Единственное или множественное число?

Пространственные способности помогают людям обрабатывать визуально-пространственную информацию — например, представлять объекты и расстояние в уме и понимать, где относительно них в пространстве находится человек. Но это полезно не только в бытовых ситуациях, например, когда мы ориентируемся на местности по карте или компасу, но и в разных профессиональных областях. Например, уровень развития способностей предсказывает, насколько человек будет успешен в STEM (S ― science, T ― technology, E ― engineering и M ― mathematics). По словам директора центра нейронаук в образовании ИТМО Максима Лиханова, в 2013 году году американские ученые провели исследование, которое продемонстрировало, что измерение пространственных способностей у 13-летнего школьника может с некоторой точностью показать, сколько статей и патентов у него будет к 40 годам.

Пространственные способности можно развивать разными методами, например ― играть в компьютерные или командные спортивные игры. Но для этого необходимо понять, на что именно нужно воздействовать и какими методами сделать это лучше всего.

«На протяжении последних 30 лет ученые пытаются понять, идет ли речь о "способностях" или "способности". Другими словами, это одна способность, которая по-разному проявляется, или это набор навыков, связанных между собой. Поэтому в нашем исследовании мы постарались определить, как устроены эти способности. Ведь в зависимости от ответа изменится, например, количество методов, которые нужно будет использовать для диагностики и развития способностей и талантов студентов», — объяснил Максим Лиханов.

Одна за всех

Чтобы измерить пространственные способности, ученые центра нейронаук в образовании Университета ИТМО, лаборатории возрастной психогенетики Российской академии образования, лаборатории когнитивных исследований и психогенетики Томского государственного университета, факультета психологии Миланского университета Бикокка и Голдсмитс, Университета Лондона предложили 958 российским студентам пройти 16 психометрических тестов. В одной части заданий участникам нужно было решить онлайн-тесты, чтобы построить и защитить королевский замок, а в другой — как настоящим детективам провести расследование в виртуальном городе за ограниченное время. В первой части исследования изучалось, насколько хорошо обучающиеся могут представить сечение объектов, соединять предметы воедино и находить выход из лабиринта, а во второй игре проверялись умения двигаться по направлениям компаса, запоминать маршрут, анализировать окружающее пространство и другие способности.

Затем ученые проанализировали полученную информацию и попытались найти связи между показателями всех тестов. Результаты показали, что ни одна из протестированных теоретических моделей структуры пространственных способностей, включая модель, подразумевающую наличие одной «общей» пространственной способности, не работает лучше других. Одновременно с этим исследователи пришли к выводу, что все аспекты пространственных способностей связаны друг с другом. Чтобы разобраться в этих сложных связях внутри структуры, ученые прибегли к сетевому анализу, а именно графическим Гауссовым моделям. Сейчас этот метод все чаще применяется к данными психологических тестов, например, для изучения связей между симптомами тревожности и депрессии. 

В итоге ученые смогли определить так называемые «хабы» — центры сети, через которые связываются все аспекты пространственных способностей. Таких центров в сети может быть несколько, но самый важный — это навигация по направлениям. Эта способность используется человеком для ориентации по компасу, например, когда необходимо найти дорогу в лесу.

«Нахождение "хабов" поможет понять, на что конкретно нам нужно направить усилия по обучению студентов и улучшению их пространственных способностей. Мы считаем, что если развивать одну способность (навигацию по направлениям), все остальные аспекты "подтянутся" за ней по сети автоматически, — отмечает Максим Лиханов. — Мы ожидаем, что эффект тренировки будет расходиться по сети по аналогии с постом, который опубликовал "инфлюенсер", находящийся в центре некоторой социальной сети среди друзей и знакомых».

Индивидуальная программа развития способностей

Дальше исследователям предстоит подтвердить экспериментально свою гипотезу о том, что именно тренировка навигации по направлениям будет улучшать другие аспекты пространственных способностей. После этого на основе результатов они смогут предложить ряд рекомендаций, как улучшить процесс обучения и персонифицировать его. Помимо использования большего количества визуальных материалов (графиков и схем), решения более сложных математических задач, участия в профильных олимпиадах, занятий по робототехнике, микроэлектронике и других вариантов, развить именно навигацию по направлениям могут помочь компьютерные игры (в том числе VR), а также спортивное ориентирование на местности.

Кроме этого, ученые планируют изучить сложную сеть связей между пространственными способностями и успешностью в разных областях. Например, есть данные, что разные математические навыки связаны с разными аспектами пространственных способностей. Человек, хорошо решающий задачи на ментальное вращение, возможно, будет лучше решать задачи с пространственным компонентом (например геометрические), чем абстрактные задачи на логику из курса по алгебре. Но ученым еще предстоит подтвердить или опровергнуть эти гипотезы.

И наконец, еще одно из перспективных направлений исследования — анализ зависимости структуры сети от гендера. Если обнаружится, что у девочек пространственные способности устроены по-другому, им можно будет предложить скорректированную программу обучения, чтобы в дальнейшем уменьшить гендерный разрыв в STEM. Например, обучить их специальным стратегиями решения пространственных задач.

Работа выполнена за счет гранта РНФ (проект № 20-78-10135) и при поддержке программы ITMO Fellowship and Professorship.

Статья: Maxim Likhanov, Ekaterina Maslennikova, Giulio Costantini, Anna Budakova, Elena Esipenko, Victoria Ismatullina, Yulia Kovas, This is the way: Network perspective on targets for spatial ability development programmes (British journal of educational psychology, 2022).