Name: Um projeto experimental multidisciplinar e multimodal para estudar experiências de exame autêntico em tempo real (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 s
Description: Aprenda a medir respostas fisiológicas e emocionais de estudantes durante exames autênticos em sala de aula usando sensores de atividade eletrodérmica e biomarcadores salivares. Este protocolo integra múltiplas técnicas para pesquisa em psicologia educacional.

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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 autores não têm nada a revelar.

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 espaço e a desp...

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>Freezer médico de 1,1 pés cúbicos</td><td>Conformidade</td> <td>compacta# bci2801863</td><td>Eles podem usar qualquer freezer, desde que possa ir abaixo de -20 graus Celsius; estes podem ser usados para armazenar amostras salivares por períodos mais longos de tempo (~ 4 meses) antes de executar ensaios salivares.</td></tr><tr><td>Camping Cooler</td><td>Amazon</td><td>(qualquer tamanho/tipo)</td><td>Pode ser usado para armazenar amostras salivares durante a coleta de dados</td></tr><tr><td>Sensor E4</td><td>Empatica Inc</td><td>E4 Pulseira Rev2</td><td>Você pode usar qualquer sensor ou empresa EDA, desde que registre EDA e acelerometria</td></tr><tr><td>EDA Explorer</td><td>https://eda-explorer.media.mit.edu/</td><td>(código aberto)</td><td>Pode ser usado para identificar fontes potenciais de ruído que não são necessariamente devido ao movimento</td></tr><tr><td>Notebooks</td><td>Dell</td><td>Latitude 3480</td><td>Eles podem usar qualquer desktop ou laptop</td></tr><tr><td>Ledalab</td><td>http://www.ledalab.de/</td><td>(código aberto)</td><td>Pode ser usado para separar sinais EDA tônicos e fásicos após seguir as etapas de filtragem</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>https://www.mathworks.com/products/matlab.html</td><td>(a versão varia de acordo com as atualizações)</td><td>Para ser usado para Ledalab, EDA Explorer e para criar programas personalizados de carimbo de data/hora.</td></tr><tr><td>Kit enzimático de alfa-amilase salivar</td><td>Salimetria</td><td>&lrm;# 1-1902</td><td>Para os kits salivares, você deve planejar solicitar que a empresa analise suas amostras e/ou ir a um laboratório de biologia molecular para processar</td></tr> o <tr><td>kit ELISA de cortisol salivar</td><td>Salimétrico#</td> <td>&lrm; 1-3002</td><td>Para os kits salivares, você deve planejar solicitar que a empresa analise suas amostras e/ou ir a um laboratório de biologia molecular para processamento</td></tr><tr><td>Divisor de teste (escudos de privacidade)</td><td>Amazon</td><td>#60005</td><td>Eles podem usar qualquer marca de escudo de teste, desde que cubram o espaço de trabalho</td></tr><tr><td>Câmera da Web</td><td>Amazon</td><td>Logitech c920</td><td>Eles podem usar qualquer câmera da web, desde que seja HD e 1080p ou superior</td></tr></tbody></table>

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

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 coletamos ...

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.

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Research

JoVE Journal

Behavior

Comportamento

A pesquisa sobre as emoções de desempenho acadêmico dos alunos de graduação baseou-se principalmente em autorrelatos em ambientes de laboratório. Os estudos raramente incluem medidas biofisiológicas para esses autorrelatos. Este protocolo descreverá uma metodologia que integra autorrelatos e medidas biofisiológicas para avaliar a resposta e o desempenho do aluno durante uma atividade de exame laboratorial.

Uso de respostas galvânicas da pele, saliva Biomarkers e auto-relatórios para avaliar o desempenho de Graduação Estudante durante uma atividade Laboratório Exame

Aqui, apresentamos um método misto original, combinando uma quantitativa e uma abordagem qualitativa para examinar com precisão as experiências dos participantes durante o teste de Stress Social de Trier e o teste de esforço Social de Trier para grupos.

Enactive abordagem fenomenológica para o teste de Stress Social Trier: ponto de vista métodos mistos

O trabalho atual propõe um protocolo de avaliação multimodal focado em processos metacognitivos, autoreguladores de aprendizagem e emocionais, que compõem a base das dificuldades em adultos com LDs.

Protocolo Multimodal para Avaliação da Metacognição e Auto-Regulação em Adultos com Dificuldades de Aprendizagem

Este trabalho descreve um sistema de experimentação on-line que fornece experimentos visualizados, incluindo a visualização de teorias, conceitos e fórmulas, visualizando o processo experimental com plataformas de teste virtuais tridimensionais (3D) e visualizando o sistema de controle e monitoramento usando widgets como gráficos e câmeras.

Sistema de experimentação online interativo e visualizado para educação e pesquisa de engenharia

Este trabalho apresenta um experimento de simulação virtual tridimensional para deformação e falha de materiais que fornece processos experimentais visualizados. Através de um conjunto de experimentos, os usuários podem se familiarizar com o equipamento e aprender as operações em um ambiente de aprendizagem imersivo e interativo.

Um Experimento Virtual de Simulação de Mecânica: Deformação e Falha de Material Baseado em Microscopia Eletrônica de Varredura

Neste trabalho, um sistema de realidade mista denominado ERM foi desenvolvido para auxiliar os alunos a desenvolver práticas laboratoriais complementares às aulas online. Foi realizado um experimento com 30 estudantes; 10 alunos não utilizaram MRE, 10 utilizaram MRE e outros 10 utilizaram MRE com feedback do professor.

Implementação de Realidade Mista para Educação (MRE) e Resultados em Aulas Online de Engenharia

Este estudo apresenta uma configuração experimental naturalística que permite aos pesquisadores apresentar estímulos de ação em tempo real, obter tempo de resposta e dados de rastreamento do mouse enquanto os participantes respondem após cada exibição de estímulo e mudar os atores entre as condições experimentais com um sistema único, incluindo uma tela especial de diodo emissor de luz orgânica transparente (OLED) e manipulação de luz.

Uma configuração naturalista para apresentar pessoas reais e ações vivas em estudos de psicologia experimental e neurociência cognitiva

Desenvolvimento de um sistema cérebro-máquina-interface eficaz (IMC) para a restauração e reabilitação da locomoção bípede requer decodificação precisa da intenção do usuário. Aqui apresentamos um protocolo experimental romance e técnica de coleta de dados para aquisição simultânea não-invasivo de atividade neural, a atividade muscular e cinemática do corpo inteiro durante várias tarefas e condições de locomoção.

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

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

Este protocolo descreve um método para quantificar a sociabilidade rato. Os ratos são filmadas enquanto se movem e interagem em uma gaiola especial. Processamento de filme permite a quantificação automática de sociabilidade com excelente precisão e confiabilidade.

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

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