Usability evaluation of dynamic geometry software through eye tracking and communication breakdown analysis

Abstract

Bilgi Teknolojilerinin Matematik eğitiminde kullanılması matematiksel gösterimlerin oluşturulması için tasarlanmış yazılım uygulamalarının ulaşılabilirliğinin artması sonucunda yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada, dinamik geometri, hesap çizelgesi ve cebir özellikleri sunan ve yaygın olarak kullanılan bir matematik eğitimi programı olan GeoGebra yazılımı kullanılabilirlik açısından değerlendirilmiştir. Çalışma üç adet kullanılabilirlik deneyinden oluşmaktadır. İlk deneyde bireysel katılımcıların, GeoGebra'nın ve benzer, tanınmış bir matematik eğitimi yazılımı olan Geometers Sketchpad'in temel özelliklerini kullanarak basit geometri yapılarını oluşturdukları bir göz izleme çalışması yapılmıştır. Her bir arayüzde tamamlanan yapılar, kullanılabilirlik sorunlarını ortaya çıkarmak amacıyla görev tamamlanma süresi, doğruluk ve göz sabitlenmesi süresi açısından karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre, GeoGebra ve Geometers Sketchpad yazılımı arasında kullanılabilirlik yönünden büyük bir fark bulunmamıştır. İkinci çalışmada, iki kişilik öğrenci grupları işbirlikçi bir şekilde GeoGebra ortamında fare ve dokunmatik ekran arayüzü kullanarak daha karmaşık geometrik yapılar oluşturmaya çalışmışlardır. İkinci deneyin amacı ekolojik olarak daha gerçekçi olan bir ortamda farklı arayüzlerin GeoGebra aracının kullanımını nasıl etkilediğini gözlemektir. Matematiksel gösterimler için tanıdık olan kağıt-kalem etkileşimine benzer olduğundan dokunmatik ekran arayüzünün öğrencilere geometri görevlerinde yardımcı olacağı varsayılmıştır. İşbirliği sırasında sistemin kullanılabilirlik sorunları sebebiyle katılımcıların kırılma durumları yaşadığı aralar tespit edilerek nitel yöntemlerle analiz edilmiştir. Beklentilerin aksine sonuçlar, GeoGebranın dokunmatik hareketler için yetersiz destek sağlaması sebebiyle katılımcıların dokunmatik ekran arayüzünü kullanırken daha çok kırılma durumu yaşadıklarını göstermiştir. Son olarak, GeoGebra'nın mobil vesiyonu üzerine bir göz izleme çalışması yapılmıştır. Bulgular, masaüstü versiyonundaki farenin yerini mobil versiyonda parmağın aldığını ve yeni jenerasyon tablet bilgisayarların multi-touch ekranlarca desteklenen jest ifadelerinden yeterince faydalanılmadığını göstermektedir. Çalışmanın empirik bulgularına dayanarak GeoGebra'nın varolan arayüzlerinin kullanılabilirliğini geliştirecek tasarım fikirleri sunulmuştur

The use of information technology in mathematics education has become popular due to the increasing availability of software applications designed for constructing mathematical representations. In this study, we conducted a usability evaluation of GeoGebra, which is a commonly used math education tool that provides dynamic geometry, spreadsheet and algebra features. The study consists of three usability experiments. In the first experiment, an eye tracking study was conducted where individual participants performed basic geometric constructions by using the basic features of GeoGebra and a similar, well-known math education software called Geometer's Sketchpad. Constructions completed in each interface were compared in terms of task completion times, accuracy and fixation durations in an effort to identify usability issues. According to results, there are no significant differences between GeoGebra and Geometer's Sketchpad in terms of usability measures. In the second study, pairs of students collaboratively attempted more complex geometric constructions in the GeoGebra environment by using a mouse and a touch screen interface. The aim of the second experiment was to observe how different interfaces would influence the use of the GeoGebra tool in an ecologically more realistic setting. We hypothesized that the touch screen interface would help students with the geometry tasks as it resembles the familiar pen&paper based interaction with mathematical representations. Episodes where participants experienced breakdowns during their collaboration due to system usability issues were identified and analyzed with qualitative methods. Contrary to our expectation, the results indicated that participants experienced more breakdowns while using the touchscreen interface, due to the inadequate support GeoGebra provides for touch-based gestures. Finally, an eye tracking study was conducted on the mobile version of GeoGebra. Our findings suggest that the mobile version primarily replaced the function of the mouse in the desktop version with the finger, and did not take advantage of the gestures supported by the multi-touch screens of new generation tablet computers. Based on the empirical findings of the study, design ideas for improving the usability of the existing GeoGebra desktop and touch-based mobile interfaces are proposed.