stoltmann et al., 2020; Barnas
& Greenberg, 2019). De nuevo, no se encontraron diferencias
significativas, lo cual sugiere que la alineación vertical puede no afectar
tanto la duración de las fijaciones como lo hace la dilatación pupilar.
4. Conclusiones
Los hallazgos de este estudio confirman que la
disposición espacial de la información en entornos de realidad aumentada
influye significativamente en el esfuerzo mental de los usuarios. Específicamente,
se encontró que la discontigüidad, tanto en el campo
visual como en la profundidad, incrementa la carga cognitiva, evidenciada por
un aumento en la dilatación pupilar. Estos resultados son consistentes con
estudios previos que indican que la desalineación espacial aumenta la carga
cognitiva (Jarodzka et al., 2015; Rodemer
et al., 2010) y extienden este conocimiento al incorporar la dimensión de
profundidad en entornos tridimensionales de RA.
Las implicaciones prácticas de estos resultados son
significativas para la mejora de los entornos virtuales de aprendizaje y el
diseño de entornos que usan RA. Al demostrar que la contigüidad espacial
en todas las dimensiones, horizontal, vertical y en profundidad; evita la carga
cognitiva, se sugiere que los diseñadores de materiales educativos en RA deben
ubicar el espacio de información contiguo al objeto de interés. Esto
facilitaría la integración mental y la asociación de contenido, optimizando el
aprendizaje y la retención de información por parte de los usuarios. Además,
estos resultados proporcionan pautas concretas para el diseño de entornos e
interfaces para RA que eviten la carga cognitiva, lo cual es crucial para el
desarrollo de simuladores y entornos de aprendizaje más efectivos. Al aplicar
estas recomendaciones, se puede mejorar la experiencia del usuario, aumentando
la eficiencia y eficacia de las aplicaciones educativas basadas en realidad
aumentada.
Finamente, este estudio no solo confirma el impacto de
la disposición espacial en la carga cognitiva, sino que también ofrece
directrices prácticas para el diseño de materiales educativos en RA,
contribuyendo así a la optimización de los entornos virtuales de aprendizaje en
RA y al avance en el diseño de simuladores más efectivos.
5. Limitaciones y
trabajo futuro
Este estudio presenta algunas limitaciones que deben
considerarse. Primero, debido a que las señales pupilares pueden tener muchas
fuentes de confusión, una limitación de los estudios con datos pupilares es que
no pueden interpretarse de forma aislada. Los cambios de iluminación introducen
ruido en el diámetro pupilar, afectando los datos finales, especialmente cuando
se analizan factores cognitivos (Kret, 2019), a pesar de que el software
utilizado aplique correcciones a las variaciones de iluminación. Hennessy
(1976) afirma que los cambios en la iluminación pueden impactar la acomodación
espacial en un entorno de realidad aumentada, como el cambio en el cristalino
del ojo humano que afecta el enfoque de los objetos. La emoción también es una
variable que puede influir en el diámetro pupilar como medida del esfuerzo
mental (Brunken et al., 2016). Además, la duración del periodo de medición es
crucial, ya que estímulos de corta duración no producen dilataciones pupilares
que indiquen esfuerzo mental (Reid, 2018), por tanto, deben considerarse varias
medidas durante la ejecución de la prueba. Usualmente, los estudios que
utilizan eyetracking realizan varias capturas de datos con el mismo
participante. Para este estudio, se realizó una sola captura por participante,
lo que podría representar una limitación. Los hallazgos del estudio se basan en
un contexto específico que implica la visualización de instrucciones anatómicas
en un espacio de realidad aumentada, lo cual puede no ser generalizable a otras
temáticas o tipos de contenido didáctico.
Futuras investigaciones deberían considerar unos
contextos para validar estos resultados. También se recomienda explorar otros
indicadores de esfuerzo mental, o el uso de herramientas subjetivas como el
test nasa TXL o el test de Klepsh, para obtener una comprensión más completa
del impacto de la disposición espacial en la carga cognitiva. La investigación
futura también podría beneficiarse de estudios longitudinales que evalúen el
efecto de la contigüidad en el aprendizaje y la retención a largo plazo
Contribuciones
de autores