JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Comportamento

En tvärvetenskaplig och multimodal experimentell design för studier i nära real tid av autentiska Examinations erfarenheter

Published: September 04, 2019
doi:
10.3791/60037
, , , , , , ,
1Department of Engineering Education, College of Engineering,Utah State University, 2Department of Electrical and Computer Engineering, College of Engineering,Utah State University, 3Department of Educational Psychology, College of Education,University of Oregon

Summary

En experimentell design har utvecklats för att undersöka realtids påverkan av en Examinations erfarenhet för att bedöma de känslomässiga realiteter studenterna upplever i högre utbildning inställningar och uppgifter. Denna formgivning är resultatet av ett tvärvetenskapligt (t. ex. pedagogisk psykologi, biologi, fysiologi, ingenjörskonst) och multimodal (t. ex. spott markörer, undersökningar, elektrodermala sensorer).

Abstract

Under de senaste tio åren har forskningen om elevernas känslor i utbildningsmiljöer ökat. Även om forskare har krävt fler studier som förlitar sig på objektiva mått av känslomässig erfarenhet, finns det begränsningar för att utnyttja multimodala datakällor. Studier av känslor och känslomässiga reglering i klassrum bygger traditionellt på enkät instrument, erfarenhet-provtagning, artefakter, intervjuer, eller observations förfaranden. Dessa metoder, medan värdefulla, är främst beroende av deltagare eller observatör subjektivitet och är begränsad i sin autentiska mätning av elevernas realtidsprestanda till en klassrummet aktivitet eller uppgift. Den senare, i synnerhet, utgör en stötesten för många forskare som försöker objektivt mäta känslor och andra relaterade åtgärder i klassrummet, i realtid.

Syftet med detta arbete är att presentera ett protokoll för att experimentellt studera elevernas realtidssvar på examens erfarenheter under en autentisk bedömnings situation. För detta, ett team av pedagogiska psykologer, ingenjörer och ingenjörsutbildning forskare utformat ett experimentprotokoll som behöll de gränser som krävs för noggrann fysiologisk sensor mätning, bästa praxis i saliv insamling, och en autentisk testmiljö. I synnerhet, befintliga studier som förlitar sig på fysiologiska sensorer bedrivs i experimentella miljöer som är bortkopplade från pedagogiska inställningar (t. ex., Trier stress test), fristående i tid (t. ex., före eller efter en uppgift), eller införa analys fel (t. ex. användning av sensorer i miljöer där studenter sannolikt kommer att flytta). Detta begränsar vår förståelse av elevernas realtidssvar på klassrumsaktiviteter och-uppgifter. Vidare har ny forskning krävt att fler överväganden ska täckas kring rekryteringsfrågor, replikerbarhet, validitet, uppställningar, datarensning, preliminär analys och särskilda omständigheter (t. ex. genom att lägga till en variabel i försöks design) i akademiska känslor forskning som bygger på multimodala metoder.

Introduction

Psykologer har länge förstått vikten av människors känslor för att belysa deras beteenden1. Inom studiet av utbildning, akademiska prestation känslor (AEE) har blivit fokus för Emotion Research2. Forskare som använder AAE hävdar att situationsanpassat sammanhang studenterna befinner sig i är viktiga att tänka på när man undersöker elevernas känslor. Eleverna kan uppleva testrelaterade, klassrelaterade eller inlärningsrelaterade känslor som involverar multikomponentprocesser, inklusive affektiva, fysiologiska, motiverande och kognitiva komponenter. AEE uttrycks i två former: Valence (positiv/negativ) och aktivering (fokuserad/ofokuserad energi). Positiva aktiverande känslor, såsom njutning, kan öka reflekterande processer som Metacognition, medan positiva deaktiverande känslor som stolthet kan resultera i låga nivåer av kognitiv behandling. Negativa aktiverande känslor som ilska och ångest kan gnista engagemang, medan negativa deaktiverande känslor som hopplöshet kan dämpa motivationen3,4,5. Akademiska känslor bidrar till hur vi lär, uppfattar, beslutar, svarar och problem lösa2. För att reglera akademiska känslor, måste en individ ha egen effekt (se)6,7,8, vilket är deras förtroende för deras förmåga att anställa kontroll över sin motivation, beteende och sociala miljö 6. Self-effektivitet och akademiska känslor hänger samman, där lägre själv effekt är knuten till negativa deaktiverande känslor (t. ex. ångest, ilska, tristess) och högre själv effekt är knuten till positiva aktiverande känslor (t. ex., lycka, hopp, spänning)6,7,8. Se tros också vara starkt knuten till Performance6,7,8.

Forskning som har undersökt klassrummets känslor har förlitat sig på själv rapporter, observationer, intervjuer och artefakter (t. ex. tentor, projekt)9,10. Även om dessa metoder ger rik sammanhangsberoende information om elevernas klassrums upplevelser har de betydande begränsningar. Till exempel, intervjuer, observationer och själv rapporter förlitar sig på individers introspektioner10. Andra metoder har försökt att undersöka akademiska känslor mer proximalt än tidigare forskare, såsom de som bygger på erfarenhet-provtagning metoder där forskare be eleverna att rapportera om sina känslor under skoldagen11. Även om denna forskning ger oss möjlighet att rapportera elevernas känslor mer exakt, detta arbete förlitar sig på själv-rapport metoder och tillåter inte för realtid rapportering som eleverna måste pausa sitt arbete på tentamen för att ta itu med erfarenheten undersökningen.

Nyligen har forskare börjat ta itu med farhågor om själv rapportåtgärder genom användning av biologiska eller fysiologiska åtgärder av Emotion9, som i kombination med andra instrument eller tekniker såsom undersökningar, observationer, eller intervjuer, består av en multimodal form av datainsamling för pedagogisk och psykologisk forskning12. Till exempel används biologiska tekniker, inklusive saliv-Biomarkers, för att förstå den roll som biologiska processer har på kognition, känslor, inlärning och prestation13,14,15. För kognitiva processer, androgener (t. ex., testosteron) har kopplats till olika rumsliga erkännande mönster hos vuxna och barn16,17 medan hypotalamus-hypofys-adrenokortikala hormoner (t. ex., kortisol) och adrenerga hormoner (t. ex. saliv α-amylas eller sAA) är kopplade till stress lyhördhet bland individer18,19,20.

ELECTRODERMAL aktivitet (EDA) representerar ett fysiologiskt mått på aktiveringen av det autonoma nervsystemet (ans) och är kopplat till ökad aktivering av systemet, kognitiv belastning, eller intensiva känslomässiga svar21,22 ,23. I Examinations aktiviteter påverkas EDA av fysisk rörlighet21,22, kroppsliga och omgivande temperaturer24,25,26,27, och orm av tankar28, samt känslighet och graden av anslutning av analog-digitala elektroder till huden29.

Även om dessa kan vara begränsningar för att använda EDA, denna teknik kan fortfarande ge värdefull insikt i vad som händer under nästan realtid undersökningar och kan fungera som ett lovande verktyg för att utforska AEE och i omfattning, egen effekt. Som ett resultat, en korrekt bild av elevernas AEE kan erhållas genom en kombination av undersökningsmetoder, att bestämma valens av känslor, och fysiologiska och biologiska data, för att mäta aktiveringen av denna känsla. Detta dokument bygger på en tidigare publikation om Examinations verksamhet30 och utvidgar omfattningen av detta arbete till att omfatta multimodala metoder (med erfarenhet-provtagning undersökningar, EDA sensorer och saliv-Biomarkers) i ett undersöknings scenario. Det är viktigt att nämna att det protokoll som beskrivs nedan tillåter att flera deltagaruppgifter samlas in samtidigt inom en enda experimentell miljö.

Protocol

Förfaranden godkändes av den institutionella Granskningsnämnden (IRB) under en allmän översyn vid Utah State University för studier om mänskliga ämnen och användning av dessa konstruktioner. De typiska resultaten inkluderar två terminer av en Engineering Statik kurs, var och en med en något annorlunda experimentell installation, vid en västerländsk institution för högre utbildning i USA. Övningsprov, vars innehåll parallellt de faktiska proven, utvecklades av kursens instruktör och användes för vår s…

Representative Results

I denna studie, vi var intresserade av att studera influenser av själv-effektivitet, prestanda, och fysiologiska (EDA sensorer) och biologiska (sAA och kortisol) svar på grundutbildning ingenjörsstudenter som de tog en praktik examen. De uppgifter som visas är en representativ delmängd av proverna: (a) en som övervägde undersökningar och elektrodermala sensorer (experimentdesign a) och (b) en som inkluderade samma tentamen tillsammans med data från saliv-biomarkör (experimentdes…

Discussion

Även om fysiologiska åtgärder har använts i många autentiska inlärnings sammanhang, är det viktigt att utforma en studiemiljö som är uppmärksam på gränserna för den nuvarande tekniken. Vår design balanserar behovet av en autentisk testmiljö och rymmer tekniken. Bekvämt begränsa deltagarnas rörelse, minska oavsiktliga avbrott och tidsstämplar deltagarnas test svar är alla kritiska steg i protokollet.

Utrymmet och bekostnad av elektrodermala sensorn enheter kan göra studien …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Detta material är baserat på arbete som stöds delvis av National Science Foundation (NSF) No. EED-1661100 samt en NSF GRFP Grant ges till Darcie Christensen (nr 120214). Alla yttranden, resultat, och slutsatser eller rekommendationer som uttrycks i detta material inte nödvändigtvis återspeglar de av NSF eller USU. Vi vill tacka Sheree Benson för hennes vänliga diskussioner och rekommendationer för vår statistiska analys.

Författare bidrag i detta dokument är följande: Villanueva (Research design, datainsamling och analys, skrivande, redigering); Husman (forskningsdesign, datainsamling, skrivande, redigering); Christensen (datainsamling och analys, skrivning, redigering); Youmans (insamling och analys av data, skrivning och redigering); Khan (datainsamling och analys, skrivande, redigering); Vicioso (datainsamling och analys, redigering); Lampkins (datainsamling och redigering); Graham (datainsamling och redigering)

Materials

1.1 cu ft medical freezer Compact Compliance # bci2801863 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.
Camping Cooler Amazon (any size/type) Can be used to store salivary samples during data collection
E4 sensor Empatica Inc E4 Wristband Rev2 You can use any EDA sensor or company as long as it records EDA and accelerometry
EDA Explorer https://eda-explorer.media.mit.edu/ (open-source) Can be used to identify potential sources of noise that are not necessarily due to movement
Laptops Dell Latitude 3480 They can use any desktop or laptop
Ledalab http://www.ledalab.de/ (open-source) Can be used to separate tonic and phasic EDA signals after following filtration steps
MATLAB https://www.mathworks.com/products/matlab.html (version varies according to updates) To be used for Ledalab, EDA Explorer, and to create customized time-stamping programs.
Salivary Alpha Amylase Enzymatic Kit Salimetrics ‎# 1-1902 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
Salivary Cortisol ELISA Kit Salimetrics # ‎1-3002 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
Testing Divider (Privacy Shields) Amazon #60005 They can use any brand of testing shield as long as they cover the workspace
Web Camera Amazon Logitech c920 They can use any web camera as long as it is HD and 1080p or greater
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Riferimenti

  1. William, J. What is an emotion?. Mind. 9 (34), 188-205 (1884).
  2. Pekrun, R., Linnenbrink-Garcia, L., Pekrun, R., Linnenbrink-Garcia, L. Emotions in education: Conclusions and future directions. International handbook of emotions in education. , 659-675 (2014).
  3. Pekrun, R. The control-value theory of achievement emotions: Assumptions, corollaries, and implications for educational research and practice. Educational Psychology Review. 18 (4), 315-341 (2006).
  4. Pekrun, R., Perry, R. P. Control-value theory of achievement emotions. International Handbook of Emotions in Education. , 120-141 (2014).
  5. Pekrun, R., Stephens, E. J., Harris, K. R. Academic emotions. APA Educational Psychology Handbook. , 3-31 (2011).
  6. Bandura, A. . Self-efficacy: The exercise of control. , (1997).
  7. Bandura, A. . Social foundations of thought and action: A social cognitive theory. , (1986).
  8. Bandura, A., Pajares, F., Urdan, T. Guide for constructing self-efficacy scales. Self-efficacy beliefs of adolescents. , 307-337 (2006).
  9. Jarrell, A., Harley, J. M., Lajoie, S., Naismith, L. Success, failure and emotions: examining the relationship between performance feedback and emotions in diagnostic reasoning. Educational Technology Research and Development. 65 (5), 1263-1284 (2017).
  10. Pekrun, R., Bühner, M., Pekrun, R., Linnenbrink-Garcia, L. Self-report measures of academic emotions. International Handbook of Emotions in Education. , 561-566 (2014).
  11. Nett, U. E., Goetz, T., Hall, N. C. Coping with boredom in school: An experience sampling perspective. Contemporary Educational Psychology. 36 (1), 49-59 (2011).
  12. Azevedo, R. Defining and measuring engagement and learning in science: Conceptual, theoretical, methodological, and analytical issues. Educational Psychologist. 50 (1), 84-94 (2015).
  13. Spangler, G., Pekrun, R., Kramer, K., Hofman, H. Students’ emotions, physiological reactions, and coping in academic exams. Anxiety, Stress, & Coping. 15 (4), 413-432 (2002).
  14. Husman, J., Cheng, K. C., Puruhito, K., Fishman, E. J. Understanding engineering students stress and emotions during an introductory engineering course. American Society of Engineering Education. , (2015).
  15. Vedhara, K., Hyde, J., Gilchrist, I., Tytherleigh, M., Plummer, S. Acute stress, memory, attention and cortisol. Psychoneuroendocrinology. 25 (6), 535-549 (2000).
  16. Berenbaum, S. A., Moffat, S., Wisniewski, A., Resnick, S., de Haan, M., Johnson, M. H. Neuroendocrinology: Cognitive effects of sex hormones. The Cognitive Neuroscience of Development: Studies in Developmental Psychology. , 207-210 (2003).
  17. Lundberg, U., Frankenhaeuser, M. Pituitary-adrenal and sympathetic-adrenal correlates of distress and effort. Journal of Psychosomatic Research. 24 (3-4), 125-130 (1980).
  18. Nater, U. M., Rohleder, N. Salivary alpha-amylase as a non-invasive biomarker for the sympathetic nervous system: Current state of research. Psychoneuroendocrinology. 34 (4), 486-496 (2009).
  19. Denson, T., Spanovic, M., Miller, N., Cooper, H. Cognitive appraisals and emotions predict cortisol and immune responses: A meta-analysis of acute laboratory social stressors and emotion inductions. Psychological Bulletin. 135 (6), 823-853 (2009).
  20. Van Stegeren, A. H., Wolf, O. T., Kindt, M. Salivary alpha amylase and cortisol responses to different stress tasks: Impact of sex. International Journal of Psychophysiology. 69 (1), 33-40 (2008).
  21. Benedek, M., Kaernbach, C. A continuous measure of phasic electrodermal activity. Journal of Neuroscience Methods. 190 (1), 80-91 (2010).
  22. Boucsein, W., Backs, R. W., Backs, R. W., Boucsein, W. Engineering psychophysiology as a discipline: Historical and theoretical aspects. Engineering psychophysiology. Issues and applications. , 3-30 (2000).
  23. Boucsein, W., Backs, R. W., Duffy, V. G. The psychophysiology of emotion, arousal, and personality: Methods and models. Handbook of digital human modeling. , 35-38 (2009).
  24. Turpin, G., Shine, P., Lader, M. H. Ambulatory electrodermal monitoring: effects of ambient temperature, general activity, electrolyte media, and length of recording. Psychophysiology. 20, 219-224 (1983).
  25. Posada-Quintero, H. F., et al. Timevarying analysis of electrodermal activity during exercise. PLoS ONE. 13 (6), e0198328 (2018).
  26. Lobstein, T., Cort, J. The relationship between skin temperature and skin conductance activity: Indications of genetic and fitness determinants. Biological Psychology. 7, 139-143 (1978).
  27. Scholander, T. Some measures of electrodermal activity and their relationships as affected by varied temperatures. Journal of Psychosomatic Research. 7, 151-158 (1963).
  28. Schwerdtfeger, A. Predicting autonomic reactivity to public speaking: don’t get fixed on self-report data!. International Journal of Psychophysiology. 52 (3), 217-224 (2004).
  29. Braithwaite, J. J., Watson, D. G., Jones, R., Rowe, M. A guide for analysing electrodermal activity (EDA) & skin conductance responses (SCRs) for psychological experiments. Psychophysiology. 49 (1), 1017-1034 (2013).
  30. Villanueva, I., Valladares, M., Goodridge, W. Use of galvanic skin responses, salivary biomarkers, and self-reports to assess undergraduate student performance during a laboratory exam activity. Journal of Visualized Experiments. (108), e53255 (2016).
  31. Empatica, . E4 wristband from Empatica: User’s manual. Empatica. , 1-32 (2018).
  32. Salimetrics, . Collection methods: Passive drool using the saliva collection aid. Salimetrics Technical Summary. , 1-2 (2018).
  33. Salimetrics, . Collection methods: Passive drool using the saliva collection aid. Salimetrics Technical Summary. , 1-2 (2018).
  34. Salimetrics, . Expanded range high sensitivity salivary cortisol enzyme immunoassay kit. Salimetrics Technical Summary. , 1-21 (2016).
  35. Salimetrics, . Salivary α-amylase kinetic enzyme assay kit. Salimetrics Technical Summary. , 1-17 (2016).
  36. . Innovative Hormone Testing: Saliva Test Specifications, ZRT Laboratory Reports Available from: https://www.zrtlab.com/resources/ (2014)
  37. Call, B., Goodridge, W., Villanueva, I., Wan, N., Jordan, K. Utilizing electroencephalography measurements for comparison of task-specific neural efficiencies: spatial intelligence tasks. Journal of Visualized Experiments. (114), (2016).
  38. Ruel, E. E., Wagner, W. E., Gillespie, B. J. . The practice of survey research: theory and applications. , (2016).
  39. Barrett, P. Euclidean distance: raw, normalized, and double-spaced coefficients. The Technical Whitepaper Series. 6, 1-26 (2005).
  40. Groeneveld, R. A. Influence functions for the coefficient of variation, its inverse, and CV comparisons. Communications in Statistics- Theory and Methods. 40 (23), 4139-4150 (2011).
  41. Tronstad, C., Staal, O. M., Sælid, S., Martinsen, &. #. 2. 1. 6. ;. G. Model-based filtering for artifact and noise suppression with state estimation for electrodermal activity measurements in real time. 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 2750-2753 (2015).
  42. Routray, A., Pradhan, A. K., Rao, K. P. A novel Kalman filter for frequency estimation of distorted signals in power systems. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 51 (3), 469-479 (2002).
  43. Benedek, M., Kaernbach, C. A continuous measure of phasic electrodermal activity. Journal of Neuroscience Methods. 190, 80-91 (2010).
  44. Taylor, S., et al. Automatic Identification of Artifacts in Electrodermal Activity Data. 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 1934-1937 (2015).
  45. Andreasson, U., et al. A practical guide to immunoassay method validation. Frontiers in Neurology. 6 (179), 1-8 (2015).
  46. Adam, E. K., Kumari, M. Assessing salivary cortisol in large-scale, epidemiological research. Psychoneuroendocrinology. 34 (10), 1423-1436 (2009).
  47. Pruessner, J. C., Kirschbaum, C., Meinlschmid, G., Hellhammer, D. H. Two formulas for computation of the area under the curve represent measures of total hormone concentration versus time-dependent change. Psychoneuroendocrinology. 28 (7), 916-931 (2003).
  48. Girden, E. R. . ANOVA: Repeated measures. , (1992).
  49. Raudenbush, S. W., Bryk, A. S. . Hierarchical linear models: Applications and data analysis methods (Vol. 1). , (2002).
  50. Duncan, T. E., Duncan, S. C., Strycker, L. A. . An introduction to latent variable growth curve modeling: Concepts, issues, and application. , (2013).
  51. Mehta, P. D., West, S. G. Putting the individual back into individual growth curves. Psychological Methods. 5 (1), 23-43 (2000).
  52. Khan, M. T. H., Villanueva, I., Vicioso, P., Husman, J. Exploring relationships between electrodermal activity, skin temperature, and performance during engineering exams. , (Accepted).
  53. Christensen, D., Khan, M. T. H., Villanueva, I., Husman, J. Stretched Too Much? A Case Study of Engineering Exam-Related Predicted Performance, Electrodermal Activity, and Heart Rate. , (Accepted).

Tags

Cross-disciplinaryMulti-modalExperimental DesignNear-real-timeAuthentic ExperiencesBiometricsElectrodermal SensorsSalivary BiomarkersPhysiological AbnormalitiesEducational PsychologyCognitive ProcessesEmotionTime SynchronizationElectrodermal ActivityQuasi-experimental DesignVisual Demonstration
check_url/it/60037?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
Villanueva, I., Husman, J., Christensen, D., Youmans, K., Khan, M. T., Vicioso, P., Lampkins, S., Graham, M. C. A Cross-Disciplinary and Multi-Modal Experimental Design for Studying Near-Real-Time Authentic Examination Experiences. J. Vis. Exp. (151), e60037, doi:10.3791/60037 (2019).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image