การประยุกต์ใช้เครื่องวัดคลื่นไฟฟ้าสมองแบบพกพาในการวัดความคิดสร้างสรรค์ของผู้เรียนที่เรียนรู้ด้วยกิจกรรมสะเต็มแบบเปิดและแบบมีโครงสร้าง
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
Suthida Chamrat
รับบทความ: 28 กุมภาพันธ์ 2563; แก้ไขบทความ: 24 พฤษภาคม 2563; ยอมรับตีพิมพ์: 29 พฤษภาคม 2563
บทคัดย่อ
การวิจัยในครั้งนี้ศึกษาการนำความก้าวหน้าของวิทยาการประสาทวิทยาศาสตร์ โดยการใช้อุปกรณ์วัดคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) แบบพกพา เพื่อนำมาวัดสภาวะการคิดสร้างสรรค์ของผู้เรียนในขณะดำเนินกิจกรรมการเรียนรู้ตามแนวสะเต็มศึกษาแบบเปิดและแบบมีโครงสร้าง โดยเก็บข้อมูลวิจัยจากพลวิจัยซึ่งเป็นอาสาสมัครจำนวน 12 คน หลังจากที่ได้รับการอนุมัติจากคณะกรรมการจริยธรรมการวิจัยในคน มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ พลวิจัยได้เข้าร่วมกิจกรรมสะเต็มทั้งสองกิจกรรม ที่ประกอบด้วยกิจกรรมการฟังบรรยายจากผู้สอน การดูวิดิทัศน์จากยูทูป และการลงมือปฏิบัติ คลื่นไฟฟ้าสมองจะถูกวัดโดยเครื่องสวมศีรษะ Muse ที่มี 4 อิเล็กโทรด ได้แก่ AF7 AF8 TP9 และ TP10 โดยศึกษาวิธีการใช้งานเครื่องวัดคลื่นไฟฟ้าสมองแบบเคลื่อนที่ที่วัดและส่งคลื่นสัญญานไปยังอุปกรณ์รับสัญญาณ Bluetooth 2 รูปแบบ คือ 1) การสตรีมข้อมูลไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์ผ่านแอปพลิเคชัน Muse Direct ในรูปแบบไฟล์นามสกุล .Muse ซึ่งแสดงผลแบบ real–time ผ่านโปรแกรม Neuro visual และ 2) การสตรีมข้อมูลไปยังโทรศัพท์มือถือผ่านแอปพลิเคชัน Mind Monitor ซึ่งเชื่อมต่อและเก็บข้อมูลเข้าระบบคลาวด์ของ Dropbox โดยอัตโนมัติ ในรูปแบบ CVS ผลการวิจัยพบว่าวิธีการที่ 2 สะดวกและให้ข้อมูลที่เสถียรมากกว่า สามารถนำข้อมูลไปใช้วิเคราะห์ผลได้เลย ในขณะที่แบบที่ 1 ข้อมูลนามสกุล .Muse ต้องนำไปแปลงไฟล์และวิเคราะห์ด้วยโปรแกรม Matlab ที่ซับซ้อนและต้องใช้ความเชี่ยวชาญในการเขียนคำสั่ง ผลจากการวิเคราะห์ข้อมูลโดย Mind Monitor Graphing แบบออนไลน์ แสดงให้เห็นสภาวะการทำงานของสมองแตกต่างกันไปตามกิจกรรมที่ทำ โดยการทำกิจกรรมสะเต็มแบบมีโครงสร้าง ในช่วงการออกแบบให้คลื่นไฟฟ้าสมองช่วงแอลฟา (ความถี่ 8–12 Hz) เฉลี่ยสูงกว่ากิจกรรมสะเต็มแบบเปิด และลดลงต่ำสุดในช่วงการฟังบรรยาย (71.637) เมื่อพิจารณาความสมมาตรของคลื่นอัลฟาในสมองซีกขวาและซีกซ้าย พบว่า กิจกรรมสะเต็มแบบเปิดให้คลื่นแอลฟาในสมองซีกขวามากกว่าซีกซ้ายอย่างชัดเจน (ส่วนต่างหรืออสมมาตร = 11.160)
คำสำคัญ: กิจกรรมสะเต็ม วิธีการบันทึกคลื่นไฟฟ้าในสมอง ประสาทวิทยาศาสตร์
Abstract
This research explored the utilization of neuroscience technology using portable electroencephalography (EEG) devices to measure the state of students’ creative thinking during their performance of STEM activities and structured and open STEM activities. After obtaining Institutional Review Board approval, 12 students who voluntarily participated in this study were assigned to engage in two STEM activities consisting of listening to lectures, watching YouTube videos, and engaging in hands–on activities. Participants were measured for their creative thinking using the EEG Muse Headband while they were performing the tasks. The Muse headband transmitted brain signals collected by four electrodes in areas of AF7, AF8, TP9 and TP10 to mobile equipment via Bluetooth in 2 methods: 1) streaming data to a computer via the Muse Direct application in the Muse file format, which is displayed in real–time by Neuro visual program, and 2) streaming data to mobile phones via the Mind Monitor application, which connects and stores data automatically in Cloud Storage with Dropbox in CVS format. The results indicated that the second method is more convenient and gives a stable, ready to analyze data. The first method, the file in *.Muse format must be converted before analyzed by Matlab, which is more complicated and requires expertise in writing commands. The results of the online data analysis by Mind Monitor Graphing show the brain wave conditions vary according to the activity. In the structured STEM activity, the alpha band (8–12 Hz) showed that creative thinking was higher than open STEM activity. The alpha brain wave was lowest during the lecture sessions. When considering the alpha wave’s symmetry in the right and left hemisphere, open STEM activity is giving the alpha waves in the right hemisphere than the left hemisphere (difference or asymmetry = 11.160).
Keywords: STEM activity, Electroencephalography, Neuroscience
Downloads
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
References
Balconi, M., Fronda, G., Venturella, I., and Crivelli, D. (2017). Conscious, pre–conscious and unconscious mechanisms in emotional behaviour. Some applications to the mindfulness approach with wearable devices. Applied Sciences 7(12): 1280.
Crivelli, D., Fronda, G., Venturella, I., and Balconi, M. (2019). Supporting mindfulness practices with brain–sensing devices. Cognitive and electrophysiological evidences. Mindfulness 10: 301–311.
Dietrich, A., and Kanso, R. (2010). A review of EEG, ERP, and neuroimaging studies of creativity and insight. Psychological bulletin 136(5): 822–848.
Duff, M. C., Kurczek, J., Rubin, R., Cohen, N. J., and Tranel, D. (2013). Hippocampal amnesia disrupts creative thinking. Hippocampus 23(12): 1143–1149.
Dweck, C. S. (2008). Mindset: The New Psychology of Success. New York: Random House Digital.
Fasko, D. (2001). Education and creativity. Creativity Research Journal 13(3): 317–324.
Feldman, D. H. (1999). The development of creativity. In Sternberg, R. J. (Ed.), Handbook of Creativity (pp. 169–186). New York: Cambridge University.
Fink, A., and Benedek, M. (2014). EEG alpha power and creative ideation. Neuroscience & Biobehavioral Reviews 44: 111–123.
Fink, A., Grabner, R. H., Benedek, M., Rei-shofer, G., Hauswirth, V., Fally, M., Neuper, C., Ebner, F., and Neubauer, A. C. (2009). The creative brain: Investigation of brain activity during creative problem solving by means of EEG and fMRI. Human Brain Mapping 30(3): 734–748.
Fink, A., Graif, B., and Neubauer, A. C. (2009). Brain correlates underlying creative thinking: EEG alpha activity in professional vs. novice dancers. NeuroImage 46(3): 854–862.
Grant, D. A. (1948). The latin square principle in the design and analysis of psychological experiments. Psychological bulletin 45(5): 427–442.
Gurumurthy, S., Mahit, V. S., and Ghosh, R. (2013). Analysis and simulation of brain signal data by EEG signal processing technique using MATLAB. International Journal of Engineering and Technology 5(3): 2771–2776.
Hassan, M., Shamas, M., Khalil, M., Falou, W. El, & Wendling, F. (2015). EEGNET: An open source tool for analyzing and vis-ualizing M/EEG connectome. PLoS ONE 10(9): e0138297.
Herrera–Arcos, G., Tamez–Duque, J., Acosta–De–Anda, E. Y., Kwan–Loo, K., De–Alba, M., Tamez–Duque, U., Contreras–Vidal, J. L., and Soto, R. (2017). Modulation of neural activity during guided viewing of visual art. Frontiers in Human Neuroscience 11: 581.
Intasao, N., and Hao, N. (2018). Beliefs about creativity influence creative performance: The mediation effects of flexibility and positive affect. Frontiers in Psychology 9: 1810.
Jausovec, N. (1997). Differences in EEG activity during the solution of closed and open problems. Creativity Research Journal 10(4): 317–324.
Jitsuchon, S. (2012). Thailand in a middle–income trap. TDRI Quarterly Review 27(2): 13–20.
Jung, R. E., Mead, B. S., Carrasco, J., and Flores, R. A. (2013). The structure of creative cognition in the human brain. Frontiers in Human Neuroscience 7: 330.
Karmiloff–Smith, A. (2012). From constructivism to neuroconstructivism: The activity–dependent structuring of the human brain. After Piaget 1(1): 1–14.
Krigolson, O. E., Williams, C. C., Norton, A., Hassall, C. D., and Colino, F. L. (2017). Choosing MUSE: Validation of a low–cost, portable EEG system for ERP research. Frontiers in Neuroscience 11: 109.
Lustenberger, C., Boyle, M. R., Foulser, A. A., Mellin, J. M., and Fröhlich, F. (2015). Functional role of frontal alpha oscillations in creativity. Cortex 67: 74–82.
Maesincee, S. (2016). Thailand 4.0 Thriving in the 21st Century through Security, Prosperity; Sustainability. Retrieved from http://www.ait.ac.th/news-and-events/2016/ news/1thailand-4.0-english-dr.-suvit.pdf, November 15, 2019.
Martindale, C., Hines, D., Mitchell, L., and Covello, E. (1984). EEG alpha asymmetry and creativity. Personality and Individual Differences 5(1): 77–86.
Masters, K. (2014). Nipping an education myth in the bud: Poh’s brain activity during lectures. Medical Teacher 36(8): 732–735.
Mindresearch. (n.d.). NeuroVisual for Muse–Free windows App. Retrieved from http://www.mindresearch.xyz/NeuroVisual.html, December 22, 2019.
Mind Monitor. (2020). Technical Manual. Retrieved https://mind-monitor.com/%20Tech nical_%20Manual.php%20#help_graphs, December 13, 2019.
Ministry of Education Thailand. (2008). Basic Education Core Curriculum. Basic Education Core Curriculum B.E. 2551 (A.D. 2008). Retrieved from http://academic.obec.go.th/web/doc/d/147, December 21, 2019.
Muse Developers. (2015). Tools Muselab. Retrieved from http://developer.choosemuse. com/tools/mac-tools/muselab, December 3, 2019.
Muse Monitor. (2017). Technical manual. Retrieved from http://www.musemonitor.com/ Technical_Manual.php#help_graphs, December 3, 2019.
Muse. (2018). 40 Days of Meditation With Muse: A Journey. Retrieved from https:// choosemuse.com/de/blog/40-days-of-me ditation-with-muse-a-journey, December 3, 2019.
NASA IEEE Teacher In-Service Program. (2017). Build Your Own Robot Arm. Retrieved from https://er.jsc.nasa.gov/seh/ Robot_PDF_Files/build_own_robot_arm.pdf, November 14, 2019.
Office of the Education Council (2017). National Education Plan B.E. 2560-2579. Bangkok: Prikwan Graphic. (in Thai)
Office of the National Economic and Social. (2017). The Twelfth National Economic and Social Plan (B.E.2560–2564). Bangkok: Prime Minister Office. (in Thai)
Partnership for 21st Century skills. (2008). 21st Century Skills, Education & Competitiveness. Retrieved from http://www.pkwy.k12.mo.us/projectParkway/File/21st_century_skills_education_and_competitiveness_guide.pdf, November 23, 2019.
Partnership for 21st Century Learning. (2011). Framework for 21st Century Learning. Partnership for 21st Century Skills. Retrieved from http://www.21stcenturyskills. org/documents/framework_flyer_updated_ jan_09_final-1.pdf, November 23, 2019.
Partnership for 21st Century Learning. (2015). P21 Partnership for 21st Century Learn-ing. Partnership for 21st Century Learning. Retrieved from http://www.p21.org/ documents/P21_Framework_Definitions.pdf, November 11, 2019.
Phongpaichit, P., and Benyaapikul, P. (2012). Locked in the Middle–Income Trap: Thailand's Economy between Resilience and Future Challenges. Friedrich–Ebert–Stiftung.
Poulsen, A. T., Kamronn, S., Dmochowski, J., Parra, L. C., Hansen, L. K. (2017). EEG in the classroom: Synchronised neural recordings during video presentation. Scientific Reports 7: 43916.
Przegalinska, A., Ciechanowski, L., and Gloor, P. (2018). Collaborative Innovation Networks, (January). https://doi.org/10.1007/ 978-3-319-74295-3, November 11, 2019.
Punsawad, Y., Chathong, W., and Wongsawat, Y. (2014). The use of quantitative EEG in creativity study with simple task. 2014 Asia–Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference (APSIPA). 2014 Asia–Pacific, Siem Reap, 2014: 1–4.
Rosling, H. (2011). The Wealth and Health of Nations. Retrieved from https://bost. ocks.org/mike/nations, November 16, 2019.
Sawyer, K. (2011). The cognitive neuroscience of creativity: A critical review. Creativity Research Journal 23(2): 137–154.
Sousa, D. A., and Pilecki, T. (2018). From STEM to STEAM: Brain–Compatible Strategies and Lessons that Integrate the Arts. New York: Corwin.
Surangsrirat, D., and Intarapanich, A. (2015). Analysis of the meditation brainwave from consumer EEG device. Conference Proceedings – IEEE SOUTHEASTCON 2015: 1–6.
The 20–years National Strategy (B.E.2560–2564). (2018, October). Government Gazette. Book 35 Section 82 Kor. 1. (in Thai)
The Institute for the Promotion of teaching Science and Technology [IPST]. (2013). STEM Education Thailand and STEM Ambassadors. IPST Magazine 42(185): 14–18. (in Thai)
Treffinger, D. J. (1996). Creativity, Creative Thinking, and Critical Thinking: In Search of Definitions. Sarasota, FL: Center for Creative Learning.
Treffinger, D. J., Young, G. C., Selby, E. C., and Shepardson, C. (2002). Assessing Creativity: A Guide for Educators. Retrieved from http://www.eric.ed.gov/ERIC WebPortal/ detail?accno=ED505548, December 21, 2019.
Turiman, P., Omar, J., Daud, A. M., and Osman, K. (2012). Fostering the 21st century skills through scientific literacy and science process skills. Procedia – Social and Behavioral Sciences 59: 110–116.
Wongboonsin, K., Kunwat, M., Prabpal, K., Hongladarom, S., Surasiangsung, S., Chaopreecha, S., Bunjeodpongchai, D., O–panonamata, P., Pothisiri, T., and Tanopas, W. (2003). The Desirable Labor Skills in the Future. Final research report. Retrieved from http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/6357, December 12, 2019. (in Thai)
World Economic Forum. (2017). The Future of Jobs Employment, Skills and Workforce Strategy for the Fourth Industrial Revolution. Retrieved from http://www3.weforum.org/docs/WEF_Future_of_Jobs.pdf, December 19, 2019.