Applications of technology and large data in statistics education and statistical graphics

This dissertation is a composite of research preformed in the fields of statistics education and statistical graphics. The three body chapters stand as the pillars of this work; tied together by the common theme of overcoming challenges and grasping opportunities that are posed by emerging technologies and prodigious data sources. In Chapter 1 a review of the literature is conducted to lay the foundation upon which the work of the main body chapters is built. Chapter 2 is an educational experiment comparing the learning outcomes from simulation-based and traditional statistical inference curricula. Chapter 3 studies the development of a shiny application to connect students to large data. Chapter 4 contributes to research on binned scatterplots as a graphical tool for visualizing large data. Each body chapter in this dissertation is intended be submitted for publication individually; therefore, more detailed abstracts may be found at the beginning of each chapter

Generative Disco: Text-to-Video Generation for Music Visualization

Visuals are a core part of our experience of music, owing to the way they can amplify the emotions and messages conveyed through the music. However, creating music visualization is a complex, time-consuming, and resource-intensive process. We introduce Generative Disco, a generative AI system that helps generate music visualizations with large language models and text-to-image models. Users select intervals of music to visualize and then parameterize that visualization by defining start and end prompts. These prompts are warped between and generated according to the beat of the music for audioreactive video. We introduce design patterns for improving generated videos: "transitions", which express shifts in color, time, subject, or style, and "holds", which encourage visual emphasis and consistency. A study with professionals showed that the system was enjoyable, easy to explore, and highly expressive. We conclude on use cases of Generative Disco for professionals and how AI-generated content is changing the landscape of creative work

Soundscape Generation Using Web Audio Archives

Os grandes e crescentes acervos de áudio na web têm transformado a prática do design de som. Neste contexto, sampling -- uma ferramenta essencial do design de som -- mudou de gravações mecânicas para os domínios da cópia e reprodução no computador. A navegação eficaz nos grandes acervos e a recuperação de conteúdo tornaram-se um problema bem identificado em Music Information Retrieval, nomeadamente através da adoção de metodologias baseadas no conteúdo do áudio.Apesar da sua robustez e eficácia, as soluções tecnológicas atuais assentam principalmente em métodos (estatísticos) de processamento de sinal, cuja terminologia atinge um nível de adequação centrada no utilizador.Esta dissertação avança uma nova estratégia orientada semanticamente para navegação e recuperação de conteúdo de áudio, em particular, sons ambientais, a partir de grandes acervos de áudio na web. Por fim, pretendemos simplificar a extração de pedidos definidos pelo utilizador para promover uma geração fluida de paisagens sonoras. No nosso trabalho, os pedidos aos acervos de áudio na web são feitos por dimensões afetivas que se relacionam com estados emocionais (exemplo: baixa ativação e baixa valência) e descrições semânticas das fontes de áudio (exemplo: chuva). Para tal, mapeamos as anotações humanas das dimensões afetivas para descrições espectrais de áudio extraídas do conteúdo do sinal. A extração de novos sons dos acervos da web é feita estipulando um pedido que combina um ponto num plano afetivo bidimensional e tags semânticas. A aplicação protótipo, MScaper, implementa o método no ambiente Ableton Live. A avaliação da nossa pesquisa avaliou a confiabilidade perceptual dos descritores espectrais de áudio na captura de dimensões afetivas e a usabilidade da MScaper. Os resultados mostram que as características espectrais do áudio capturam significativamente as dimensões afetivas e que o MScaper foi entendido pelos os utilizadores experientes como tendo excelente usabilidade.The large and growing archives of audio content on the web have been transforming the sound design practice. In this context, sampling -- a fundamental sound design tool -- has shifted from mechanical recording to the realms of the copying and cutting on the computer. To effectively browse these large archives and retrieve content became a well-identified problem in Music Information Retrieval, namely through the adoption of audio content-based methodologies. Despite its robustness and effectiveness, current technological solutions rely mostly on (statistical) signal processing methods, whose terminology do attain a level of user-centered explanatory adequacy.This dissertation advances a novel semantically-oriented strategy for browsing and retrieving audio content, in particular, environmental sounds, from large web audio archives. Ultimately, we aim to streamline the retrieval of user-defined queries to foster a fluid generation of soundscapes. In our work, querying web audio archives is done by affective dimensions that relate to emotional states (e.g., low arousal and low valence) and semantic audio source descriptions (e.g., rain). To this end, we map human annotations of affective dimensions to spectral audio-content descriptions extracted from the signal content. Retrieving new sounds from web archives is then made by specifying a query which combines a point in a 2-dimensional affective plane and semantic tags. A prototype application, MScaper, implements the method in the Ableton Live environment. An evaluation of our research assesses the perceptual soundness of the spectral audio-content descriptors in capturing affective dimensions and the usability of MScaper. The results show that spectral audio features significantly capture affective dimensions and that MScaper has been perceived by expert-users as having excellent usability

An extensible view system for supporting the integration and interoperation of heterogeneous, autonomous, and distributed database management systems

In this thesis the problem of integrating heterogeneous, autonomous and distributed database management systems (DBMSs) is addressed. To provide a solution, we have developed an approach, a design method, and a view system. Our approach is based on the invention of the abstract view constructs that have uniform and stable representations for supporting semantic relativism and distributed abstraction modeling. Our design method applies object-oriented techniques and software engineering concepts to manage the system complexity. Our view system has been constructed upon established experience with the development of large-scale distributed systems in a distributed object infrastructure provided by the Common Object Request Broker Architecture (CORBA). The scope of our research identifies the goals of Project Zeus in which we have created the Zeus View Mechanism ( ZVM) as the theoretical foundation of our approach. The notion of frameworks has been introduced as part of our design methodology to promote code/design reuse and enhance the portability/extensibility of the architectural design. A multidatabase system, the Zeus Multidatabase System ( ZMS), has provided a test bed for our concept. Project Zeus has exciting prospects. The foundation established in this research has created new directions in multidatabase research and will have a significant impact on future integration and interoperation technologies

The Ecological Approach to the Design of E-Learning Environments: Purpose-based Capture and Use of Information About Learners

Abstract: The semantic web movement has grown around the need to add semantics to the web in order to make it more usable by people and by information systems. In this paper I argue that even more important than semantics is pragmatics; that is, to really enhance web usability it is critical to capture and react to aspects of the end use context. Most centrally, to make the web truly responsive to human needs, we need to understand the "users" of the web and their purposes for using it. In this paper I elaborate this argument in the context of of e-learning systems. I propose an approach to the design of e-learning systems that I call the ecological approach. Moving from the open web to repositories of learning objects, I show how the ecological approach shows promise not only to allow information about learners actual interactions with learning objects to be naturally captured but also to allow it to be used in a multitude of ways to support learners and teachers in achieving their goals. In a phrase, the approach involves attaching models of learners to the learning objects they interact with, and then mining these models for patterns that are useful for various purposes. The ecological approach turns out to be highly suited to e-learning applications. It also has interesting implications for e-learning research, and perhaps even for research directions for semantic web research. Invited Commentary: <a class="rel commentary" href="/2004/7/ramondt" >Ramondt, L., Smith, T and Bradshaw, P. (2004) Commentary on: McCalla, G. (2004). The Ecological Approach to the Design of E-Learning Environments: Purpose-based Capture and Use of Information About Learners [PDF] Editors: Terry Anderson and Denise Whitelock

Experts on e-learning: insights gained from listening to the student voice!

The Student Experience of e-Learning Laboratory (SEEL) project at the University of Greenwich was designed to explore and then implement a number of approaches to investigate learners’ experiences of using technology to support their learning. In this paper members of the SEEL team present initial findings from a University-wide survey of nearly a 1000 students. A selection of 90 ‘cameos’, drawn from the survey data, offer further insights into personal perceptions of e-learning and illustrate the diversity of students experiences. The cameos provide a more coherent picture of individual student experience based on the totality of each person’s responses to the questionnaire. Finally, extracts from follow-up case studies, based on interviews with a small number of students, allow us to ‘hear’ the student voice more clearly. Issues arising from an analysis of the data include student preferences for communication and social networking tools, views on the ‘smartness’ of their tutors’ uses of technology and perceptions of the value of e-learning. A primary finding and the focus of this paper, is that students effectively arrive at their own individualised selection, configuration and use of technologies and software that meets their perceived needs. This ‘personalisation’ does not imply that such configurations are the most efficient, nor does it automatically suggest that effective learning is occurring. SEEL reminds us that learners are individuals, who approach learning both with and without technology in their own distinctive ways. Hearing, understanding and responding to the student voice is fundamental in maximising learning effectiveness. Institutions should consider actively developing the capacity of academic staff to advise students on the usefulness of particular online tools and resources in support of learning and consider the potential benefits of building on what students already use in their everyday lives. Given the widespread perception that students tend to be ‘digital natives’ and academic staff ‘digital immigrants’ (Prensky, 2001), this could represent a considerable cultural challenge

Audio communication in the face of the renaissance of digital audio

In recent years, digital audio has undergone an explosion. The transformation of radio and its expansion to new channels and consumer devices, added to the rise of podcasts and streaming music platforms, have led to the transformation of the audio ecosystem. This transition from the audio medium to audio media has involved an integral change in content, as well as in its production and reception processes. In this regard, the aim of this paper is to approach the present digital audio scene from the standpoint of its content, formats, and broadcasting models as well as of the new professional profiles, business models, and consumer–relationship practices, providing a snapshot that is completed with a prospective reflection on the challenges facing radio in this new ecosystem

Protocolo de evaluación de la aceptación de los repositorios institucionales por parte de los usuarios: en el marco de una colección de recursos sobre sustentabilidad energética

[ES] Las áreas de tecnologías de información y comunicación (TIC) están buscando estrategias para innovar en la mejora de sus productos y servicios, tanto de apoyo técnico, actualización y desarrollo de software con el objetivo de evitar el rezago tecnológico en su infraestructura, en sus procesos y en sus aplicaciones. Los retos actuales, surgen a partir de una constante evolución de los componentes de software hacia nuevos modelos de gestión de las TIC, tales como la orientación para desarrollar aplicaciones móviles, la comunicación a través de redes sociales, los servicios de gestión de tecnologías en la nube y el análisis de grandes cantidades de datos (big data, Smart-data, maching learning, data mining), lo cual obliga a las áreas de TIC a centrarse en la creación de iniciativas que aporten valor innovador a su propio contexto e incorporen otros valores a partir de detectar las necesidades de sus usuarios potenciales. En el contexto académico, las TIC están impactando de la misma manera, aumentando los retos de las Universidades, tales como innovar en los procesos de enseñanza aprendizaje, fortalecer los modelos democratización del acceso al conocimiento, crear estrategias para aumentar el impacto social en las actividades educativas, actualización y formación de competencias del profesorado, creación de programas de educación a lo largo de toda la vida, entre otros. Para lograr lo anterior, las políticas y lineamientos actuales también debe ser actualizados acorde con la transformación digital e incluir formatos de difusión para comunicar los avances, resultados, nuevas perspectivas, mejoras de servicios, con la finalidad de propiciar nuevas rutas para generar y difundir conocimiento con el uso de las tecnologías de información. El desarrollo de la ciencia se convierte en un indicador clave que permite valorar el desarrollo económico tecnológico y educativo de los países, por lo cual debe ser atendido. En algunos países, los gobiernos han favorecido las iniciativas que promueven cultura del acceso abierto del conocimiento científico, como lo es la iniciativa internacional del Movimiento de Acceso Abierto, que se sustenta en modelos que propician el acceso a las publicaciones de artículos científicos a través de Internet de forma libre y gratuita, por medio de dos vías: la ruta dorada, consistente en la publicación en revistas de acceso abierto, y la ruta verde, que implica el depósito de esta producción en repositorios institucionales de acceso abierto. Uno de los mayores desafíos en una universidad al implementar un repositorio institucional es que sea aceptado por su comunidad académica. En ese sentido, se requiere ejecutar tareas como estructurar, catalogar y revisar la información e implementar la tecnología por parte de personal especializado, dirigidas hacia la comunidad académica: estudiantes, profesores e investigadores, debido a que ellos ejecutan procesos para consumir y producir los contenidos, es decir, encontrar los recursos de calidad y autoarchivar la producción académica en él. El reto principal para el éxito de un repositorio institucional es convencer a su comunidad académica de tomarse el tiempo para ordenar sus trabajos, identificar los derechos de autor y autoarchivar aquellos que cumplan con las características de un recurso educativo abierto en el repositorio institucional. El objetivo de la presente tesis doctoral es analizar la relación que existe entre la aceptación de un repositorio institucional y la experiencia usuario al realizar las actividades búsquedas y depósito, mediante la valoración de motivaciones, actitudes e interacción, en el marco de una colección de recursos educativos abiertos (REA) para la sustentabilidad energética, con el fin de aportar al conocimiento de innovación incremental, con protocolo de evaluación centrado en el usuario de repositorios institucionales. Los resultados obtenidos propiciaron la creación de un protocolo de evaluación centrado en el usuario para repositorios institucionales, un rediseño de la arquitectura de información, de acuerdo con metadatos mandatorios del repositorio nacional en México (RN) y del repositorio Institucional del Tecnológico de Monterrey (RITEC), así como la construcción de tres prototipos de diseño centrado en el usuario de: la interfaz de herramientas de búsqueda, del flujo de depósito de REA y de la interfaz de navegación del portal del repositorio centrado en el usuario. La metodología de investigación que se utilizó fue el método mixto secuencial explicativo en igualdad de estatus en dos fases, que permitió obtener datos cualitativos y cuantitativos para responder a la pregunta de investigación que dio origen a esta investigación: ¿cuál es la relación que existe entre la aceptación tecnológica de un repositorio con respecto a la experiencia de usuario, sus motivaciones, actitudes e interacción al realizar búsquedas y depositar recursos educativos de sustentabilidad energética? La primera fase utilizó grupos focales como instrumento cualitativo para obtener datos acerca de las motivaciones, actitudes e interacción de los usuarios al utilizar el repositorio institucional, con los resultados obtenidos se determinó que para continuar con la investigación se requería capacitar a los usuarios del repositorio y por ello se diseñó e impartió un curso virtual enfocado en temas y conceptos de acceso abierto y las prácticas utilizadas para buscar y depositar recursos educativos abiertos en el repositorio institucional. En la segunda fase, se aplicó una encuesta basada en el modelo de aceptación tecnológica, propuesto por (Davis, 1989) y (Venkatesh, 2000), la cual se incluyó como una actividad al finalizar un curso virtual; la encuesta utilizó una escala Likert para medir cuantitativamente aspectos como la percepción de utilidad y facilidad de uso del repositorio, la actitud y la intención de uso por parte de los usuarios; en esta misma fase se aplicó una evaluación de usabilidad utilizando la estrategia de investigación de observación directa en cuatro actividades de búsqueda y depósito para medir atributos de forma cuantitativa y cualitativa. La metodología de diseño centrado en el usuario se utilizó para coordinar el proceso de mejoramiento de aspectos del RITEC centrados en las motivaciones y expectativas de los usuarios involucrados en los proyectos: 1) Proyecto 266632 “Laboratorio Binacional para la gestión Inteligente de la Sustentabilidad Energética y Formación Tecnológica”; 2) Proyecto 280318 “Aumento de la visibilidad de RITEC mejorando la experiencia de usuario y su interoperabilidad con el repositorio nacional” ambos proyectos financiados por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) del Gobierno de México; y 3) Proyecto DEFINES (ref. TIN2016-80172-R) apoyado por el Ministerio de Economía y Competitividad del Gobierno de España. En esta investigación se cuidó la ética al usar los datos de los participantes únicamente para fines de este estudio y en los resultados se reflejó el estado de la participación de forma anónima, la cual se observa tanto en las transcripciones, como en la información recabada para el análisis, lo anterior fue empleado para obtener una verdad objetiva acerca de sus motivaciones, actitud y forma de interactuar con el repositorio institucional del Tecnológico de Monterrey (RITEC). Se realizaron cartas de autorización y aceptación para obtener la confirmación de la participación de los profesores y estudiantes y con ello se les notificó que sus datos serían empleados únicamente con fines académicos. Para asegurar que los datos recabados serían utilizados únicamente con fines académicos, se contó con las cartas de autorización de la directora decana de posgrados de la Escuela de Humanidades y Educación y líder de red Openergy del proyecto Laboratorio Binacional. Los análisis de resultados se presentan en cada uno de los capítulos del bloque tres del marco empírico y que se refieren a los grupos focales, observación directa y encuesta de aceptación tecnológica. Los principales hallazgos encontrados en los grupos focales dan cuenta que al indagar las motivaciones de los usuarios se generan nuevas ideas y propuestas novedosas para agregar funcionalidades a los repositorios, adicionalmente las expectativas de los usuarios están muy personalizadas de acuerdo con su perfiles y roles dentro de la organización y, por ende, los servicios que se requieren serían distintos. La observación directa proporciona información acerca de las competencias de los que utilizan el repositorio: a mayor tiempo utilizándolo, mayor es la agilidad para desenvolverse al navegar en el repositorio, por lo que se propone una capacitación, a través de un taller, para evitar la frustración y desistan de utilizarlo, adicionalmente se sugiere revisar las competencias para buscar información y usar terminología relacionada con la generación de producción científica. Los resultados de la encuesta de aceptación tecnológica dan cuenta de que la percepción de facilidad de uso al buscar en el RITEC, es que los niveles de navegación no son claros, y no entienden los mensajes de aviso al buscar, mientras que los resultados de la percepción de facilidad de uso al depositar recursos en el RITEC, muestran que lo que menos valoran los participantes, es el tiempo que invierten en depositar los recursos en el RITEC seguido porque no es fácil determinar las secciones de depósito y los campos que se solicitan al depositar recursos, aspectos que tiene que ver con la calidad de los metadatos y el etiquetado. Para dar respuesta a la pregunta de investigación ¿cuál es la relación que existe entre la aceptación tecnológica de un repositorio con respecto a la experiencia de usuario, sus motivaciones, actitudes e interacción al utilizarlo? De acuerdo con los datos cuantitativos, extraídos de la encuesta de aceptación tecnológica y los datos cualitativos, emanados de los grupos focales y la observación directa, la relación entre la experiencia y la aceptación es la facilidad de uso, y mientras el usuario no perciba que el sistema es fácil de utilizar tratará de restar importancia a la percepción de utilidad, lo que provocará que la tecnología no sea aceptada o sea cancelada en poco tiempo. El Diseño Centrado en el Usuario se concibe como una metodología ágil para desarrollar software, que se orienta en dar prioridad en la satisfacción del cliente y pretende no solo basarse en planificaciones o documentación de análisis y diseño, sino en entregas continuas del desarrollo de software validadas y guiadas por quienes lo usan durante toda la etapa del desarrollo. El aporte de esta investigación al área del conocimiento es un protocolo que mide la experiencia del usuario de un repositorio institucional a partir de sus motivaciones, de su percepción de utilidad y facilidad de uso, así como de la usabilidad al realizar búsquedas y depósito de recursos; adicionalmente se desarrolló el modelo de experiencia de usuario Contexto, expectativas, diseño, evaluación y seguimiento (CEDES – UX) que ofrece una guía a lo largo de un proceso de indagación y a través de un conjunto de técnicas de evaluación, para avanzar en cada capa del diseño, con ello se añade una metodología para evaluar la tecnológicas y se proporciona una estrategia para desarrollar diseños centrados en el usuario, en distintas plataformas educativas