Name: a cross-disciplinary and multi-modal experimental design for studying near-real-time authentic examination experiences
Uploaded: 2019-09-04T14:00:00
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此材料基于部分由美国国家科学基金会 （NSF） 支持的工作。EED-1661100 以及 NSF GRFP 赠款授予达西·克里斯滕森（第 120214 号）。本材料中表达的任何意见、发现和结论或建议不一定反映 NSF 或 USU 的观点、结论或建议。我们要感谢谢里·本森对我们的统计分析进行善意的讨论和建议。
本文作者的贡献如下：Villanueva（研究设计、数据收集和分析、写作、编辑）;胡斯曼（研究设计、数据收集、写作、编辑）;克里斯滕森（数据收集和分析、写作、编辑）;Youmans（数据收集和分析、写作和编辑）;汗（数据收集和分析、写作、编辑）;维乔索（数据收集和分析、编辑）;兰普金斯（数据收集和编辑）;格雷厄姆（数据收集和编辑）

机构审查委员会（IRB）在犹他州立大学对人类主题的研究和这些结构的使用进行了一般性审查，批准了程序。典型结果包括两个学期的工程静态课程，每个学期的实验设置略有不同，在美国的一所西方高等教育机构。实践考试的内容与实际考试平行，由课程讲师开发并用于我们的学习。请注意，下面概述的协议描述了并发步骤，有些步骤可能会重叠。
1. 实验设计与纪律实践整?...

尽管许多真实的学习环境中都使用了生理测量方法，但设计一个考虑到当前技术局限性的学习环境至关重要。我们的设计平衡了对真实测试环境的需求，并适应了技术。舒适地限制参与者移动、减少意外中断以及时间戳的参与者的测试响应都是协议中的关键步骤。
电极传感器装置的空间和费用可能使研究经费有限的研究人员不切实际。然而，一旦购买，这些传感器有无限的?...

心理学家早就明白了人类情绪在阐明其行为时的重要性。在教育研究中，学术成就情感（AEE）已成为情感研究的重点。使用AAE的研究人员认为，在检查学生的情绪时，学生所处的情境环境很重要。学生可能会经历与测试相关的、与班级相关的或学习相关的情绪，这些情绪涉及多组成部分的过程，包括情感、生理、动机和认知因素。AEE 以两种形式表示：价（正/负）和激活（聚焦/无聚焦能量）。积极激活情绪，如享受，可能会增加反思过程，如元认知，而积极停用情绪，如骄傲可能会导致低水平的认知处理。消极的激活情绪，如愤怒和焦虑，可能会激发参与，而消极的停用情绪，如绝望可能抑制动机3，4，5。学术情感有助于我们如何学习，感知，决定，回应和解决问题2。为了调节学术情绪，个人必须拥有自我效能（SE）6，7，8，这是他们对自己控制动机、行为和社会环境的能力的信心6.自我效能感与学术情绪是相互关联的，自我效能低下与消极的失活情绪（如焦虑、愤怒、无聊）有关，而更高的自我效能与积极激活情绪（如快乐、希望、兴奋）6，7，8。SE也被认为与性能6，7，8密切相关。
研究研究课堂情绪依赖于自我报告，观察，访谈和文物（例如，考试，项目）9，10。尽管这些方法提供了有关学生课堂体验的丰富上下文信息，但它们有重大局限性。例如，访谈、观察和自我报告依赖于个人的自省10。其他方法则试图比以前的研究人员更近地研究学术情绪，例如那些基于经验抽样的方法，研究人员要求学生在11日上学期间报告自己的情绪。虽然这项研究允许我们更准确地报告学生的情绪，但这项工作依赖于自我报告方法，并且不允许实时报告，因为学生必须暂停考试工作，以解决经验调查问题。
最近，研究人员开始解决对自我报告措施的担忧，使用生物或生理测量的情绪9，结合其他仪器或技术，如调查，观察，或访谈，包括一种多模式的数据收集形式，用于教育和心理学研究12。例如，生物技术，包括唾液生物标志物，正被用来理解生物过程对认知、情感、学习和表现的作用13，14，15。对于认知过程，雄激素（例如，睾丸激素）与成人和儿童16、17的不同空间识别模式有关，而下丘脑-垂体-腺皮质激素（如皮质醇）和肾上腺素激素（例如，唾液β-淀粉酶或sAA）与个体间的应激反应有关18、19、20。
电极活动 （EDA） 代表自主神经系统 （ANS） 激活的生理测量，与系统激活、认知负荷或强烈的情绪反应增加有关21，22 ， 23.在考试活动中，EDA 受身体流动性21、22、身体和环境温度24、25、26、27 和语言影响。想法28，以及模拟数字电极与皮肤29的灵敏度和连接程度。
虽然这些是使用 EDA 的局限性，但此技术仍然可以提供宝贵的见解，了解近实时检查中发生的情况，并可作为探索 AEE 和程度自我效能的有前途的工具。因此，可以通过综合调查方法，确定情绪的价位，以及生理和生物数据，以测量情绪的激活，从而获得学生的AEE的准确图像。本文件以先前关于检查活动30的出版物为基础，并扩大了这项工作的范围，在检查方案中包括多模式方法（使用经验抽样调查、EDA传感器和唾液生物标志物）。必须指出，下面描述的协议允许在单个实验环境中同时收集多个参与者数据。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1.1 cu ft medical freezer</td>
			<td>Compact Compliance</td>
			<td># bci2801863</td>
			<td>They can use any freezer as long as it can go below -20 degrees Celsius; these can be used to store salivary samples for longer periods of time (~4 months) before running salivary assays.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camping Cooler</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>(any size/type)</td>
			<td>Can be used to store salivary samples during data collection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E4 sensor</td>
			<td>Empatica Inc</td>
			<td>E4 Wristband Rev2</td>
			<td>You can use any EDA sensor or company as long as it records EDA and accelerometry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDA Explorer</td>
			<td>https://eda-explorer.media.mit.edu/</td>
			<td>(open-source)</td>
			<td>Can be used to identify potential sources of noise that are not necessarily due to movement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laptops</td>
			<td>Dell</td>
			<td>Latitude 3480</td>
			<td>They can use any desktop or laptop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ledalab</td>
			<td>http://www.ledalab.de/</td>
			<td>(open-source)</td>
			<td>Can be used to separate tonic and phasic EDA signals after following filtration steps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>https://www.mathworks.com/products/matlab.html</td>
			<td>(version varies according to updates)</td>
			<td>To be used for Ledalab, EDA Explorer, and to create customized time-stamping programs.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Salivary Alpha Amylase Enzymatic Kit</td>
			<td>Salimetrics</td>
			<td>&#8206;# 1-1902</td>
			<td>For the salivary kits, you should plan to either order the company to analyze your samples and/or go to a molecular biology lab for processing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Salivary Cortisol ELISA Kit</td>
			<td>Salimetrics</td>
			<td># &#8206;1-3002</td>
			<td>For the salivary kits, you should plan to either order the company to analyze your samples and/or go to a molecular biology lab for processing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Testing Divider (Privacy Shields)</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>#60005</td>
			<td>They can use any brand of testing shield as long as they cover the workspace</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Web Camera</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Logitech c920</td>
			<td>They can use any web camera as long as it is HD and 1080p or greater</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a cross-disciplinary and multi-modal experimental design for studying near-real-time authentic examination experiences

近十年来，对学生在教育环境中情绪的研究有所增加。尽管研究人员呼吁进行更多的依赖客观情绪体验测量的研究，但使用多模态数据源存在限制。课堂上情绪和情绪调节的研究传统上依赖于调查工具、经验采样、文物、访谈或观察程序。这些方法虽然有价值，但主要取决于参与者或观察者的主观性，并且在真实地衡量学生对课堂活动或任务的实时表现时受到限制。后者尤其给许多学者造成绊脚石，他们试图客观地测量课堂上实时的情绪和其他相关措施。
这项工作的目的是提出一个协议，以实验研究学生在真实评估情况下对考试体验的实时响应。为此，一组教育心理学家、工程师和工程教育研究人员设计了一个实验协议，保留了精确生理传感器测量所需的限制、唾液收集最佳实践以及真实的测试环境。特别是，依赖生理传感器的现有研究是在与教育环境（例如，Trier 压力测试）脱节、及时分离（例如任务之前或之后）或引入分析误差的实验环境中进行的（例如，在学生可能移动的环境中使用传感器）。这限制了我们对学生对课堂活动和任务的实时响应的理解。此外，最近的研究要求围绕征聘、可复制性、有效性、设置、数据清理、初步分析和特定情况（例如，在实验中增加一个变量）等问题，应更多地加以考虑。设计）在学术情感研究，依赖于多模式方法。

在这项研究中，我们有兴趣研究本科生参加实践考试时的自我效能、性能和生理（EDA传感器）和生物（sAA和皮质醇）反应的影响。显示的数据是样本的代表性子集：（a） 考虑调查和电极传感器（实验设计 A）和 （b） 与唾液生物标志物数据（实验设计 B）相同的检查。虽然我们在这项研究中收集了情绪数据，但我们不会提供这些数据，因为我们的目标是实时演示粒度数据?...

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A Cross-Disciplinary and Multi-Modal Experimental Design for Studying Near-Real-Time Authentic Examination Experiences

开发了一个实验设计，以调查考试经验的实时影响，以评估学生在高等教育环境和任务中经历的情感现实。这种设计是跨学科（如教育心理学、生物学、生理学、工程学）和多模态（如唾液标记、调查、电极传感器）方法的结果。

用于研究近实时真实考试体验的跨学科、多模式实验设计

Over the past ten years, research into students&#39; emotions in educational environments has increased. Although researchers have called for more studies ...

该协议允许社会科学、心理学、教育、工程和其他学科的研究人员对使用生物识别和多种技术感兴趣，以了解考试、课堂和类似的真实体验。该技术的主要优点是，它旨在查找数据中运动伪影产生的潜在噪声源。此外，该协议易于实现，并最大限度地减少了昂贵的软件的使用。虽然诊断疾病不是我们的预期目标，但我们通过电极传感器和唾液生物标志物使用的技术有可能检测参与者的生理和生物异常。该方法可以深入教育心理学研究，探索课堂中的动机和情感结构。它还可用于营销、商业、设计和其他涉及个人认知和情感过程的研究领域。研究人员与这种方法的主要斗争是时间同步他们的目的是研究的事件，同时考虑现有的生理和生物技术的局限性。由于现有的开源滤波技术有限，了解电极活动过程，特别是电极传感器的工作过程非常重要。鉴于该技术旨在采用多种技术和学科专业知识进行准实验设计，因此，这种方法的可视化演示对于使研究人员能够见证成功执行此方法所需的并行和协调步骤至关重要。首先设置一个工作空间，尽量减少干扰。意外激活的启动响应可产生极热活动或 EDA 的显著峰值。确保测量问题呈现与电极传感器同步。使用计算机的内部时钟建立数据收集时间范围，如果使用任何支持蓝牙的电极传感器，则在格林威治子午线时间同步时间。所有仪器（包括测量、检查协议、电极传感器和 Web 摄像机）必须同步到同一时间，因此每个数据源的录制时间不会发生变化。如果需要，请设置 Web 摄像机，以不同角度测量参与者的面部。有关相机定位的建议，请参阅手稿。对于电极传感器读数，指定参与者处于宽松状态的时间段，以建立基线 EDA 数据。指示学员在考试开始时凝视测试护罩 5 到 15 分钟，或将此提示编程到计算机中。要收集唾液样本，请准备一个内部温度为零下20摄氏度的干冰冷却器。这将防止皮质醇样品的酶室温降解。如果使用拭子收集方法，指示参与者将拭子放在内脸颊或舌头下 60 秒。开发一个标记系统，允许参与者在准备采集唾液样本时通知研究人员。在实验准备过程中，预先安排参与者参加检查，评估任何医疗信息和饮食习惯，注意EDA采集的手工优势，并提醒参与者避免在实验当天食用含糖或含咖啡因的产品。在学员抵达之前，请确保传感器经过正确校准，软件更新已得到处理，并且传感器已用 70% 的酒精湿巾擦拭。将按钮朝下朝拇指，将传感器放在学员的非显性手腕上，将 EDA 传感器安装到学员的非显性手腕上。让参与者从第二个和第三根手指之间的空间绘制一条假想线，然后将传感器电极放置在那里。请学员调整传感器表带。启动传感器时，请遵循制造商的协议，以确保它们被设置为收集数据。对于此协议中使用的设备，按下传感器按钮三秒钟。绿灯会间歇性闪烁，然后是红色闪烁指示灯，然后淡出。在淡出过程中，按一次按钮一秒钟，如果该按钮呈红色闪烁，则正在记录数据。要关闭传感器，请按按钮三秒钟。腕带底部的绿灯会褪色。通过将传感器连接到计算机并在管理软件系统中上载来从传感器中检索数据。如果收集唾液样本，在到达实验室时为参与者倒一盎司水，并请他们挥动并吞咽。在检查期间，使用时间提示提示参与者，当它是时间收集唾液。请等待 60 秒收集样品，然后返回检查。收集唾液样品时，戴上新鲜的硝酸盐手套，以尽量减少手油中要转移到样品瓶的任何尘粒或污染物。立即将样品转移到内部温度为零下 20 摄氏度的冷却器。要提供真实的测试体验，请咨询课程讲师，使考试内容与课程内容保持一致，并选择可在实验环境中复制的课程内容评估。此外，确保测试环境与实验设置平行。通过分配额外的应试时间并设计考试计划，让学生在调查提示中断时返回特定考试问题，来适应考试的中断。确保参与者的中断时间一致。在整个考试过程中包括校准和放松期，从一个简单的问题开始，让参与者在每个考试题之间休息 30 秒。最后，确保时间戳程序负责检查中的任何更改，以允许数据源匹配。在协议中考虑校准和松弛期非常重要，尤其是电极传感器和唾液生物标志物，因为确定信号噪声或异常值数据需要基线值。测试了两个实验设计，设计A与EDA传感器和调查和设计B与添加唾液生物标志物。虽然考试难度相同，但不同自我效能得分的正确和不正确的回答在平均 EDA 值上存在相反的差异。对于实验设计 B，在考试开始、中间、结束和考试后 20 分钟测量了平均 EDA，以及皮质醇和唾液α-淀粉酶或 sAA。EDA水平从考试开始到结束下降，但20分钟后恢复，这一趋势与皮质醇和sAA并行。在考试的开始和中间发现EDA和sAA之间的统计意义，而EDA和皮质醇在考试的中间和结束之间表现出显著性。到了20分钟，EDA和sAA，以及皮质醇和sAA，显示出彼此之间的意义。请确保尽可能自动化仪器和协议的同步，并在实验开始前检查错误。此过程允许集成其他生物识别技术，如眼动器、电图，以及其他形式的服务，包括开放式问题和视频提示等。研究人员可以使用这种技术来探索认知、影响、生理和性能之间的联系。

Research

JoVE Journal

Behavior

Simultaneous Scalp Electroencephalography (EEG), Electromyography (EMG), and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

Simultaneous Scalp Electroencephalography EEG, Electromyography EMG, and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

同时头皮脑电图（EEG），肌电图（EMG）和全身分部惯性录制多模态神经解码

Recent  studies support the involvement of supraspinal networks in control of bipedal  human walking. Part of this evidence  encompasses studies, ...

科研

行为学

Examination of Rapid Dopamine Dynamics with Fast Scan Cyclic Voltammetry During Intra-oral Tastant Administration in Awake Rats

考试多巴胺快速与动态快速扫描循环伏安法在口内呈味物质管理清醒大鼠

Rapid, phasic dopamine (DA) release in the mammalian brain plays a critical role in reward processing, reinforcement learning, and motivational control. ...

Experimental Assessment of Mouse Sociability Using an Automated Image Processing Approach

使用自动图像处理方法鼠标社交性的实验评估

Mouse is the preferred model organism for testing drugs designed to increase sociability. We present a method to quantify mouse sociability in which the ...

Asymmetric Walkway: A Novel Behavioral Assay for Studying Asymmetric Locomotion

非对称走道：一种新的行为检测方法的研究不对称步态

Behavioral assays are commonly used for the assessment of sensorimotor impairment in the central nervous system (CNS). The most sophisticated methods for ...

The Social Dimension of Stress: Experimental Manipulations of Social Support and Social Identity in the Trier Social Stress Test

应力的社会问题：社会支持和社会认同的特里尔社会的实验操作压力测试

In many situations humans are influenced by the behavior of other people and their relationships with them. For example, in stressful situations ...

An Experimental Analysis of Children's Ability to Provide a False Report about a Crime

儿童能够提供有关犯罪虚假报告的实验分析

A considerable amount of research has evaluated children's lie-telling behaviors and skills1-2; however, limitations with the tasks used for eliciting ...

Determining Pain Detection and Tolerance Thresholds Using an Integrated, Multi-Modal Pain Task Battery

确定疼痛的检测和容忍阈值使用集成的，多模式疼痛任务电池

Human pain models are useful in the assessing the analgesic effect of drugs, providing information about a drug&#39;s pharmacology and identify ...

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

用于体内的无线双向接口记录和刺激自由行为大鼠的神经活动

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

A Visual Guide for Studying Behavioral Defenses to Pathogen Attacks in Leaf-Cutting Ants

叶切蚁病原体攻击行为防御研究的可视化指南

The complex lifestyle, evolutionary history of advanced cooperation, and disease defenses of leaf-cutting ants are well studied. Although numerous studies ...

Multi-Modal Signals for Analyzing Pain Responses to Thermal and Electrical Stimuli

分析疼痛对热和电刺激反应的多模态信号

The assessment of pain relies mostly on methods that require a person to communicate. However, for people with cognitive and verbal impairments, existing ...