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 se basa en el trabajo apoyado en parte por la National Science Foundation (NSF) No. EED-1661100, así como una subvención NSF GRFP otorgada a Darcie Christensen (No 120214). Las opiniones, conclusiones y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material no reflejan necesariamente las de NSF o USU. Queremos agradecer a Sheree Benson sus amables discusiones y recomendaciones para nuestro análisis estadístico.
Las contribuciones del autor en este artículo son las siguientes: Villanueva (diseño de investigación, recopilación y análisis de datos, escritura, edición); Husman (diseño de investigación, recopilación de datos, escritura, edición); Christensen (recopilación y análisis de datos, escritura, edición); Youmans (recopilación y análisis de datos, escritura y edición); Khan (recopilación y análisis de datos, escritura, edición); Vicioso (recopilación y análisis de datos, edición); Lampkins (recopilación y edición de datos); Graham (recopilación y edición de datos)

Los procedimientos fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional (IRB) bajo una revisión general en la Universidad Estatal de Utah para estudios sobre sujetos humanos y el uso de estas construcciones. Los resultados típicos incluyen dos semestres de un curso de estática de ingeniería, cada uno con una configuración experimental ligeramente diferente, en una institución occidental de educación superior en los Estados Unidos. Los exámenes de práctica, cuyo contenido era paralelo a los exámenes reales, ...

Aunque las medidas fisiológicas se han utilizado en muchos contextos de aprendizaje auténticos, es fundamental diseñar un entorno de estudio que sea consciente de los límites de la tecnología actual. Nuestro diseño equilibra la necesidad de un entorno de pruebas auténtico y se adapta a la tecnología. Limitar cómodamente el movimiento de los participantes, reducir las interrupciones no deseadas y hacer una marca de tiempo en las respuestas de prueba de los participantes son pasos críticos dentro del protocolo.</...

Los psicólogos han entendido durante mucho tiempo la importancia de las emociones de los seres humanos para esclarecer sus comportamientos1. Dentro del estudio de la educación, Academic Achievement Emotions (AEE) se ha convertido en el foco de la investigación de emociones2. Los investigadores que utilizan AAE argumentan que los contextos situacionales en los que se encuentran los estudiantes son importantes a tener en cuenta al examinar las emociones de los estudiantes. Los estudiantes pueden experimentar emociones relacionadas con las pruebas, relacionadas con la clase o el aprendizaje que involucran procesos multicomponente, incluyendo componentes afectivos, fisiológicos, motivacionales y cognitivos. La AEE se expresa en dos formas: valencia (positiva/negativa) y activación (energía enfocada/desenfocada). Las emociones de activación positiva, como el disfrute, pueden aumentar los procesos reflectantes como la metacognición, mientras que las emociones de desactivación positivas como el orgullo pueden resultar en bajos niveles de procesamiento cognitivo. Las emociones de activación negativas como la ira y la ansiedad pueden provocar compromiso, mientras que la desactivación negativa de emociones como la desesperanza puede amortiguar la motivación3,4,5. Las emociones académicas contribuyen a cómo aprendemos, percibimos, decidimos, respondemos y resolvemos problemas2. Para regular las emociones académicas, un individuo debe poseer autoeficacia (SE)6,7,8, que es su confianza en su capacidad para emplear el control sobre su motivación, comportamiento, y el entorno social 6. La autoeficacia y las emociones académicas están interrelacionadas, donde la baja autoeficacia está ligada a las emociones de desactivación negativas (por ejemplo, ansiedad, ira, aburrimiento) y mayor autoeficacia está ligada a emociones activadoras positivas (por ejemplo, felicidad, esperanza, emoción)6,7,8. SE también se cree que está fuertemente ligado al rendimiento6,7,8.
Las investigaciones que han examinado las emociones en el aula se han basado en autoinformes, observaciones, entrevistas y artefactos (por ejemplo, exámenes, proyectos)9,10. Aunque estos métodos proporcionan información contextual rica sobre las experiencias de los estudiantes en el salón de clases, tienen limitaciones significativas. Por ejemplo, las entrevistas, observaciones y autoinformes se basan en las introspecciones10de las personas. Otros métodos han tratado de examinar las emociones académicas más proximalmente que los investigadores anteriores, como los basados en enfoques de muestreo de experiencia donde los investigadores piden a los estudiantes que informen sobre sus emociones durante el díaescolar 11. Aunque esta investigación nos permite informar las emociones de los estudiantes con mayor precisión, este trabajo se basa en métodos de autoinforme y no permite informes en tiempo real, ya que los estudiantes tienen que detener su trabajo en el examen para abordar la encuesta de experiencia.
Recientemente, los investigadores han comenzado a abordar las preocupaciones sobre las medidas de autoinforme mediante el uso de medidas biológicas o fisiológicas de la emoción9,que combinadas con otros instrumentos o técnicas como encuestas, observaciones o entrevistas, consiste en una forma multimodal de recopilación de datos para la investigación educativa y psicológica12. Por ejemplo, las técnicas biológicas, incluidos los biomarcadores salivales, se están utilizando para comprender el papel que los procesos biológicos tienen en la cognición, la emoción, el aprendizaje y el rendimiento13,14,15. Para los procesos cognitivos, los andrógenos (por ejemplo, la testosterona) se han relacionado con diferentes patrones de reconocimiento espacial en adultos y niños16,17 mientras que las hormonas hipotalámica-hipófisis-adrenocortical (por ejemplo, cortisol) y las hormonas adrenérgicas (p. ej., salival-amilasa o SAA) están vinculadas a la capacidad de respuesta al estrés entre los individuos18,19,20.
La actividad electrodérmica (EDA) representa una medida fisiológica de la activación del sistema nervioso autónomo (ANS) y está vinculada a una mayor activación del sistema, carga cognitiva o respuestas emocionales intensas21,22 ,23. En las actividades de examen, la AED se ve afectada por la movilidad física21,22, temperaturas corporales y ambientales24,25,26,27,y la verbalización de pensamientos28,así como la sensibilidad y el grado de conectividad de los electrodos analógico-digitales a la piel29.
Aunque estas pueden ser limitaciones al uso de EDA, esta técnica todavía puede proporcionar información valiosa sobre lo que sucede durante los exámenes casi en tiempo real y puede servir como una herramienta prometedora para explorar AEE y, en grado, autoeficacia. Como resultado, se puede obtener una imagen precisa de la AEE de los estudiantes a través de una combinación de métodos de encuesta, para determinar la valencia de la emoción, y los datos fisiológicos y biológicos, para medir la activación de esa emoción. Este documento se basa en una publicación anterior sobre las actividades de examen30 y amplía el alcance de ese trabajo para incluir enfoques multimodales (utilizando encuestas de muestreo de experiencia, sensores EDA y biomarcadores salivales) en un escenario de examen. Es esencial mencionar que el protocolo descrito a continuación permite recopilar varios datos de participantes al mismo tiempo dentro de un único entorno 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

En los últimos diez años, la investigación sobre las emociones de los estudiantes en entornos educativos ha aumentado. Aunque los investigadores han pedido más estudios que se basen en medidas objetivas de experiencia emocional, existen limitaciones en la utilización de fuentes de datos multimodales. Los estudios de la regulación emocional y emocional en las aulas tradicionalmente se basan en instrumentos de encuesta, muestreo de experiencia, artefactos, entrevistas o procedimientos de observación. Estos métodos, si bien son valiosos, dependen principalmente de la subjetividad del participante u observador y están limitados en su auténtica medición del rendimiento en tiempo real de los estudiantes a una actividad o tarea en el aula. Este último, en particular, plantea un obstáculo para muchos eruditos que buscan medir objetivamente las emociones y otras medidas relacionadas en el aula, en tiempo real.
El propósito de este trabajo es presentar un protocolo para estudiar experimentalmente las respuestas en tiempo real de los estudiantes a las experiencias de examen durante una situación de evaluación auténtica. Para ello, un equipo de psicólogos educativos, ingenieros e investigadores de educación en ingeniería diseñó un protocolo experimental que mantuvo los límites necesarios para la medición precisa de sensores fisiológicos, las mejores prácticas de recolección salival y una entorno de pruebas auténtico. En particular, los estudios existentes que se basan en sensores fisiológicos se llevan a cabo en entornos experimentales que están desconectados de los entornos educativos (por ejemplo, Trier Stress Test), se separan en el tiempo (por ejemplo, antes o después de una tarea), o introducen un error de análisis (por ejemplo, el uso de sensores en entornos donde es probable que los estudiantes se muevan). Esto limita nuestra comprensión de las respuestas en tiempo real de los estudiantes a las actividades y tareas del salón de clases. Además, investigaciones recientes han pedido que se abarquen más consideraciones en torno a cuestiones de contratación, replicabilidad, validez, configuraciones, limpieza de datos, análisis preliminar y circunstancias particulares (por ejemplo, la adición de una variable en el diseño) en la investigación de emociones académicas que se basa en enfoques multimodales.

En este estudio, nos interesaba estudiar las influencias de la autoeficacia, el rendimiento y la fisiológica (sensores EDA) y las respuestas biológicas (SAA y cortisol) de los estudiantes de ingeniería de pregrado mientras realizaban un examen de práctica. Los datos mostrados son un subconjunto representativo de muestras: a) una que consideró encuestas y sensores electrodérmicos (diseño de experimento A) y (b) una que incluía el mismo examen junto con los datos de biomarcadores sa...

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

Se desarrolló un diseño experimental para investigar las influencias en tiempo real de una experiencia de examen para evaluar las realidades emocionales que los estudiantes experimentan en entornos y tareas de educación superior. Este diseño es el resultado de un enfoque interdisciplinario (por ejemplo, psicología educativa, biología, fisiología, ingeniería) y multimodal (por ejemplo, marcadores salivales, encuestas, sensor electrodérmico).

Un diseño experimental multidisciplinar iológico y multimodal para estudiar experiencias de examen auténtico casi en tiempo real

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

El protocolo permite a los investigadores de ciencias sociales, psicología, educación, ingeniería y otras disciplinas interesadas en el uso de la biometría y múltiples técnicas para entender el examen, el aula y experiencias auténticas similares. La principal ventaja de esta técnica es que tiene como objetivo encontrar las posibles fuentes de ruido debido a los artefactos de movimiento en los datos. Además, el protocolo es fácil de implementar y minimiza el uso de software costoso.Si bien el diagnóstico de una enfermedad no es nuestro objetivo previsto, las tecnologías que utilizamos a través de sensores electrodérmicos y biomarcadores salivales tienen el potencial de detectar anomalías fisiológicas y biológicas en un participante. Este método puede proporcionar información sobre la investigación de la psicología educativa explorando construcciones motivacionales y emocionales en el aula. También podría ser utilizado en marketing, negocios, diseño, y otras áreas de investigación que involucran los procesos cognitivos y emocionales de un individuo.La principal lucha que un investigador tendrá con este método es sincronizar el tiempo los eventos que pretenden estudiar mientras se dan cuenta de las limitaciones de las técnicas fisiológicas y biológicas existentes. Es importante comprender el proceso de actividad electrodérmica, especialmente el proceso de trabajo de los sensores electrodérmicos, ya que las técnicas de filtrado de código abierto existentes son limitadas. Dado que esta técnica está dirigida a diseños cuasi-experimentales utilizando múltiples técnicas y conocimientos disciplinarios, una demostración visual de este método es esencial para permitir a los investigadores presenciar los pasos paralelos y coordinados necesarios para ejecutar con éxito este método.Comience configurando un espacio de trabajo con distracciones mínimas. Una respuesta de sobresal punto de vista activada involuntariamente puede crear un pico significativo en la actividad electrodérmica, o EDA. Asegúrese de que la presentación de la pregunta de la encuesta esté sincronizada con el sensor electrodérmico.Utilice el reloj interno del ordenador para establecer un marco de tiempo de recopilación de datos y, si utiliza sensores electrodérmicos habilitados para Bluetooth, sincronice los tiempos en greenwich Meridian Time. Es fundamental que todos los instrumentos, incluidas las encuestas, el protocolo de examen, los sensores electrodérmicos y las cámaras web se sincronicen al mismo tiempo, por lo que no hay cambios en los tiempos de grabación de cada fuente de datos. Si es necesario, configure cámaras web para medir la cara del participante en diferentes ángulos.Consulte el manuscrito para obtener recomendaciones sobre el posicionamiento de la cámara. Para las lecturas de sensores electrodérmicos, designe un período de tiempo durante el cual los participantes se encuentran en un estado relajado para establecer datos de EDA de referencia. Indique a los participantes que miren fijamente el escudo de prueba durante cinco a 15 minutos al comienzo del examen, o programe esta señal en la computadora.Para recoger muestras de saliva, prepare un refrigerador con hielo seco que tenga una temperatura interna de menos 20 grados Celsius. Esto evitará la degradación a temperatura ambiente de las enzimas para las muestras de cortisol. Si utiliza el método de recolección de hisopos, indique a los participantes que guarden el hisopo en la mejilla interna o debajo de la lengua durante 60 segundos.Desarrollar un sistema de marcación que permita a los participantes notificar al investigador cuando la muestra salival esté lista para ser recogida. En preparación para el experimento, pre-programar a los participantes a una sesión de examen, evaluar cualquier información médica y hábitos dietéticos, tomar nota del dominio de la mano para la recolección de EDA, y recordar a los participantes para evitar el consumo de productos azucarados o con cafeína en el día del experimento. Antes de la llegada de los participantes, asegúrese de que los sensores estén correctamente calibrados, que se hayan cuidado las actualizaciones de software y que los sensores se hayan limpiado con toallitas de alcohol al 70%.Coloque el sensor EDA en la muñeca no dominante del participante colocando el sensor con el botón mirando hacia abajo hacia el pulgar. Pida al participante que dibuje una línea imaginaria desde el espacio entre el segundo y el tercer dedo hasta su área de muñeca media, y coloque los electrodos del sensor allí. Pida a los participantes que ajusten las correas del sensor.Al iniciar el sensor, siga los protocolos del fabricante para asegurarse de que están configurados para recopilar datos. Para los dispositivos utilizados en este protocolo, presione el botón del sensor durante tres segundos. Una luz verde parpadeará intermitentemente, seguida de una luz roja parpadeante, y luego se desvanecerá.Durante el desvanecimiento, pulse el botón una vez durante un segundo y, si parpadea en rojo, está grabando datos. Para apagar el sensor, pulse el botón durante tres segundos. La luz verde en la parte inferior de la pulsera se desvanecerá.Recupere datos del sensor conectándolos al ordenador y cargándolos en el sistema de software de gestión. Si recoge muestras salivales, vierta una onza de agua para los participantes a su llegada a la sala experimental, y pídales que se desvíen y la traguen. Durante el examen, use las indicaciones de tiempo para indicar a los participantes cuándo es el momento de recoger saliva.Espere 60 segundos para la recolección de muestras y devuélvalos al examen. Al recoger muestras salivales, use guantes de nitrilo fresco para minimizar las partículas de polvo o contaminantes de los aceites de mano que se transferirán al vial de muestra. Transfiera inmediatamente las muestras al refrigerador preparado con una temperatura interna de menos 20 grados centígrados.Para proporcionar una experiencia de prueba auténtica, consulte con el instructor del curso para alinear el contenido del examen con el contenido del curso y seleccione una evaluación del contenido del curso que se puede replicar en una configuración experimental. Además, asegúrese de que el entorno de prueba es paralelo a la configuración experimental. Acomodarse para las interrupciones en la toma de pruebas asignando tiempo adicional de toma de pruebas y diseñando el programa de examen para devolver a los estudiantes a un problema de examen en particular si una solicitud de encuesta los interrumpió.Asegúrese de que el tiempo de interrupción sea coherente entre los participantes. Incluya períodos de calibración y relajación a lo largo de la experiencia del examen comenzando con una pregunta simple y permitiendo a los participantes 30 segundos descansar entre cada pregunta del examen. Por último, asegúrese de que el programa de marca de tiempo tenga en cuenta cualquier cambio en el examen para permitir la coincidencia de orígenes de datos.Es importante que los períodos de calibración y relajación se representen en el protocolo, especialmente para los sensores electrodérmicos y los biomarcadores salivales, ya que se necesitan valores de referencia para determinar el ruido de la señal o los datos atípicos. Se probaron dos diseños experimentales, diseño A con sensores Y estudios EDA y diseño B con biomarcadores salivales añadidos. Aunque la dificultad del examen fue la misma, se encontraron diferencias opuestas en los valores medios de EDA entre las respuestas correctas e incorrectas en diferentes puntuaciones de autoeficacia.Para el diseño experimental B, la EDA media, así como el cortisol y la alfa-amilasa salival, o sAA, se midieron al principio, medio, fin y 20 minutos después del examen. Los niveles de EDA disminuyeron de principio a fin del examen, pero se recuperaron 20 minutos después, una tendencia que fue paralela por el cortisol y el sAA. Se encontró significación estadística entre EDA y sAA al principio y a la mitad del examen, mientras que la EDA y el cortisol mostraron importancia entre el medio y el final del examen.En la marca de 20 minutos, EDA y sAA, así como cortisol y sAA, mostraron importancia entre sí. Asegúrese de que la sincronización de instrumentos y protocolos esté automatizada tanto como sea posible y compruebe si hay errores antes del inicio del experimento. Este procedimiento permite la integración de otras biometrías, como los desencadenantes oculares, electromiógrafos, así como otras formas de servicio que incluyen preguntas abiertas y indicaciones de vídeo, entre otras.Esta técnica puede ser utilizada por los investigadores para explorar las conexiones entre la cognición, el efecto, la fisiología y el rendimiento.

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

Electroencefalografía simultánea del cuero cabelludo (EEG), electromiografía (EMG) y de todo el cuerpo de grabación inercial segmentaria para Multi-modal Neural Decodificación

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

Investigación

Comportamiento

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

Examen de Rapid dopamina Dinámica con Fast Scan voltametría cíclica Durante intraoral Administración saborizante en ratas Awake

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

Evaluación experimental de ratón sociabilidad Utilizando un enfoque de procesamiento de imágenes 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

Asimétrica Pasarela: Un Ensayo Novela conductual para Estudiar asimétrica Locomoción

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

La dimensión social del estrés: Manipulaciones experimentales de Apoyo Social e Identidad Social en el Trier Social Estrés Prueba

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

Un análisis experimental de la capacidad de los niños para proporcionar un informe falso sobre un crimen

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

La determinación de detección de dolor y umbrales de tolerancia Usando un sistema integrado, multi-modal de Dolor de tareas de la batería

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

Un inalámbrico, interfaz bidireccional para la grabación en Vivo y estimulación de la actividad Neural en comportarse libremente las ratas

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

Una guía Visual para el estudio de las defensas contra comportamiento patógeno ataca en hormigas cortadoras

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

Señales Multi-Modal para el análisis de las respuestas de dolor a estímulos térmicos y eléctricos

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