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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Ce matériel est basé sur des travaux soutenus en partie par la National Science Foundation (NSF) No. EED-1661100 ainsi qu'une subvention du GRFP du FNS accordée à Darcie Christensen (no 120214). Les opinions, constatations, conclusions ou recommandations exprimées dans ce document ne reflètent pas nécessairement celles de nSF ou de l'USU. Nous tenons à remercier Sheree Benson pour ses discussions aimables et ses recommandations pour notre analyse statistique.
Les contributions des auteurs dans cet article sont les suivantes : Villanueva (conception de la recherche, collecte et analyse de données, rédaction, édition); Husman (conception de recherche, collecte de données, écriture, montage); Christensen (collecte et analyse de données, écriture, édition); Youmans (collecte et analyse de données, écriture et montage); Khan (collecte et analyse de données, écriture, édition); Vicioso (collecte et analyse de données, édition); Lampkins (collecte et édition de données); Graham (collecte et édition de données)

Les procédures ont été approuvées par la Commission d'examen institutionnel (IRB) dans le cadre d'un examen général à l'Université d'État de l'Utah pour des études sur des sujets humains et l'utilisation de ces constructions. Les résultats typiques incluent deux semestres d'un cours de statique d'ingénierie, chacun avec une configuration expérimentale légèrement différente, à une institution occidentale de l'enseignement supérieur aux Etats-Unis. Les examens de pratique, dont le contenu était parallèl...

Bien que des mesures physiologiques aient été utilisées dans de nombreux contextes d'apprentissage authentiques, il est essentiel de concevoir un environnement d'étude conscient des limites de la technologie actuelle. Notre conception équilibre la nécessité d'un environnement de test authentique et s'adapte à la technologie. La limitation confortable des mouvements des participants, la réduction des interruptions imprévues et l'horodatage des réponses aux tests des participants sont autant d'étapes essentiell...

Les psychologues ont compris depuis longtemps l'importance des émotions des humains dans l'élucidation de leurs comportements1. Dans le cadre de l'étude de l'éducation, les émotions de réussite académique (AEE) est devenu le centre de la recherche sur les émotions2. Les chercheurs qui utilisent AAE soutiennent que les contextes situationnels dans lequel se trouvent les élèves sont importants à prendre en considération lorsqu'ils examinent les émotions des élèves. Les élèves peuvent éprouver des émotions liées aux tests, aux classes ou à l'apprentissage qui impliquent des processus multi-composants, y compris des composantes affectives, physiologiques, motivantes et cognitives. L'EEA s'exprime sous deux formes : la valence (positive/négative) et l'activation (énergie focalisée/non focalisée). Les émotions actives positives, telles que la jouissance, peuvent augmenter les processus réfléchissants comme la métacognition, tandis que les émotions désactivantes positives telles que l'orgueil peuvent entraîner de faibles niveaux de traitement cognitif. Les émotions actives négatives telles que la colère et l'anxiété peuvent susciter l'engagement, tandis que les émotions désactivantes négatives telles que le désespoir peuvent amortir la motivation3,4,5. Les émotions académiques contribuent à la façon dont nous apprenons, percevons, décidons, répondons et résolvons les problèmes2. Pour réguler les émotions académiques, un individu doit posséder l'auto-efficacité (SE)6,7,8, qui est leur confiance dans leur capacité à employer le contrôle sur leur motivation, comportement, et l'environnement social 6. L'auto-efficacité et les émotions académiques sont liées, lorsque la plus faible auto-efficacité est liée à des émotions négatives désactivantes (p. ex. anxiété, colère, ennui) et à une plus grande auto-efficacité est liée à des émotions actives positives (p. ex., le bonheur, l'espoir, excitation)6,7,8. SE est également considéré comme fortement lié à la performance6,7,8.
La recherche qui a examiné les émotions en classe s'est appuyée sur des auto-rapports, des observations, des entrevues et des artefacts (p. ex., examens, projets)9,10. Bien que ces méthodes fournissent de riches informations contextuelles sur les expériences des élèves en classe, elles ont des limites importantes. Par exemple, les entrevues, les observations et les auto-rapports reposent sur les introspections des individus10. D'autres méthodes ont cherché à examiner les émotions académiques plus proximally que les chercheurs précédents, comme celles basées sur des approches d'échantillonnage d'expérience où les chercheurs demandent aux élèves de rendre compte de leurs émotions au cours de la journée scolaire11. Bien que cette recherche nous permette de rapporter les émotions des élèves avec plus de précision, ce travail repose sur des méthodes d'autodéclaration et ne permet pas de faire des rapports en temps réel, car les étudiants doivent interrompre leur travail à l'examen pour répondre à l'enquête sur l'expérience.
Récemment, les chercheurs ont commencé à répondre aux préoccupations au sujet des mesures d'autodéclaration par l'utilisation de mesures biologiques ou physiologiques de l'émotion9, qui se sont combinées à d'autres instruments ou techniques tels que des enquêtes, des observations ou des entrevues, se compose d'une forme multimodale de collecte de données pour la recherche éducative et psychologique12. Par exemple, les techniques biologiques, y compris les biomarqueurs salivaires, sont utilisées pour comprendre le rôle des processus biologiques sur la cognition, l'émotion, l'apprentissage et la performance13,14,15. Pour les processus cognitifs, les androgènes (p. ex. testostérone) ont été liés à différents modèles de reconnaissance spatiale chez les adultes et les enfants16,17 tandis que les hormones hypothalamiques-pituitaires-adrénocortiques (p. ex. cortisol) et les hormones adrénergiques (p. ex., l'amylase salivaire ou l'amylase ou l'als) sont liées à la réactivité au stress chez les personnesde 18,19,20.
L'activité électrodermique (EdA) représente une mesure physiologique de l'activation du système nerveux autonome (ANS) et est liée à une activation accrue du système, à une charge cognitive ou à des réactions émotionnelles intenses21,22 ,23. Dans les activités d'examen, EDA est affectée par la mobilité physique21,22, les températures corporelles et ambiantes24,25,26,27, et la verbalisation de pensées28, ainsi que la sensibilité et le degré de connectivité des électrodes analogiques numériques à la peau29.
Bien qu'il puisse s'agir de limitations à l'utilisation de l'AED, cette technique peut tout de même fournir un aperçu précieux de ce qui se passe lors d'examens en temps quasi réel et peut servir d'outil prometteur pour explorer l'EAE et, dans une certaine mesure, l'auto-efficacité. Par conséquent, une image précise de l'EEA des élèves peut être obtenue au moyen d'une combinaison de méthodes d'enquête, afin de déterminer la valence des émotions et des données physiologiques et biologiques, afin de mesurer l'activation de cette émotion. Ce document s'appuie sur une publication antérieure sur les activités d'examen30 et élargit la portée de ce travail pour inclure des approches multimodales (à l'aide d'enquêtes d'échantillonnage d'expérience, de capteurs EDA et de biomarqueurs salivaires) dans un scénario d'examen. Il est essentiel de mentionner que le protocole décrit ci-dessous permet de recueillir des données sur plusieurs participants en même temps dans un seul cadre expérimental.

<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

Au cours des dix dernières années, la recherche sur les émotions des élèves dans les milieux éducatifs a augmenté. Bien que les chercheurs aient demandé plus d'études qui s'appuient sur des mesures objectives de l'expérience émotionnelle, il existe des limites à l'utilisation de sources de données multimodales. Les études sur l'émotion et la régulation émotionnelle dans les salles de classe reposent traditionnellement sur des instruments d'enquête, un échantillonnage d'expériences, des artefacts, des entrevues ou des procédures d'observation. Ces méthodes, bien que précieuses, dépendent principalement de la subjectivité des participants ou des observateurs et sont limitées dans leur mesure authentique du rendement en temps réel des élèves à une activité ou à une tâche en classe. Ce dernier, en particulier, constitue une pierre d'achoppement pour de nombreux chercheurs qui cherchent à mesurer objectivement les émotions et autres mesures connexes en classe, en temps réel.
Le but de ce travail est de présenter un protocole pour étudier expérimentalement les réponses en temps réel des étudiants aux expériences d'examen au cours d'une situation d'évaluation authentique. Pour ce faire, une équipe de psychologues de l'éducation, d'ingénieurs et de chercheurs en éducation en génie a conçu un protocole expérimental qui a conservé les limites requises pour une mesure précise des capteurs physiologiques, les meilleures pratiques de collecte salivaire et un environnement de test authentique. En particulier, les études existantes qui s'appuient sur des capteurs physiologiques sont menées dans des environnements expérimentaux déconnectés des milieux éducatifs (p. ex., test de stress de Trèves), détachées dans le temps (p. ex., avant ou après une tâche), ou introduisent une erreur d'analyse. (p. ex., l'utilisation de capteurs dans les environnements où les élèves sont susceptibles de se déplacer). Cela limite notre compréhension des réponses en temps réel des élèves aux activités et aux tâches en classe. En outre, des recherches récentes ont demandé que davantage de considérations soient abordées sur les questions de recrutement, de reproductibilité, de validité, d'installation, de nettoyage des données, d'analyse préliminaire et de circonstances particulières (p. ex., l'ajout d'une variable dans l'expérience dans la recherche sur les émotions académiques qui repose sur des approches multimodales.

Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à étudier les influences de l'auto-efficacité, de la performance et des réponses physiologiques (capteurs EDA) et biologiques (sAA et cortisol) des étudiants en génie de premier cycle lorsqu'ils ont passé un examen de pratique. Les données présentées sont un sous-ensemble représentatif d'échantillons : a) un sous-ensemble qui a examiné les levés et les capteurs électrodermiques (conception d'expérience A) et (b) un sous-ense...

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

Une conception expérimentale a été élaborée pour étudier les influences en temps réel d'une expérience d'examen afin d'évaluer les réalités émotionnelles que les élèves vivent dans les milieux et les tâches de l'enseignement supérieur. Cette conception est le résultat d'une approche interdisciplinaire (p. ex. psychologie de l'éducation, biologie, physiologie, ingénierie) et multimodale (p. ex. marqueurs salivaires, sondages, capteur électrodermique).

Une conception expérimentale interdisciplinaire et multimodale pour étudier les expériences d'examen authentiques en temps quasi réel

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

Le protocole permet aux chercheurs en sciences sociales, psychologie, éducation, ingénierie, et d’autres disciplines intéressées à utiliser la biométrie et de multiples techniques pour comprendre l’examen, la salle de classe, et des expériences authentiques similaires. Le principal avantage de cette technique est qu’elle vise à trouver les sources potentielles de bruit en raison des artefacts de mouvement dans les données. En outre, le protocole est simple à implémenter et minimise l’utilisation de logiciels coûteux.Bien que le diagnostic d’une maladie ne soit pas notre objectif, les technologies que nous utilisons à l’aide de capteurs électrodermiques et de biomarqueurs salivaires ont le potentiel de détecter des anomalies physiologiques et biologiques chez un participant. Cette méthode peut donner un aperçu de la recherche en psychologie éducative explorant les constructions motivationnelles et émotionnelles en classe. Il pourrait également être utilisé dans le marketing, les affaires, la conception, et d’autres domaines de recherche qui impliquent les processus cognitifs et émotionnels d’une personne.La principale lutte qu’un chercheur aura avec cette méthode est de synchroniser à temps les événements qu’il vise à étudier tout en tenant compte des limites des techniques physiologiques et biologiques existantes. Il est important de comprendre le processus d’activité électrodermique, en particulier le processus de travail des capteurs électrodermiques, car les techniques de filtrage open source existantes sont limitées. Étant donné que cette technique vise les conceptions quasi expérimentales utilisant de multiples techniques et une expertise disciplinaire, une démonstration visuelle de cette méthode est essentielle pour permettre aux chercheurs d’assister aux étapes parallèles et coordonnées nécessaires pour exécuter avec succès cette méthode.Commencez par mettre en place un espace de travail avec un minimum de distractions. Une réponse de sursurpèle involontairement activée peut créer un pic significatif d’activité électrodermique, ou EDA. Assurez-vous que la présentation de la question de l’enquête est synchronisée avec le capteur électrodermique.Utilisez l’horloge interne de l’ordinateur pour établir un calendrier de collecte de données, et si vous utilisez des capteurs électrodermiques compatibles Bluetooth, synchronisez les temps dans l’heure méridienne de Greenwich. Il est essentiel que tous les instruments, y compris les enquêtes, le protocole d’examen, les capteurs électrodermiques et les caméras Web soient synchronisés en même temps, de sorte qu’il n’y a pas de changement dans les temps d’enregistrement pour chaque source de données. Si nécessaire, installez des caméras Web pour mesurer le visage du participant sous différents angles.Reportez-vous au manuscrit pour obtenir des recommandations sur le positionnement de la caméra. Pour les lectures de capteurs électrodermiques, désignez une période pendant laquelle les participants sont dans un état détendu pour établir les données de base de l’AED. Demandez aux participants de regarder le bouclier de test pendant cinq à quinze minutes au début de l’examen, ou de programmer ce signal dans l’ordinateur.Pour prélever des échantillons de salive, préparer une glacière avec de la glace sèche dont la température interne est inférieure à 20 degrés Celsius. Cela permettra d’éviter la dégradation à température ambiante des enzymes pour les échantillons de cortisol. Si vous utilisez la méthode de collecte des écouvillons, demandez aux participants de garder l’écouvillon soit dans la joue intérieure, soit sous la langue pendant 60 secondes.Mettre au point un système de pavillon qui permettra aux participants d’aviser le chercheur lorsque l’échantillon salivaire est prêt à être prélevé. En préparation de l’expérience, pré-planifier les participants à une séance d’examen, évaluer toute information médicale et les habitudes alimentaires, noter la dominance des mains pour la collecte de l’AED, et rappeler aux participants d’éviter la consommation de produits sucrés ou caféinés le jour de l’expérience. Avant l’arrivée des participants, assurez-vous que les capteurs sont correctement calibrés, que les mises à jour logicielles ont été prises en charge et que les capteurs ont été essuyés avec des lingettes à 70 % d’alcool.Adaptez le capteur EDA sur le poignet non dominant du participant en plaçant le capteur avec le bouton orienté vers le bas vers le pouce. Que le participant trace une ligne imaginaire de l’espace entre le deuxième et le troisième doigt à sa zone du poignet moyen, et y place les électrodes du capteur. Demandez aux participants d’ajuster les sangles du capteur.Lors du démarrage du capteur, suivez les protocoles du fabricant pour vous assurer qu’ils sont mis en place pour recueillir des données. Pour les appareils utilisés dans ce protocole, a appuyer sur le bouton du capteur pendant trois secondes. Une lumière verte clignote par intermittence, suivie d’un voyant clignotant rouge, puis s’estompe.Pendant l’effacement, appuyez sur le bouton une fois pour une seconde, et s’il clignote en rouge, il enregistre les données. Pour éteindre le capteur, appuyez sur le bouton pendant trois secondes. La lumière verte au bas du bracelet s’estompera.Récupérez les données du capteur en les connectant à l’ordinateur et en les téléchargeant dans le système logiciel de gestion. Si vous collectez des échantillons salivaires, versez une once d’eau pour les participants à leur arrivée à la salle expérimentale et demandez-leur de s’évanouir et de l’avaler. Pendant l’examen, utilisez des invites de temps pour repérer les participants lorsqu’il est temps de recueillir la salive.Prévoyez 60 secondes pour la collecte de l’échantillon et retournez-les à l’examen. Lors de la collecte d’échantillons salivaires, portez des gants de nitrile frais pour minimiser les particules de poussière ou les contaminants provenant des huiles à main à transférer sur le flacon de l’échantillon. Transférez immédiatement les échantillons au refroidisseur préparé avec une température interne de moins 20 degrés Celsius.Pour fournir une expérience de test authentique, consultez l’instructeur du cours pour aligner le contenu de l’examen avec le contenu du cours, et sélectionnez une évaluation du contenu du cours qui peut être reproduit dans un cadre expérimental. Assurez-vous également que l’environnement d’essai est parallèle à la configuration expérimentale. Tenir compte des interruptions de la prise de test en allouant du temps supplémentaire de prise de test et en concevant le programme d’examen pour renvoyer les étudiants à un problème d’examen particulier si un sondage les interrompait rapidement.Assurez-vous que le temps d’interruption est constant entre les participants. Inclure des périodes d’étalonnage et de relaxation tout au long de l’expérience de l’examen en commençant par une question simple et en permettant aux participants 30 secondes pour se reposer entre chaque question d’examen. Enfin, assurez-vous que le programme d’horodatage explique tout changement dans l’examen afin de permettre l’appariement des sources de données.Il est important que les périodes d’étalonnage et de relaxation soient prises en compte dans le protocole, en particulier pour les capteurs électrodermiques et les biomarqueurs salivaires, car des valeurs de base sont nécessaires pour déterminer le bruit du signal ou les données aberrantes. Deux conceptions expérimentales ont été testées, la conception A avec des capteurs et des levés EDA et la conception B avec des biomarqueurs salivaires ajoutés. Bien que la difficulté d’examen ait été la même, des différences opposées dans les valeurs moyennes d’EDA ont été trouvées entre les réponses correctes et incorrectes entre différents scores d’auto-efficacité.Pour la conception expérimentale B, l’EDA moyen, aussi bien que le cortisol et l’alpha-amylase salivaire, ou sAA, ont été mesurés au début, au milieu, à la fin, et 20 minutes après l’examen. Les niveaux d’EDA ont diminué du début à la fin de l’examen mais ont récupéré 20 minutes après, une tendance qui a été parallèle par cortisol et sAA. La signification statistique a été trouvée entre EDA et sAA au début et au milieu de l’examen, tandis que l’EDA et le cortisol ont montré la signification entre le milieu et la fin de l’examen.Par la marque de 20 minutes, EDA et sAA, aussi bien que cortisol et sAA, ont montré la signification entre l’un l’autre. S’il vous plaît assurez-vous que la synchronisation des instruments et des protocoles sont automatisés autant que possible, et vérifier les erreurs avant le début de l’expérience. Cette procédure permet l’intégration d’autres données biométriques, telles que les déclencheurs oculaires, les électromyographes, ainsi que d’autres formes de service qui comprennent des questions ouvertes et des invites vidéo, entre autres.Cette technique peut être utilisée par les chercheurs pour explorer les liens entre la cognition, l’affect, la physiologie et la performance.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Électroencéphalographie simultanée du cuir chevelu (EEG), l&#39;électromyographie (EMG), et l&#39;ensemble du corps d&#39;enregistrement d&#39;inertie segmentaire pour Multi-modal Neural Decoding

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

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