JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

Yakın-Gerçek Zamanlı Otantik Sınav Deneyimlerini Incelemek Için Disiplinler arası ve Çok Modal Deneysel Tasarım

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

Öğrencilerin yüksek öğretim ortamlarında ve görevlerinde yaşadıkları duygusal gerçekleri değerlendirmek için bir sınav deneyiminin gerçek zamanlı etkilerini araştırmak için deneysel bir tasarım geliştirilmiştir. Bu tasarım disiplinler arası (örn. eğitim psikolojisi, biyoloji, fizyoloji, mühendislik) ve çoklu modal (örn. tükürük belirteçleri, etütler, elektrodermal sensör) yaklaşımının bir sonucudur.

Abstract

Son on yılda, öğrencilerin eğitim ortamlarında duygularını araştırma artmıştır. Araştırmacılar duygusal deneyimobjektif önlemlere dayanan daha fazla çalışma için çağrıda bulundular rağmen, çok modal veri kaynaklarının kullanımı nda sınırlamalar var. Sınıflarda duygu ve duygusal düzenleme çalışmaları geleneksel olarak anket araçlarına, deneyim örneklemeye, eserlere, röportajlara veya gözlemsel prosedürlere dayanır. Bu yöntemler, değerli olmakla birlikte, esas olarak katılımcı veya gözlemci öznelliğine bağlıdır ve öğrencilerin gerçek zamanlı performanslarının sınıf etkinliği veya göreviyle gerçek zamanlı ölçümü ile sınırlıdır. İkincisi, özellikle, objektif sınıfta duyguları ve diğer ilgili önlemleri ölçmek isteyen birçok bilim adamı için bir engel teşkil, gerçek zamanlı olarak.

Bu çalışmanın amacı, öğrencilerin özgün bir değerlendirme sırasında sınav deneyimlerine verdikleri gerçek zamanlı yanıtları deneysel olarak incelemek için bir protokol sunmaktır. Bunun için, eğitim psikologları, mühendisleri ve mühendislik eğitimi araştırmacılarından oluşan bir ekip, doğru fizyolojik sensör ölçümü, tükürük toplamanın en iyi uygulamaları ve otantik test ortamı. Özellikle, fizyolojik sensörlere dayanan mevcut çalışmalar, eğitim ortamlarından kopuk deneysel ortamlarda (örneğin, Trier Stres Testi), zamanında ayrılmış (örn. görevden önce veya sonra) veya analiz hatası naneden (örn. öğrencilerin hareket etme olasılığının yüksek olduğu ortamlarda sensörlerin kullanılması). Bu, öğrencilerin sınıf etkinliklerine ve görevlerine gerçek zamanlı yanıtlarını anlamamızı sınırlar. Ayrıca, son araştırmalar işe alım, çoğaltma, geçerlilik, kurulumlar, veri temizleme, ön analiz ve belirli koşullar (örneğin, deneysel bir değişken ekleyerek konuları ele alınması gereken daha fazla dikkate çağrısında bulundu tasarım) çok modal yaklaşımlara dayanan akademik duygular araştırmalarında.

Introduction

Psikologlar uzun davranışlarını açıklığa kavuşturuşunda insanların duygularının önemini anlamış 1. Eğitim çalışması kapsamında, Akademik Başarı Duyguları (AEE) duygu araştırma2odağı haline gelmiştir. AAE kullanan araştırmacılar, öğrencilerin kendilerini içinde buldukları durumsal bağlamların öğrencilerin duygularını incelerken göz önünde bulundurulması gereken önemli olduğunu savunuyorlar. Öğrenciler, duygusal, fizyolojik, motivasyonel ve bilişsel bileşenler de dahil olmak üzere çok bileşenli süreçleri içeren testle ilgili, sınıfla ilgili veya öğrenmeyle ilgili duygular yaşayabilirler. AEE iki şekilde ifade edilir: değerlik (pozitif / negatif) ve aktivasyon (odaklı / odaklanmamış enerji). Zevk gibi olumlu etkinleştirme duyguları, metabilişsellik gibi yansıtıcı süreçleri artırabilir, gurur gibi olumlu devre dışı layıcı duygular ise bilişsel işlemenin düşük seviyelerine neden olabilir. Öfke ve anksiyete gibi olumsuz aktive edici duygular nişan kıvılcım olabilir, umutsuzluk gibi olumsuz devre dışı bırakma duyguları motivasyon uğruyor3,4,5. Akademik duygular nasıl öğrenmek, algılamak, karar, yanıt ve sorun çözmekkatkıda 2. Akademik duyguları düzenlemek için, bireyin kendimotivasyonu,davranışı ve sosyal çevre üzerinde kontrol istihdam yeteneğine olan güven ilerler , 6 , 7 , 8 , kendi kendine yeterlilik (SE)6,7,8sahip olmalıdır 6. Kendi kendine yeterlilik ve akademik duygular birbiriyle ilişkilidir, burada daha düşük öz-etkinlik olumsuz devre dışı layıcı duygulara (örneğin, kaygı, öfke, can sıkıntısı) bağlıdır ve daha yüksek öz-etkinlik olumlu aktive edici duygulara bağlıdır (örn. mutluluk, umut, heyecan)6,7,8. SE de güçlü performans 6bağlıolduğuna inanılmaktadır6,7,8.

Sınıf duygularını inceleyen araştırmalar kendi raporlarına, gözlemlerine, röportajlara ve eserlere (örn. sınavlar,projeler)9,10. Bu yöntemler öğrencilerin sınıf deneyimleri hakkında zengin bağlamsal bilgiler sağlasa da, önemli sınırlamaları vardır. Örneğin, görüşmeler, gözlemler ve kendi kendine raporlar bireylerin içgözlemlerine dayanır10. Diğer yöntemler, akademik duyguları önceki araştırmacılardan daha yakın bir şekilde incelemeye çalışmıştır, örneğin araştırmacıların öğrencilerden11. Bu araştırma öğrencilerin duygularını daha doğru bir şekilde rapor etmemize olanak sunsa da, bu çalışma kendi kendine rapor etme yöntemlerine dayanır ve öğrencilerin deneyim anketini ele almak için sınavdaki çalışmalarını duraklatmaları gerektiğinden, gerçek zamanlı raporlamaya izin vermez.

Son zamanlarda, araştırmacılar duygu biyolojik veya fizyolojik önlemler in kullanımı yoluyla kendi kendine rapor önlemleri ile ilgili endişeleri ele almaya başladı9, bu anketler, gözlemler gibi diğer araçlar veya teknikler ile birlikte, gözlemler, ya da görüşmeler, eğitim ve psikolojik araştırmalar için çok modal bir veri toplama biçiminden oluşur12. Örneğin, tükürük biyobelirteçleri de dahil olmak üzere biyolojik teknikler, biyolojik süreçlerin biliş, duygu, öğrenme ve performans 13,14,15üzerindeki rolünü anlamak için kullanılmaktadır. Bilişsel süreçler için, androjenler (örneğin, testosteron) yetişkin ve çocuklarda farklı mekansal tanıma desenleri ile bağlantılı olmuştur16,17 oysa hipotalamik-hipofiz-adrenokortikal hormonlar (örneğin, kortizol) ve adrenerjik hormonlar (örneğin, tükürük α-amilaz veya sAA) bireyler arasında stres yanıt ile bağlantılıdır18,19,20.

Elektrodermal aktivite (EDA) otonom sinir sisteminin aktivasyonu fizyolojik bir ölçü temsil eder (ANS) ve sistemin artan aktivasyon ile bağlantılıdır, bilişsel yük, ya da yoğun duygusal tepkiler21,22 ,23. Muayene faaliyetlerinde, EDA fiziksel hareketlilik etkilenir21,22, vücut ve ortam sıcaklıkları24,25,26,27, ve sözelleştirme düşünceler28, yanı sıra duyarlılık ve cilde analog-dijital elektrotların bağlantı derecesi29.

Bu EDA kullanarak sınırlamalar olabilir rağmen, bu teknik hala yakın-gerçek zamanlı incelemeler sırasında ne olur değerli bir fikir sağlayabilir ve AEE keşfetmek için umut verici bir araç olarak hizmet verebilir ve ölçüde, kendi kendine etkinliği. Sonuç olarak, öğrencilerin AEE doğru bir resim anket yöntemleri nin bir kombinasyonu ile elde edilebilir, duygu değerliliğini belirlemek için, ve fizyolojik ve biyolojik veri, bu duyguaktivasyon ölçmek için. Bu makale, sınav faaliyetleri30 ile ilgili bir önceki yayınüzerine kuruludur ve bu çalışmanın kapsamını bir inceleme senaryosunda çoklu modal yaklaşımları (deneyim örnekleme anketleri, EDA sensörleri ve tükürük biyobelirteçleri kullanarak) içerecek şekilde genişletir. Aşağıda açıklanan protokolün, tek bir deneysel ayar içinde aynı anda birden fazla katılımcı verisinin toplanmasına olanak sağladığını belirtmek gerekir.

Protocol

Prosedürler, Utah Eyalet Üniversitesi’nde insan denekleri ve bu yapılarla ilgili çalışmalar için yapılan genel bir inceleme kapsamında Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) tarafından onaylanmıştır. Tipik sonuçlar, her biri biraz farklı bir deneysel kuruluma sahip, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki batılı bir yüksek öğrenim kurumunda bir mühendislik statik dersinin iki dönemini içerir. İçeriği gerçek sınavlara paralel olan uygulama sınavları, kurs öğretmeni tarafından geliştirilmiş ve çalı…

Representative Results

Bu çalışmada, lisans mühendisliği öğrencilerinin uygulama sınavına girerken kendi kendine yeterlilik, performans ve fizyolojik (EDA sensörleri) ve biyolojik (sAA ve kortizol) tepkilerinin etkilerini incelemek le ilgilendik. Gösterilen veriler örneklerin temsili bir alt kümesidir: (a) anketleri ve elektrodermal sensörleri (deney tasarımı A) ve (b) tükürük biyomarker verileriyle birlikte aynı sınavı içeren bir örnek kümesidir (deney tasarımı B). Bu çalışmada du…

Discussion

Fizyolojik önlemler birçok otantik öğrenme bağlamında kullanılmış olsa da, mevcut teknolojinin sınırlarını dikkate alan bir çalışma ortamı tasarlamak çok önemlidir. Tasarımımız otantik bir test ortamına olan ihtiyacı dengeler ve teknolojiyi karşılar. Katılımcı hareketini rahatça sınırlamak, istenmeyen kesintileri azaltmak ve katılımcıların test yanıtlarını zaman damgası ile damgalama protokolün tüm kritik adımlarıdır.

Elektrodermal sensör cihazlar?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu materyal kısmen Ulusal Bilim Vakfı (NSF) No tarafından desteklenen çalışmalara dayanmaktadır. EED-1661100 yanı sıra Darcie Christensen (No. 120214) verilen bir NSF GRFP hibe. Bu materyalde ifade edilen herhangi bir görüş, bulgu ve sonuç veya öneri, NSF veya USU’nun görüşlerini yansıtmamaktadır. Sheree Benson’a istatistiksel analizimiz için nazik tartışmaları ve tavsiyeleri için teşekkür etmek istiyoruz.

Bu yazıda yazar katkıları şunlardır: Villanueva (araştırma tasarımı, veri toplama ve analiz, yazma, düzenleme); Husman (araştırma tasarımı, veri toplama, yazma, düzenleme); Christensen (veri toplama ve analiz, yazma, düzenleme); Youmans (veri toplama ve analiz, yazma ve düzenleme); Khan (veri toplama ve analiz, yazma, düzenleme); Vicioso (veri toplama ve analiz, düzenleme); Lampkins (veri toplama ve düzenleme); Graham (veri toplama ve düzenleme)

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

References

  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/60037?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image