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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Este material é baseado no trabalho apoiado em parte pela Fundação Nacional de ciência (NSF) não. EED-1661100, bem como uma subvenção do NSF GRFP dada a Darcie Christensen (n º 120214). Quaisquer opiniões, achados e conclusões ou recomendações expressas neste material não refletem necessariamente os da NSF ou do USU. Queremos agradecer a Sheree Benson por suas amáveis discussões e recomendações para nossa análise estatística.
As contribuições do autor neste artigo são as seguintes: Villanueva (projeto de pesquisa, coleta e análise de dados, redação, edição); HUSMAN (projeto de pesquisa, coleta de dados, redação, edição); Christensen (coleta e análise de dados, redação, edição); Youmans (coleta e análise de dados, redação e edição); Khan (coleta e análise de dados, redação, edição); Vicioso (coleta e análise de dados, edição); Lampkins (coleta e edição de dados); Graham (coleta e edição de dados)

Os procedimentos foram aprovados pelo Conselho de revisão institucional (IRB) uma revisão geral na Universidade Estadual de Utah para estudos sobre assuntos humanos e uso desses construtos. Os resultados típicos incluem dois semestres de um curso de engenharia estática, cada um com uma configuração experimental ligeiramente diferente, em uma instituição ocidental de ensino superior nos Estados Unidos. Os exames práticos, cujo conteúdo paralelizou os exames reais, foram desenvolvidos pelo instrutor do curso e fo...

Embora medidas fisiológicas tenham sido usadas em muitos contextos de aprendizado autênticos, é fundamental projetar um ambiente de estudo que esteja atento aos limites da tecnologia atual. Nosso projeto equilibra a necessidade de um ambiente de teste autêntico e acomoda a tecnologia. Limitar confortavelmente o movimento dos participantes, reduzindo interrupções não intencionais e as respostas de teste de carimbos de data/hora são todas as etapas críticas dentro do protocolo.
O espaç...

Os psicólogos têm compreendido por muito tempo a importância das emoções dos seres humanos em elucidar seus comportamentos1. Dentro do estudo da educação, as emoções da realização académica (AEE) tornaram-se o foco da pesquisa de emoções2. Pesquisadores que usam AAE argumentam que os contextos situacionais em que os alunos se encontram são importantes a serem considerados ao examinar as emoções dos alunos. Os alunos podem experimentar emoções relacionadas ao teste, relacionadas à classe ou à aprendizagem que envolvem processos multicomponentes, incluindo componentes afetivos, fisiológicos, motivacionais e cognitivos. A AEE é expressa em duas formas: Valência (positiva/negativa) e ativação (energia focada/não focada). Emoções ativadoras positivas, como gozo, podem aumentar processos reflexivos como a metacognição, enquanto as emoções de desativação positivas, como o orgulho, podem resultar em baixos níveis de processamento cognitivo. Emoções ativadoras negativas, como raiva e ansiedade, podem desencadear engajamento, enquanto as emoções desativantes negativas, como a desesperança, podem umedecer a motivação3,4,5. As emoções acadêmicas contribuem para a forma como aprendemos, percebemos, decidimos, respondemos e resolvemos o problema2. Para regular as emoçõesacadêmicas, umindivíduo deve possuir Autoeficácia (se)6,7,8, queé a sua confiança na sua capacidade de empregar o controle sobre sua motivação, comportamento e ambiente social 6. Self-a eficácia e as emoções acadêmicas são inter-relacionadas, onde a baixa autoeficácia é amarrada às emoções de desativação negativas (por exemplo, ansiedade, raiva, tédio) e a autoeficácia mais elevada é amarrada às emoções de activação positivas (por exemplo, felicidade, esperança, excitação)6,7,8. Se acredita-se também estar fortemente ligada ao desempenho6,7,8.
Pesquisas que examinaram as emoções em sala de aula confiam em autorrelatos, observações, entrevistas e artefatos (por exemplo, exames, projetos)9,10. Embora esses métodos forneçam informações contextuais ricas sobre as experiências de sala de aula dos alunos, elas têm limitações significativas. Por exemplo, entrevistas, observações e autorrelatos dependem das introspecções dos indivíduos10. Outros métodos têm procurado examinar as emoções acadêmicas mais proximalmente do que os pesquisadores anteriores, como aqueles baseados em abordagens de amostragem de experiência, onde os pesquisadores pedem aos alunos que relatem suas emoções durante o dia escolar11. Embora esta pesquisa nos permita relatar as emoções dos alunos com mais precisão, este trabalho se baseia em métodos de autorrelato e não permite relatórios em tempo real, pois os alunos têm que pausar seu trabalho no exame para abordar a pesquisa de experiência.
Recentemente, os pesquisadores começaram a abordar as preocupações sobre as medidas de autorrelato através do uso de medidas biológicas ou fisiológicas de emoção9, que combinados com outros instrumentos ou técnicas, tais como inquéritos, observações, ou entrevistas, consiste em uma forma multimodal de coleta de dados para pesquisa educacional e psicológica12. Por exemplo, técnicas biológicas, incluindo biomarcadores salivares, estão sendo usadas para entender o papel que os processos biológicos têm sobre cognição, emoção, aprendizado e desempenho13,14,15. Para os processos cognitivos, os andrógenos (por exemplo, testosterona) têm sido ligados a diferentes padrões de reconhecimento espacial em adultos e crianças16,17enquanto os hormônios hipotálamo-hipófise-Adrenocortical (por exemplo, cortisol) e hormônios adrenérgicos (por exemplo, α-amilase salivar ou sAA) estão vinculados à responsividade ao estresse entre os indivíduos18,19,20.
A atividade eletrodérmica (EDA) representa uma medida fisiológica da ativação do sistema nervoso autônomo (ans) e está ligada ao aumento da ativação do sistema, carga cognitiva ou respostas emocionais intensas21,22 ,23. Em atividades de exame, EDA é afetada pela mobilidadefísica 21,22, temperaturas corporais eambientais 24,25,26,27, e verbalização de pensamentos28, bem como sensibilidade e grau de conectividade dos eletrodos analógico-digitais para a pele29.
Embora estes possam ser limitações a usar EDA, esta técnica pode ainda fornecer a introspecção valiosa em o que acontece durante examinações do próximo-tempo real e pode serir como uma ferramenta prometedora para explorar AEE e pela extensão, Self-eficácia. Como resultado, uma imagem exata do AEE dos alunos pode ser obtida através de uma combinação de métodos de pesquisa, para determinar a Valência da emoção, e dados fisiológicos e biológicos, para medir a ativação dessa emoção. Este artigo baseia-se em uma publicação anterior sobre as atividades de exame30 e amplia o escopo desse trabalho para incluir abordagens multimodais (usando pesquisas de amostragem de experiência, sensores EDA e biomarcadores salivares) em um cenário de exame. É essencial mencionar que o protocolo descrito abaixo permite que vários dados do participante sejam coletados ao mesmo tempo dentro de uma única configuração experimental.

<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

Nos últimos dez anos, a pesquisa sobre as emoções dos alunos em ambientes educacionais aumentou. Embora os pesquisadores tenham chamado para mais estudos que dependem de medidas objetivas de experiência emocional, existem limitações na utilização de fontes de dados multimodais. Estudos de emoção e regulação emocional em salas de aula tradicionalmente dependem de instrumentos de pesquisa, experiência-amostragem, artefatos, entrevistas ou procedimentos observacionais. Esses métodos, embora valiosos, dependem principalmente da subjetividade participante ou observador e são limitados em sua autêntica mensuração do desempenho em tempo real dos alunos para uma atividade ou tarefa em sala de aula. Este último, em particular, representa um obstáculo para muitos estudiosos que procuram objetivamente medir as emoções e outras medidas relacionadas na sala de aula, em tempo real.
O objetivo deste trabalho é apresentar um protocolo para estudar experimentalmente as respostas em tempo real dos alunos às experiências de exame durante uma situação de avaliação autêntica. Para isso, uma equipe de psicólogos educacionais, engenheiros e pesquisadores de educação de engenharia projetou um protocolo experimental que manteve os limites necessários para a medição precisa do sensor fisiológico, as melhores práticas de coleta salivar e um ambiente de teste autêntico. Em particular, estudos existentes que dependem de sensores fisiológicos são conduzidos em ambientes experimentais que são desconectados de configurações educacionais (por exemplo, teste de stress de Trier), destacados no tempo (por exemplo, antes ou depois de uma tarefa), ou introduzir erro de análise (por exemplo, uso de sensores em ambientes onde os alunos provavelmente se movem). Isso limita nossa compreensão das respostas em tempo real dos alunos às atividades e tarefas em sala de aula. Além disso, pesquisas recentes apelaram para que mais considerações sejam abordadas em torno de questões de recrutamento, replicabilidade, validade, configurações, limpeza de dados, análise preliminar e circunstâncias específicas (por exemplo, adicionando uma variável no experimental Design) na pesquisa de emoções acadêmicas que se baseia em abordagens multimodais.

Neste estudo, estávamos interessados em estudar as influências de autoeficácia, desempenho e respostas fisiológicas (sensores EDA) e biológicas (sAA e cortisol) de estudantes de graduação em engenharia, ao fazerem um exame de prática. Os dados mostrados são um subconjunto representativo de amostras: (a) uma que considerou levantamentos e sensores eletrodérmicos (experimento A) e (b) um que incluiu o mesmo exame junto com os dados do biomarcador salivar (experimento B). Enquanto ...

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

Um delineamento experimental foi desenvolvido para investigar as influências em tempo real de uma experiência de exame para avaliar as realidades emocionais que os alunos vivenciam nas configurações e tarefas do ensino superior. Este projeto é o resultado de uma abordagem Cross-disciplinar (por exemplo, psicologia educacional, biologia, fisiologia, engenharia) e multimodal (por exemplo, marcadores salivares, pesquisas, sensor eletrodérmico).

Um projeto experimental multidisciplinar e multimodal para estudar experiências de exame autêntico em tempo real

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

O protocolo permite que pesquisadores de ciências sociais, psicologia, educação, engenharia e outras disciplinas interessadas em usar biometria e múltiplas técnicas para entender exames, aulas e experiências autênticas semelhantes. A principal vantagem dessa técnica é que ela visa encontrar as possíveis fontes de ruído devido aos artefatos de movimento nos dados. Além disso, o protocolo é simples de implementar e minimiza o uso de softwares caros.Embora o diagnóstico de uma doença não seja nosso objetivo, as tecnologias que usamos através de sensores eletrodérmicos e biomarcadores salivares têm o potencial de detectar anormalidades fisiológicas e biológicas em um participante. Esse método pode fornecer insights sobre pesquisas de psicologia educacional explorando construções motivacionais e emocionais em sala de aula. Também pode ser usado em áreas de marketing, negócios, design e outras áreas de pesquisa que envolvem processos cognitivos e emocionais de um indivíduo.A principal luta que um pesquisador terá com esse método é sincronizar o tempo dos eventos que pretendem estudar, ao mesmo tempo em que contabiliza as limitações das técnicas fisiológicas e biológicas existentes. É importante compreender o processo de atividade eletrodérmica, especialmente o processo de funcionamento dos sensores eletrodérmicos, uma vez que as técnicas de filtragem de código aberto existentes são limitadas. Dado que essa técnica visa projetos quase experimentais utilizando múltiplas técnicas e conhecimentos disciplinares, uma demonstração visual desse método é essencial para permitir que os pesquisadores testemunhem as etapas paralelas e coordenadas necessárias para executar com sucesso esse método.Comece configurando um espaço de trabalho com distrações mínimas. Uma resposta de precipitação ativada involuntariamente pode criar um pico significativo na atividade eletrodérmica, ou EDA. Certifique-se de que a apresentação da questão da pesquisa está sincronizada com o sensor eletrodérmico.Use o relógio interno do computador para estabelecer um período de tempo de coleta de dados e, se usar algum sensore eletrodérmico habilitado para Bluetooth, sincronize os tempos no horário de Greenwich Meridian. É fundamental que todos os instrumentos, incluindo pesquisas, protocolo de exame, sensores eletrodérmicos e câmeras web sejam sincronizados ao mesmo tempo, de modo que não haja mudança nos tempos de gravação para cada fonte de dados. Se necessário, configure câmeras web para medir o rosto do participante em diferentes ângulos.Consulte o manuscrito para obter recomendações sobre posicionamento da câmera. Para leituras de sensores eletrodérmicos, designe um período de tempo durante o qual os participantes estão em um estado relaxado para estabelecer dados EDA de linha de base. Instrua os participantes a olhar para o escudo de teste por cinco a 15 minutos no início do exame, ou programe esta sugestão no computador.Para coletar amostras de saliva, prepare um refrigerador com gelo seco que tenha uma temperatura interna de menos 20 graus Celsius. Isso evitará a degradação da temperatura ambiente das enzimas para as amostras de cortisol. Se usar o método de coleta de cotonete, instrua os participantes a manter o cotonete na bochecha interna ou sob a língua por 60 segundos.Desenvolver um sistema de sinalização que permita aos participantes notificar o pesquisador quando a amostra salivar estiver pronta para ser coletada. Na preparação para o experimento, pré-programe os participantes para uma sessão de exame, avalie qualquer informação médica e hábitos alimentares, observe a dominância manual para a coleta do EDA e lembre os participantes para evitar o consumo de produtos açucarados ou cafeína no dia do experimento. Antes da chegada dos participantes, certifique-se de que os sensores estão devidamente calibrados, as atualizações de software foram atendidas, e os sensores foram apagados com 70% de álcool.Coloque o sensor EDA no pulso não dominante do participante, colocando o sensor com o botão virado para baixo em direção ao polegar. Que o participante desenhe uma linha imaginária do espaço entre o segundo e o terceiro dedo até a área do pulso médio, e coloque os eletrodos do sensor ali. Peça aos participantes que ajustem as correias do sensor.Ao iniciar o sensor, siga os protocolos do fabricante para garantir que eles estejam configurados para coletar dados. Para os dispositivos usados neste protocolo, pressione o botão do sensor por três segundos. Uma luz verde piscará intermitentemente, seguida por uma luz vermelha piscando, e depois desaparecerá.Durante o fade-out, pressione o botão de uma vez por segundo, e se ele piscar em vermelho, ele está registrando dados. Para desligar o sensor, pressione o botão por três segundos. A luz verde na parte inferior da pulseira desaparecerá.Recupere dados do sensor conectando-os ao computador e carregando-os no sistema de software de gerenciamento. Se coletar amostras salivares, despeje uma onça de água para os participantes na chegada à sala experimental, e peça-lhes para swish e engoli-lo. Durante o exame, use as solicitações de tempo para sinalizar aos participantes quando for hora de coletar saliva.Permita 60 segundos para coleta de amostras e devolva-os ao exame. Ao coletar amostras salivares, use luvas de nitrito frescos para minimizar qualquer partículas de poeira ou contaminantes de óleos manuais a serem transferidos para o frasco de amostra. Transfira imediatamente as amostras para o refrigerador preparado com a temperatura interna de menos 20 graus Celsius.Para proporcionar uma experiência de teste autêntica, consulte o instrutor do curso para alinhar o conteúdo do exame com o conteúdo do curso e selecione uma avaliação do conteúdo do curso que pode ser replicada em um ambiente experimental. Além disso, certifique-se de que o ambiente de teste seja paralelo à configuração experimental. Acomode-se para interrupções na realização de testes, alocando tempo adicional de realização de testes e projetando o programa de exame para retornar os alunos a um determinado problema do exame se um prompt de pesquisa os interrompesse.Certifique-se de que o tempo de interrupção seja consistente entre os participantes. Inclua períodos de calibração e relaxamento ao longo da experiência do exame, começando com uma pergunta simples e permitindo que os participantes 30 segundos descansem entre cada questão do exame. Por fim, certifique-se de que o programa de carimbo de tempo seja responsável por quaisquer alterações no exame para permitir a correspondência da fonte de dados.É importante que os períodos de calibração e relaxamento sejam contabilizados no protocolo, especialmente para sensores eletrodérmicos e biomarcadores salivares, pois os valores da linha de base são necessários para determinar o ruído do sinal ou dados outlier. Dois projetos experimentais foram testados, design A com sensores EDA e pesquisas e design B com biomarcadores salivares adicionados. Embora a dificuldade do exame tenha sido a mesma, foram encontradas diferenças opostas nos valores médios do EDA entre as respostas corretas e incorretas em diferentes escores de autoeficácição.Para o design experimental B, o EDA médio, bem como cortisol e alfa-amilase salivar, ou sAA, foram medidos no início, meio, final e 20 minutos após o exame. Os níveis de EDA diminuíram do início ao fim do exame, mas se recuperaram 20 minutos depois, uma tendência que foi paralela tanto pelo cortisol quanto pelo SAA. A significância estatística foi encontrada entre o EDA e o SAA no início e no meio do exame, enquanto o EDA e o cortisol apresentaram significância entre o meio e o final do exame.Na marca de 20 minutos, EDA e sAA, bem como cortisol e sAA, mostraram significância entre si. Certifique-se de que a sincronização de instrumentos e protocolos seja automatizada o máximo possível e verifique se há erros antes do início do experimento. Esse procedimento permite a integração de outras biometrias, como gatilhos oculares, eletromyógrafos, bem como outras formas de serviço que incluem perguntas abertas e alertas de vídeo, entre outros.Essa técnica pode ser usada pelos pesquisadores para explorar as conexões entre cognição, afeto, fisiologia e desempenho.

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

Eletroencefalografia simultânea Scalp (EEG), eletromiografia (EMG), e gravação de inércia segmentar de corpo inteiro para Multi-modal Neural Decoding

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

Comportamento

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

Exame de Rapid dopamina Dynamics com Fast digitalização Voltametria Cíclica Durante Intra-oral Administração saborizante em ratos acordados

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

Avaliação experimental de rato Sociabilidade utilizando uma abordagem de processamento de imagem automatizado

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

Asymmetric Passagem: A Novel de Ensaio Comportamental de Estudos de Asymmetric Locomotion

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

A Dimensão Social do Stress: Manipulações experimentais de apoio social e de identidade social no Trier Social Stress Teste

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

Uma Análise Experimental de capacidade das crianças de apresentar um relatório falso sobre um Crime

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

Determinando Detecção Dor e limiares de tolerância Usando uma Integrado, Multi-Modal Dor Task Bateria

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

Uma rede sem fio, Interface bidirecional para gravação na Vivo e estimulação da atividade Neural em livremente, comportando-se ratos

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

Um guia Visual para estudar as defesas comportamentais para patógeno ataca em formigas cortadeiras

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

Sinais multimodais para a análise de respostas de dor a estímulos térmicos e elétricos

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