Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro Emotion vs cognition in e-learning process

166 Pages·2015·9.59 MB·English

Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Emotion vs cognition in e-learning process
The role of affective computing

Tese de Doutoramento em Informática

Ana Raquel Silva Faria
Sob orientação da Professora Doutora Ana Almeida
Sob co-orientação do Professor Doutor Ramiro Gonçalves

Vila Real, Maio de 2015
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Tese apresentada por Ana Raquel Silva
Faria à Universidade de Trás-os-Montes e Alto

Douro para cumprimento dos requisitos

necessários à obtenção do grau de Doutor em

Informática, sob a orientação do Prof. Doutora

Ana Almeida e co-orientação do Prof. Doutor
Ramiro Gonçalves

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Este trabalho foi escrito ao abrigo do novo Acordo Ortográfico
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Ag
Agradecimentos

Há um conjunto de pessoas que, direta ou indiretamente contribuíram para a
elaboração desta tese de doutoramento, a quem gostaria de expressar a minha gratidão.
Em primeiro lugar, gostaria de agradecer, aos meus orientadores, Professora Doutora
Ana Almeida e Professor Doutor Ramiro Gonçalves a sua orientação e paciência durante
todo o curso deste trabalho. Também incluo o Professor Doutor Constantino Martins pela
sua valiosa contribuição.
Agradeço ao Departamento de Engenharia Informática do Instituto Superior de
Engenharia do Porto que me possibilitou a execução dos testes do decorrer deste trabalho
bem como o suporte técnico dado pelo grupo de técnicos deste departamento. Dentro deste
departamento, a todos os seus docentes, que de uma forma ou de outra me incentivaram e
ajudaram a terminar este trabalho.
Agradeço também à Professora Doutora Cristina Lobo pela sua ajuda na área de
psicologia e estatística.
Os meus últimos agradecimentos vão para a minha família, especialmente a minha
irmã, Ana Paula Silva Faria e para o meu namorado, o Engenheiro Ricardo Rodrigues pela sua
ajuda, apoio e compreensão, sem os quais este trabalho não seria possível.

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vi
Re
Resumo
As emoções desempenham um importante papel no processo de aquisição e
processamento de informação de um indivíduo, pelo que inevitavelmente afetam o seu
processo de aprendizagem. Algumas emoções podem ter um efeito positivo, enquanto
outras interferem negativamente neste processo. Assim, entender as emoções e o seu efeito
sobre a cognição no processo de aprendizagem é um tema atual e muito relevante.
Num contexto de aprendizagem tradicional o professor atua como um intermediário
entre o aluno e o seu curso de aprendizagem, ele percebe o estado de espirito dos alunos e
tenta adaptar o processo de ensino ao seu comportamento e às suas necessidades. Num
ambiente de aprendizagem online este papel não existe em tempo real. Assume-se como
solução possível para este problema, a introdução de mecanismos que permitam a detecção
do estado emocional e a interferência no decurso do processo quando o aluno requer ajuda
ou motivação para prosseguir a sua aprendizagem com sucesso. Os alunos, enquanto
indivíduos, diferem nas características étnicas, no seu desenvolvimento social, intelectual,
físico, psicológico e emocional. Além disso, divergem no que respeita à taxa de
aprendizagem, objetivos e motivação, o que torna o seu comportamento enquanto alunos,
bastante imprevisível.
Neste trabalho suportados na metodologia Design Science Research, propomos uma
nova arquitetura para o desenvolvimento de plataformas de aprendizagem. Esta arquitetura
permite a detecção do estado emocional do aluno num ambiente de aprendizagem online
através da introdução de técnicas de Affective Computing que podem capturar o estado
emocional do aluno e assim, permitir adaptar o processo de aprendizagem às suas
características e necessidades.
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A arquitetura desenvolvida, assume que não é apenas a emoção a única variável a
considerar numa plataforma de aprendizagem online. A personalidade e o estilo de
aprendizagem são fatores de distinção no que respeita à caracterização do aluno, sendo
independentes do domínio. Esta arquitetura foi testada por um grupo de estudantes do
ensino superior. Os resultados obtidos permitem concluir que a mesma pode suportar e
melhorar os resultados de aprendizagem dos alunos.

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Ab
Abstract
Emotion plays an important role in knowledge acquisition and processing of an
individual. Thus it is assumed that emotions affect the way people learn and that some
emotions can help or hinder the learning process. So, the importance of understanding
affects and its effect on cognition and it’s in the learning process.
In a traditional learning context the teacher serves as a facilitator between the student
and his learning course, he easily perceives the student state of mind and adjusts the
teaching process to the student’s needs and behaviour. In an online learning environment
this real time role does not exist. A possible solution to this problem can be the addition of
mechanisms that enable computers to detect and interfere when the student requires help
or motivation to proceed with success. Hence, the proposal of a new architecture that
applied to learning platforms will try to near the gap between the students and online
learning platforms in respect to emotion influence.
This architecture will assess the emotional state of the student in an online learning
environment by introducing techniques of Affective Computing that can capture the student
emotional state and based on that, adapt the course to the characteristics and needs of the
student in order to get an improvement in the learning results. Students, as individuals,
differ in their social, intellectual, physical, psychological, emotional, and ethnic
characteristics. Also, differ in their learning rates, objectives and motivation turning, their
behaviour rather unpredictable. Added to emotion, and in order to obtain an effective
architecture for online learning, student’s personality and learning style are also considered.
The architecture developed was tested by a group of students of higher education in
Oporto. The results indicated that the architecture created used can support and improve
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the student’s results, verifying that a negative emotional state could influence the learning
process.

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