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Out there and in here: design for blended scientific inquiry learning
One of the benefits of mobile technologies is to combine ‘the digital’ (e.g., data, information, photos) with ‘field’ experiences in novel ways that are contextualized by people’s current located activities. However, often cost, mobility disabilities and time exclude students from engaging in such peripatetic experiences. The Out There and In Here project, is exploring a combination of mobile and tabletop technologies in support for collaborative learning. A system is being developed for synchronous collaboration between geology students in the field and peers at an indoor location. The overarching goal of this research is to develop technologies that support people working together in a suitable manner for their locations. There are two OTIH project research threads. The first deals with disabled learner access issues: these complex issues are being reviewed in subsequent evaluations and publications. This paper will deal with issues of technology supported learning design for remote and co-located science learners. Several stakeholder evaluations and two field trials have reviewed two research questions:
1. What will enhance the learning experience for those in the field and laboratory?
2. How can learning trajectories and appropriate technologies be designed to support equitable co-located and remote learning collaboration?
This paper focuses on describing the iterative linked development of technologies and scientific inquiry pedagogy. Two stages within the research project are presented. The 1st stage details several pilot studies over 3 years with 21 student participants in synchronous collaborations with traditional technology and pedagogical models. Findings revealed that this was an engaging and useful experience although issues of equity in collaboration needed further research. The 2nd stage, in this project, has been to evaluate data from over 25 stakeholders (academics, learning and technology designers) to develop pervasive ambient technological solutions supporting orchestration of mixed levels of pedagogy (i.e. abstract synthesis to specific investigation). Middleware between tabletop ‘surface’ technologies and mobile devices are being designed with Microsoft and OOKL (a mobile software company) to support these developments. Initial findings reveal issues around equity, ownership and professional identity
CHUB: um modelo cartográfico para a visualização e análise do corpo humano
Tese de Doutoramento em Tecnologias e Sistemas de Informação - Área do Conhecimento Engenharia de Programação e dos Sistemas InformáticosA visualização é a representação visual realística ou abstracta de um conjunto de dados que
são gerados por modelos computacionais ou resultantes de medições físicas realizadas no
mundo real. É fundamental para auxiliar as pessoas a compreenderem dados e processos
complexos e pode ser classificada consoante os seus objectivos (nomeadamente a visualização
científica e de informação). A correcta modelação e caracterização dos dados são partes
fundamentais para a escolha de técnicas visuais eficazes e a produção de uma visualização
válida. O grande desafio é exactamente o de identificar como a análise dos resultados pode e
deve ser mostrada ao potencial utilizador de uma forma simultaneamente sucinta, coerente e
útil.
O conceito de modelação cartográfica ou álgebra de mapas foi desenvolvido por Dana
Tomlin em 1983 com o Map Analysis Package1 [Sendra2000]. Um modelo cartográfico pode
ser visualizado como uma colecção de mapas registados numa base cartográfica comum, em
que cada mapa é uma variável sujeita a operações matemáticas tradicionais. A modelação é
um processo que decorre de operações primitivas de pontos, vizinhança e regiões sobre
diferentes mapas, numa lógica sequencial para interpretar e resolver problemas espaciais.
Neste contexto, a sequência de operações é similar à solução algébrica de um conjunto de
equações.
A criação de ferramentas informáticas para a análise e visualização de dados
relacionados com o corpo humano é uma área em forte expansão e de especial interesse.
Apesar destas ferramentas serem muito úteis, sofrem bastante da limitação imposta pela
arquitectura dos modelos utilizados para o seu desenvolvimento e consequente
implementação. Isto ocorre porque estes modelos adoptam os mesmos princípios e
ponderações que são aplicados a dados de natureza não humana ou biológica e tratando-os de
forma independente e atómica. Por outro lado, a utilização de técnicas visuais pouco intuitivas
no sentido de denotar a interdependência espacial inerente a este tipo de informação é outra
limitação a salientar neste tipo de ferramentas.
Os dados relacionados com o corpo humano apresentam uma forte componente
espacial. Para que seja possível uma análise e investigação correctas é necessário ter isso
sempre em consideração. Um bom exemplo desta situação é o diagnóstico médico. A
combinação de informação oriunda de diferentes partes do corpo humano é normalmente
necessária para que um médico possa diagnosticar a doença de um paciente. O acto de
diagnosticar pode ser traduzido por um conjunto de operações de álgebra de mapas
executadas sobre os dados relacionados com o corpo humano do paciente.
Qualquer modelo que pretenda servir de base para o desenvolvimento e
implementação de ferramentas informáticas orientadas para a medicina, e em especial, para a
análise e visualização de dados relacionado com o corpo humano, deve incorporar os
princípios fundamentais da modelação cartográfica. Desta maneira, é possível que os dados
possam ser devidamente modelados e consequentemente extrapolada mais informação útil.
Por outro lado, a utilização da visualização como instrumento de comunicação de resultados,
com a inclusão de metáforas visuais cartográficas é outra mais-valia a ter em conta.
O modelo CHUB (Cartographic Human Body), que é apresentado neste trabalho,
pretende colmatar essa falha identificada no tratamento e visualização de dados relacionados
com o corpo humano. Utiliza a modelação cartográfica como alicerce fundamental para a
análise dos dados e a visualização científica e de informação como meio para a comunicação
de resultados. Para ser possível a sua avaliação e validação foram considerados dois estudos
de caso: diagnóstico da artrose no joelho e a análise de sessões de hidrocinesioterapia. Para
estes dois estudos de caso foi implementado um protótipo que instancia o modelo CHUB
nestes casos particulares, permitindo a sua utilização, avaliação e validação em dois domínios
específicos. Os resultados obtidos após a utilização e avaliação do protótipo permitiram
validar com sucesso o modelo CHUB proposto nesta tese de doutoramento.Visualization is the realistic or abstract visual representation of a dataset that is generated by
computer models or resulting from physical measurements of the real world. Visualization is
fundamental to help people understand data and complexes processes and can be categorized
according its goals (scientific or information). The correct data model and characterization are
essential to the right choice of the visualization techniques and the production of useful
visualizations. The great challenge lies in how to determine that the results are showed to the
final users at the same time in a coherent, useful and simple way.
The cartographic model concept was developed by Dana Tomlin in 1983 with the Map
Analysis Package2 [Sendra2000]. A cartographic model can be seen as a collection of maps
that are registered in a cartographic database, where each map is a “variable” that can be
mathematically operated. These operations may involve primitives such as points or areas of
different maps, for example, in a sequential order to interpret and solve spatial problems. In
this context, the sequence of operations is similar to the algebraic solution of a group of
equations.
The creation of automatic tools for human’s body data analysis and visualization is a
field in expansion and of great interest. However these tools are very valuable, they suffer
from a common limitation that is imposed by their basis architectural model. In general, they
rarely represent in a suitable way biological, morphological and/or biomedical data spatial
interdependency. These models treat data in an almost total focused and independent way.
The human body systems and organs work as a complex machine, where each part depends
strongly on the others. This dependency might be stronger or weaker to the system or organ
importance on the overall patient condition. The doctor diagnoses an illness by comparing and
analyzing information not only directly related to the mostly affected organ, but also to the
body as a whole. In fact the doctor performs a subtle spatial analysis, and therefore, executes a
typical algebraic map operation in his/her mind, when diagnosing a patient. An illness might arouse different symptoms and physiological changes in systems/organs that are not directly
related to the spatial location of it.
CHUB is a model that was developed taking into consideration the main principles of
cartographic modelling. It structures data according to different layers of information. Each
layer is associated to a specific organ and/or system, and might contain geometric data or
attributes that are “human-referenced”. CHUB has not been developed as a dynamic model. It
is considered that dynamic issues related to human’s body data, such as body movement,
blood flow or heartbeat (besides others) will be accomplished by other models that should be
used as a specialized extension to CHUB.
In order to validate CHUB two cases of study were considered – osteoarthritis knee
diagnosis and hydrokinetic therapy sessions analysis, proposed two strategies for its
validation and a prototype implemented. This prototype allowed its utilization, evaluation and
validation in two different domains. The results achieved after its utilization and test lead to a
complete CHUB validation