Personalized and adaptive learning: educational practice and technological impact

Education Technology advances many aspects of learning. More and more learning is taking place online. Learners’ learning behaviors, style, and performance can be easily profiled through learning analytics which collects their online learning footage. It enables and encourages educational research, learning software application development, and online education practices towards personalized and adaptive learning. As we continue to see personalized and adaptive learning progress, we must also pay attention to the negative impacts that feed into our research. In this paper, we will present our introspection of personalized and adaptive learning and argue that it is the social and moral responsibility of educators and institutions to apply personalized and adaptive learning wisely in their education practice. Educators and institutions should also recognize the realistic diversities of individual students’ learning styles and variable learning progress, contextually dependent learning accessibility, and their correspondent support needs for the fine-grained learning activities. We argue that the strategically balanced practices and innovated learning technology are crucial towards an optimized learning experience for the learners. A Tecnologia da Educação avança muitos aspectos da aprendizagem. Cada vez mais aprendizagem está ater lugar online. Os comportamentos de aprendizagem, estilo e desempenho dos aprendentes podem serfacilmente perfilados através de análises de aprendizagem que recolhem as suas filmagens de aprendizagemon-line. Permite e encoraja a investigação educacional, o desenvolvimento de aplicações de software deaprendizagem, e práticas de educação em linha para uma aprendizagem personalizada e adaptativa. À medidaque continuamos a ver progressos na aprendizagem personalizada e adaptativa, devemos também prestaratenção aos impactos negativos que alimentam a nossa investigação. Neste documento, apresentaremos anossa introspecção de aprendizagem personalizada e adaptativa e argumentaremos que é da responsabilidade social e moral dos educadores e instituições aplicar sabiamente a aprendizagem personalizada e adaptativa nasua prática educativa. Os educadores e as instituições devem também reconhecer as diversidades realistas dosestilos de aprendizagem dos estudantes individuais e o progresso variável da aprendizagem, a acessibilidade àaprendizagem contextualmente dependente, e as suas necessidades de apoio correspondente para as actividadesde aprendizagem de grão fino. Argumentamos que as práticas estrategicamente equilibradas e a tecnologiade aprendizagem inovadora são cruciais para uma experiência de aprendizagem optimizada para os alunos

AUGMENTED-LIFE PHONE ORGANIZER

Augmented-Life Phone Organizer (ALPO) is a geo-based mobile application for users to search for businesses and make corresponding actions such as calling, navigating, or viewing comments about the business. Users can take image notes and attach them to a virtual wall, so others can view the image at the same GPS coordinates later. Users can also view all business images and augmented notes superimposed on the real world through a mobile device screen and camera. We have measured application usability and feature practicality by conducting function tests on three users, and the results are encouraging

Diseñador de espacios 3D con realidad aumentada, realidad virtual y edición online del entorno

El objetivo de este Trabajo Fin de Máster es desarrollar e implementar un sistema capaz de diseñar espacios tridimensionales de forma intuitiva y funcional, añadiendo para ello el uso de tecnologías como la Realidad Aumentada (RA) y la Realidad Virtual (RV). Para ello, se han evaluado distintas tecnologías para seleccionar las idóneas y realizar la integración de ellas de la forma más eficaz posible, consiguiendo así un sistema más robusto, funcional y fácil de usar. Además, se ha incorporado un filtrado personalizado en la representación de objetos virtuales. El lenguaje base de programación empleado para su desarrollo ha sido C++. La parte de captura de imágenes en movimiento se llevará a cabo con OpenCV, mientras que el reconocimiento de marcadores correrá por parte de la librería Alvar. Para la parte de representación de gráficos por ordenador se utilizará OpenSceneGraph. Por último, a la hora de acercar todas éstas tecnologías al usuario, se empleará Qt para crear una interfaz gráfica de usuario sencilla y fácil de usar. Todas estas soluciones permiten su utilización de forma gratuita y se adaptan correctamente a las necesidades del sistema.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería TelemáticaMáster en Investigación en Tecnologías de la Información y las Comunicacione

Evaluación de aplicaciones educativas de AR con estudiantes adultos

There is a growing interest in the educational applications of Augmented Reality (AR). While most applications of these technologies have been examined in the context of children education, our knowledge about their usefulness in adult education is deficient and particularly more in the category of Location-Based Augmented Reality (LBMAR) games, so the aim of this thesis is to examine the opinions of adult learners (young, middle-aged and elderly) about one particular LBMAR game, the “Ingress”. The main problems addressed by this research comprise questions relating to the usefulness of some key technological components of AR in education (secondarily) and to aspects of training adults by using AR (primarily). As concerns the technological aspects, i.e. "which one of the three types of AR (marker-based, markerless, location-based) is more often associated with naturalistic approaches and what are their relative advantages?”, this research showed that naturalistic approaches applied to marker-based AR enhance active participation in virtual environments, motivate learners, promote personal involvement in conquering new information, offer different perspectives of the content and arouse interest for knowledge. In the case of markerless AR, naturalistic designs foster participants’ collaboration in games, enhance interactivity, offer panoramic views, visualization, and the possibility to examine the role of visual controls. Moreover, naturalistic approaches applied to location-based AR are suitable for designing multidisciplinary applications, can be used for training and have the possibility to be designed so as to account for locality and context. The fact that, as appears from the peer-reviewed literature that was examined, the location-based AR technologies are more appropriate for education and for smartphones, hints that a deeper examination of their potential usefulness for education (and for adult education in particular) might be interesting. As concerns the educational aspects, which also constitute the main focus of the thesis, these focus on the exploration of the usefulness of the LBMAR game “Ingress” in adult education, by answering two intertwined questions: a) how to assess opinions of adult learners about the LBMAR game “Ingress”? and b) what do adult learners think about this game and how do they perceive its features? Providing answers to these questions is tantamount to receiving adequate results from quantitative and qualitative empirical research which would be designed so as to explore their opinions, views and attitudes with respect to this LBMAR game. Hence, 45 adult persons from Greece, aged 20 to 62,cooperated as subjects of this research. They followed a short introductory informal training (on AR, VR, MAR and the games that are relevant to these technologies) by the researcher of this thesis and were subsequently given the instructions of how to use “Ingress” on a smartphone. The quantitative research was carried out before and after training and all trainees participated by filling 31 Likert-type closed questions before and after training. The qualitative research was based on the analysis of their responses to two different sets of open-ended questions. The first set consisted in 5 such questions to which answered 24 participants and the second set had 2 broader questions to which responded 36 participants. This research showed the advantages for adult education of integrating the ARCS model into the learning phase of an LBMAR game. Specifically, it was shown that using Keller’s widely known “ARCS model” (Attention – Relevance – Confidence - Satisfaction) enabled the classification of users’ responses with respect to their interaction with the game and is therefore useful in evaluating adult education with LBMAR games. The players’ responses did not change linearly with their age and the training has had different impact on each age group of learners. Also, statistical analyses proved that training increased the scores of the factors of ARCS model. Other results of this research showed that those over 36 years old focused more on the facts that the play of “Ingress” is primarily a geographical game and its scenario reflects interesting discussions about the evolution of humanity. Participants in the age groups 20–35 and >52 agreed that the game does not have idle phases, that it combines excitement with insecurity, and that it is pleasant to play locally a game of planetary proportions.Another age-related observation concerned the answers to the question (“How do you feel when you endow the geographical space with personal preferences?”) between age groups with age groups agreeing in pairs: the first two age groups (20–30) and (30–40) agreed more than with the last two (40–50) and (50–60). Yet, in question “Do you think that the game offers opportunities for learning and teaching geography, building on your previous geographical knowledge?” , there was an overlap in the responses of participants among age groups. As for the first question, the most critical concept was: “the users feel a kind of nostalgia”, followed by the concept “the users consider portals as personal creations”. In the case of the second question, the most critical concept was that the participants believe that the game offers entirely new opportunities for education in geography, compared with their previous experiences. This fosters an evidence of constructivist approaches to adult education and, also, relevance of some other prominent theories of adult education such as humanism. Methodologically, this research it was shown that content analysis is a valuable method for exploring opinions and attitudes of adult users towards MAR games and Jaccard indices can be used to quantitatively explore themes emerging from content analysis. Content analysis was performed on the users’ responses qualitatively in order to identify characteristic sentences expressing attitudes and opinions. For the quantitative assessment of similarities between responses for each question and subconcept, the Jaccard similarity index was calculated pair-wise for every pair of participants. In addition to the Jaccard indices and furthering the scope of new methods for content analysis, this thesis shows how to use Social Network Analysis (SNA) to model concept maps, thus opening up excellent opportunities to create visualizations of concepts and their inter-relationships. Quantitative aspects of SNA analysis (i.e. by using radial centrality and information centrality) provide mechanisms suitable to measure internal relationships in concept maps (in addition to visual inspection) that would not otherwise be visible. Using SNA enabled the classification of users’ responses with respect to their interaction with the game and therefore was a fruitful approach for education that involves MAR games. Furthermore, with this novelty, it is shown how texts derived from interviews or from responses to open questions by different individuals can be analyzed both qualitatively and quantitatively with SNA. Concluding, this research has produced novelties at both the educational and the methodological levels. As concerns adult education, it was shown that i) LBMAR games are suitable for it, ii) adult education about them can be enhanced by following Keller’s ARCS model, iii) perception and satisfaction of adult learners depends on age, and iv) certain theories of adult education (i.e. constructivism and humanism) can be relevant when adult learners use LBMAR games such as “Ingress”. As concerns methods of educational research, this research suggested entirely new methods, for first time ever, for analyzing data that are derived from trainees' responses to open questions. These new methods are content analysis of the participants’ responses with the use of Jaccard indices and methods of SNA and can have a wider applicability to educational research.Existe un creciente interés por las aplicaciones educativas de la Realidad Aumentada (RA). Mientras que la mayoría de las aplicaciones de estas tecnologías se han examinado en el contexto de la educación infantil, nuestro conocimiento sobre su utilidad en la educación de adultos es deficiente y, en particular, más en la categoría de juegos de Realidad Aumentada Basada en la Localización (LBMAR), por lo que el objetivo de esta tesis es examinar las opiniones de los estudiantes adultos (jóvenes, de mediana edad y mayores) sobre un juego LBMAR, el "Ingress". Los principales problemas que aborda esta investigación comprenden cuestiones relacionadas con la utilidad de algunos componentes tecnológicos de la RA en la educación (secundariamente) y con aspectos de la formación de adultos mediante el uso de la RA (principalmente). En cuanto a los aspectos tecnológicos, es decir "¿cuál de los tres tipos de RA (basada en marcadores, sin marcadores, basada en la localización) se asocia más a los enfoques naturalistas y cuáles son sus ventajas relativas?", esta investigación demostró que los enfoques naturalistas aplicados a la RA basada en marcadores potencian la participación activa en entornos virtuales, motivan a los alumnos, promueven la implicación personal en la conquista de nueva información, ofrecen diferentes perspectivas del contenido y despiertan el interés por el conocimiento. En el caso de la RA sin marcadores, los diseños naturalistas fomentan la colaboración de los participantes en los juegos, mejoran la interactividad, ofrecen vistas panorámicas, visualización y la posibilidad de examinar los controles visuales. Además, los enfoques naturalistas aplicados a la RA basada en la localización son adecuados para el diseño de aplicaciones multidisciplinares, pueden utilizarse para la formación y tienen la posibilidad de diseñarse teniendo en cuenta la localidad y el contexto. El hecho de que, como se desprende de la literatura revisada por pares que se examinó, las tecnologías de RA basadas en la localización son más apropiadas para la educación y para los teléfonos smartphones, sugiere que podría ser interesante un examen más profundo de su utilidad potencial para la educación (y para la educación de adultos en particular). En cuanto a los aspectos educativos, que también constituyen el foco principal de la tesis, éstos se centran en la exploración de la utilidad del juego LBMAR "Ingress" en la educación de adultos, respondiendo a dos preguntas entrelazadas: a) ¿cómo evaluar las opiniones de los alumnos adultos sobre el juego LBMAR "Ingress"? y b) ¿qué piensan los alumnos adultos sobre este juego y cómo perciben sus características? Dar respuesta a estas preguntas equivale a recibir resultados adecuados de una investigación empírica, cuantitativa y cualitativa, que se diseñaría para explorar sus opiniones, puntos de vista y actitudes con respecto a este juego LBMAR. Por lo tanto, 45 personas adultas de Grecia, con edades entre 20 y 62 años, colaboraron como sujetos de esta investigación. Siguieron una breve formación informal introductoria por parte del investigador de esta tesis (sobre RA, realidad virtual, RA móvil, y sobre los juegos relacionados con estas tecnologías) y posteriormente se les dieron las instrucciones de cómo utilizar "Ingress" en un smartphone. La investigación cuantitativa se llevó a cabo antes y después de la formación y todos los alumnos participaron respondiendo a 31 preguntas cerradas del tipo Likert antes y después de la formación. La investigación cualitativa se basó en el análisis de sus respuestas a dos conjuntos diferentes de preguntas abiertas. El primer conjunto constaba de 5 preguntas de este tipo (a las que respondieron 24 participantes) y el segundo conjunto tenía 2 preguntas más amplias, a las que respondieron 36 participantes. La investigación cuantitativa mostró las ventajas para la educación de adultos de integrar el modelo ARCS en la fase de aprendizaje de un juego LBMAR. En concreto, se demostró que la utilización del conocido "modelo ARCS" de Keller (Atención - Relevancia - Confianza - Satisfacción) permitió clasificar las respuestas de los usuarios con respecto a sus interacciones con el juego y, también, es útil para evaluar la educación de adultos con juegos LBMAR. Las respuestas de los jugadores no cambiaron linealmente con su edad y el entrenamiento ha tenido un impacto diferente en cada grupo de edad de los alumnos. Además, los análisis estadísticos demostraron que el entrenamiento aumentó las puntuaciones de los factores del modelo ARCS. Otros resultados de esta investigación mostraron que los mayores de 36 años se centraron más en el hecho de que el juego "Ingress" es principalmente un juego geográfico y su escenario refleja interesantes debates sobre la evolución de la humanidad. Las opiniones de los participantes de los grupos de edad de 20-35 y >52 coincidieron en que el juego no tiene fases ociosas, que combina la emoción con la inseguridad y que es agradable jugar a nivel local a un juego de proporciones planetarias. Otra observación relacionada con la edad se refería a las respuestas a la pregunta ("¿Cómo te sientes cuando dotas al espacio geográfico de preferencias personales?") entre grupos de edad que coincidían: los dos primeros grupos de edad (20-30) y (30-40) estaban más de acuerdo que los dos últimos (40-50) y (50-60). Sin embargo, en la pregunta "¿Crees que el juego ofrece oportunidades para aprender y enseñar geografía, aprovechando tus conocimientos geográficos previos?" hubo un solapamiento en las respuestas de los participantes entre los grupos de edad. En cuanto a la primera pregunta, el concepto más crítico fue: "los usuarios sienten una especie de nostalgia", seguido del concepto "los usuarios consideran los portales como creaciones personales". En el caso de la segunda pregunta, el concepto más crítico fue que los participantes creen que el juego ofrece oportunidades totalmente nuevas para la educación en geografía en comparación con sus experiencias anteriores. Esto fomenta una evidencia de los enfoques constructivistas de la educación de adultos y, también, la relevancia de algunas otras teorías prominentes de la educación de adultos, como el humanismo. Metodológicamente, esta investigación demostró también que el análisis de contenido es un método valioso para explorar las opiniones y actitudes de los usuarios adultos hacia los juegos MAR y los índices de Jaccard pueden utilizarse para explorar cuantitativamente los temas que surgen del análisis de contenido. El análisis de contenido se realizó sobre las respuestas de los usuarios de forma cualitativa para identificar las frases características que expresan actitudes y opiniones. Para la evaluación cuantitativa de las similitudes entre las respuestas de cada pregunta y subconcepto, se calculó el índice de similitud de Jaccard por parejas para cada par de participantes. Además de los índices de Jaccard y de ampliar el alcance de los nuevos métodos de análisis de contenido, esta tesis muestra cómo utilizar el Análisis de Redes Sociales (Social Networks Analysis - SNA) para modelar los mapas conceptuales, abriendo así excelentes oportunidades para crear visualizaciones de los conceptos y sus interrelaciones. Los aspectos cuantitativos del análisis SNA (es decir mediante el uso de la centralidad radial y la centralidad de la información) proporcionan mecanismos adecuados para medir las relaciones internas en los mapas conceptuales (además de la inspección visual) que de otro modo no serían visibles. El uso del SNA permitió la clasificación de las respuestas de los usuarios con respecto a su interacción con el juego y, por lo tanto, fue un enfoque fructífero para la educación que involucra los juegos MAR. Además, con esta novedad, se muestra cómo los textos derivados de las entrevistas o de las respuestas a las preguntas abiertas de diferentes individuos pueden ser analizados tanto cualitativamente como cuantitativamente usando SNA. En conclusión, esta investigación ha aportado novedades, tanto a nivel educativo como metodológico. En lo que respecta a la educación de adultos, se ha demostrado que i) los juegos LBMAR son adecuados para ella, ii) la educación de adultos sobre ellos puede mejorarse siguiendo el modelo ARCS de Keller, iii) la percepción y la satisfacción de los alumnos adultos depende de la edad, y iv) ciertas teorías de la educación de adultos (es decir, el constructivismo y el humanismo) pueden ser relevantes cuando los alumnos adultos utilizan juegos LBMAR como "Ingress". En cuanto a los métodos de investigación educativa, esta investigación sugirió métodos totalmente nuevos para analizar los datos que se derivan de las respuestas de los alumnos a las preguntas abiertas. Estos nuevos métodos son el análisis de contenido de las respuestas de los participantes con el uso de los índices de Jaccard y los métodos de SNA y pueden tener una aplicabilidad más amplia a la investigación educativa

Realidade aumentada móvel aplicada na navegação indoor para cadeirantes

Physical deficiency is an obstacle to the afflicted individual, as they are deprived from realizing routine activities, without the help of others. For many, the use of wheelchairs is fundamental to providing mobility and social inclusion. However, these individuals still come up against a series of challenges in order to improve their life quality. Among the many difficulties, one in particular is highlighted: navigation in indoor environments buildings, such as localizing the shortest and best route for arriving at a desired destination. In the context of the Information Society, the use of pervasive computation and intelligent environments have application potential in supporting navigation assisted by mobile devices. In this scenario, it is noted that there exist a sparse quantity of applications capable of attending to the special needs of wheelchair users. Therefore, this study considers the hypothesis that other technologies, such as Mobile Augmented Reality (AR), possess the potential to facilitate the navigation of wheelchair users in indoor environments. In light of the above, the main motive behind this research study is to investigate computational techniques that support the use of indoor navigation based on Mobile AR, especially those which possess total control over their upper limbs. In order to achieve such, this work study proposes an architecture to support the development of these applications. Experiments were performed with wheelchair user volunteers. These interacted with an application via touch or voice commands in order to navigate within a test environment. This environment proposes the use of navigation arrows through use of AR. The features implemented onto the proposed architecture were capable of providing significant benefits for indoor navigation. Especially, when compared to traditional techniques.Tese (Doutorado)A deficiência física é um obstáculo aos portadores, uma vez que os mesmos são privados de realizar atividades rotineiras, sem auxílio de outros. Para muitos, o uso de cadeiras de rodas é fundamental para proporcionar mobilidade e inclusão social. No entanto, cadeirantes ainda enfrentam uma série de desafios para melhorar sua qualidade de vida. Entre as muitas dificuldades, uma em especial se destaca: a navegação em ambientes internos (indoor) de edificações, tais como a localização do menor e melhor caminho para chegar ao seu destino final. No contexto da Sociedade da Informação, o uso de computação pervasiva e de ambientes inteligentes tem potencial de aplicação no apoio à navegação suportada por dispositivos móveis. Neste cenário, observa-se parca quantidade de aplicações capazes de atender as necessidades especiais de cadeirantes. Portanto, este trabalho considera a hipótese de que outras tecnologias como a Realidade Aumentada (RA) Móvel, possui potencial para facilitar a navegação de cadeirantes em ambientes fechados. Diante disso, a motivação principal desta pesquisa é investigar técnicas computacionais que suportem o uso da navegação indoor de cadeirantes, baseada na RA Móvel, especialmente os que possuem total controle dos membros superiores. Para tanto, este trabalho propõe uma arquitetura para suportar o desenvolvimento destas aplicações. Experimentos foram realizados com voluntários cadeirantes. Estes interagiram com a aplicação por meio de comandos de toque ou de voz, para navegar dentro de um ambiente de teste. Este ambiente propõe o uso de setas de navegação com o uso de RA. As características implementadas na arquitetura proposta foram capazes de proporcionar benefícios significativos para navegação indoor de cadeirantes. Principalmente, quando comparado com técnicas tradicionais. Palavras-chave: realidade aumentada móvel, navegação indoor, cadeirantes

User-oriented markerless augmented reality framework based on 3D reconstruction and loop closure detection

An augmented reality (AR) system needs to track the user-view to perform an accurate augmentation registration. The present research proposes a conceptual marker-less, natural feature-based AR framework system, the process for which is divided into two stages - an offline database training session for the application developers, and an online AR tracking and display session for the final users. In the offline session, two types of 3D reconstruction application, RGBD-SLAM and SfM are integrated into the development framework for building the reference template of a target environment. The performance and applicable conditions of these two methods are presented in the present thesis, and the application developers can choose which method to apply for their developmental demands. A general developmental user interface is provided to the developer for interaction, including a simple GUI tool for augmentation configuration. The present proposal also applies a Bag of Words strategy to enable a rapid "loop-closure detection" in the online session, for efficiently querying the application user-view from the trained database to locate the user pose. The rendering and display process of augmentation is currently implemented within an OpenGL window, which is one result of the research that is worthy of future detailed investigation and development