Mental tactility: the ascendance of writing in online management education

A qualitative study of online management education and the role of writing as an indicative measure of thinking and learning. Established educational models, such as Dale\u27s Cone of Experience, are expanded and redeveloped to illustrate the central role of writing as a critical thinking process which appears to be increasing, rather than decreasing, with the advent of online multimedia technology. In an environment of increasing reliance on audiovisual stimulus in online education, the authors contend that tertiary educators may witness an ascendance or re-emergence of writing as central to the academic experience. This may be both supply and demand driven. Drawing on a study of two undergraduate units in the Bachelor of Commerce and applying hermeneutics to develop challenging insights, the authors present a case for educators to remain conversant with the art of teaching writing, and to promote writing to improve educational outcomes. <br /

Combining computer game-based behavioural experiments with high-density EEG and infrared gaze tracking

Rigorous, quantitative examination of therapeutic techniques anecdotally reported to have been successful in people with autism who lack communicative speech will help guide basic science toward a more complete characterisation of the cognitive profile in this underserved subpopulation, and show the extent to which theories and results developed with the high-functioning subpopulation may apply. This study examines a novel therapy, the "Rapid Prompting Method" (RPM). RPM is a parent-developed communicative and educational therapy for persons with autism who do not speak or who have difficulty using speech communicatively.The technique aims to develop a means of interactive learning by pointing amongst multiple-choice options presented at different locations in space, with the aid of sensory "prompts" which evoke a response without cueing any specific response option. The prompts are meant to draw and to maintain attention to the communicative task–making the communicative and educational content coincident with the most physically salient, attention-capturing stimulus – and to extinguish the sensory–motor preoccupations with which the prompts compete.ideo-recorded RPM sessions with nine autistic children ages 8–14years who lacked functional communicative speech were coded for behaviours of interest

Ocular attention-sensing interface system

The purpose of the research was to develop an innovative human-computer interface based on eye movement and voice control. By eliminating a manual interface (keyboard, joystick, etc.), OASIS provides a control mechanism that is natural, efficient, accurate, and low in workload

Expectation incongruence in music and code reading: The eye-tracking approach

Humans create and use different kinds of languages in order to store, view, and convey various types of information. Natural languages, such as English, allow people to communicate with each other in everyday and professional contexts. In contrast, symbolic languages, such as Western music notation or programming languages, enable people to make use of technical devices like musical instruments or computers. Research on the eye movements of expert musicians and programmers has revealed certain similarities in how these symbolic languages are read: unlike text reading, experts read music and code with more regressive eye movements. The current dissertation is the first project that explores music and code reading together. It focuses on one of the aspects of music and code reading that is equally important for both symbolic languages—the skill of working with unexpected information from a notation. In music and programming, this skill is especially required in tasks such as handling surprising melodic patterns and debugging, respectively. This dissertation had three main aims: (1) theoretical exploration of similarities and differences in creating expectations that help with pattern recognition in music and programming; (2) development (in music reading) and creation (in code reading) of research methodologies that can be applied in research on incongruent patterns; and (3) exploration of the cognitive processing of incongruent notation in experienced music readers and one experienced code reader. Surprising elements in familiar patterns hamper their recognition. Article I presents a theoretical exploration of the similarities and differences in building expectations that allow pattern recognition in music and programming. The proposed prediction model, which serves as the solution to Aim 1, includes three components that are common for both music and programming: (1) knowledge of language systems, (2) knowledge of meaning, and (3) knowledge of context. In addition, it also contains two components that differ for music and programming: (4) translation of information and (5) temporal and motor requirements. Experiments presented in this dissertation can be considered to be the first steps toward looking at certain components of the proposed prediction model in detail when prediction works normally (congruent notation) and when prediction is violated (incongruent notation). In order to study the reading of surprising incongruent patterns in music and code, special experimental settings, which provide the solution to Aim 2, were developed for music reading and created for code reading. Hence, the selected setup for the music reading study was based on a prior study (Penttinen et al., 2015), where incongruences were introduced in the “Mary Had a Little Lamb” melody and all music performances were temporarily controlled using a metronome. Experiment 1 developed this set-up by inserting incongruent notes into two different tonalities and by asking participants to play on a piano or sing from the notation. Thus, the music reading experiment focused on the first, second, fourth, and fifth components of the proposed model in music reading. It explored how the meaning of congruent and incongruent musical symbols is processed by experienced music readers. In addition, it also explored the translation of music information into two different performance ways (singing and playing piano) that have different motor requirements. Combining three different eye movement parameters allowed the researcher to describe different aspects of the cognitive processing of incongruent music reading—the temporal aspect, with the help of the eye-time span parameter (ETS), the cognitive effort aspect with the help of the mean pupil size parameter measured only in first-pass fixations, and the attention aspect with the help of the first-pass fixation duration. Experiment 2 on code reading was carefully designed on the basis of the music reading study. Consequently, incongruences were introduced in different parts of the familiar notation. The Bubble sort algorithm—a well-known sorting algorithm—was chosen as an analogue of the “Mary Had a Little Lamb” melody in programming. As in the music reading study, all code reading performances were temporarily controlled. The case code study provided some insights into the first and second components of the proposed model in programming by investigating how an experienced programmer reads sorting algorithms with and without surprising patterns. It particularly focuses on the phenomenon of an experienced reader overlooking the surprising pattern, which is considered to be the original one instead so-called proof-readers’ error. In addition, this study explored the issue of the unit of code reading analysis by comparing two different options: lines and elements. The study introduced saccade velocity as a parameter of cognitive effort for the incongruent code reading analysis. Research findings from these experimental studies provided the solution to Aim 3 and revealed that—in both music and code reading—incongruent patterns in the notation led to changes in fixation and cognitive effort parameters (pupil size and saccadic velocity). In contrast to code reading, strict temporal requirements for the processing of incongruence exist in music reading. The application of the eye-time span (ETS) parameter that describes the distance between the performer’s gaze and musical time, allowed the researcher to investigate the temporal aspect of incongruence processing in the music reading experiment. Hence, experienced readers had longer ETS when they approached the incongruent part of the notation and shorter ETS when they were in the process of struggling with the incongruent part. In addition to incongruent reading, the difference in the performance mode of the same music task associated with the translation of information and motor requirements was studied in the music reading experiment by comparing singing and playing from music scores. Despite the fact that the participants played incongruent melodies better than they sang them, the analysis of eye movement parameters allowed the researcher to discover that singing might be less cognitively demanding than playing. These findings are discussed within the proposed theoretical model of prediction and associated expertise theories.Odotusten vastaisten symbolien lukeminen: katseenseurantatutkimus nuotin- ja koodinluvusta Ihmiset luovat ja käyttävät erilaisia kieliä tallentaakseen, tarkastellakseen ja välittääkseen informaatiota. Luonnolliset kielet, kuten englanti, mahdollistavat ihmisten välisen kommunikaation arkisissa ja ammatillisissa tilanteissa. Sen sijaan symboliset kielet, kuten länsimainen nuottikirjoitus tai ohjelmointikielet, mahdollistavat erilaisten laitteiden, kuten soittimien tai tietokoneiden, operoinnin. Taitavien muusikkojen ja koodinlukijoiden silmänliikkeiden tutkimus on paljastanut joitakin samankaltaisuuksia siitä, miten näitä kahta symbolikieltä luetaan: toisin kuin tekstin lukemisessa, taitavat nuotin- ja koodinlukijat tekevät enemmän regressiivisiä, eli taaksepäin suuntautuvia silmänliikkeitä. Tämä väitöstutkimus on ensimmäinen tutkimushanke, jossa tarkastellaan nuotin- ja koodinlukua rinnakkain. Tutkimus keskittyy tiettyyn, molemmissa symbolikielissä tärkeään piirteeseen, eli taitoon selvitä lukemisen aikana notaatiossa havaittuun yllättävään informaatioon. Sekä musiikin että ohjelmoinnin aloilla tätä taitoa tarvitaan silloin, kun lukijan täytyy käsitellä yllättäviä melodisia kuvioita musiikkikappaletta lukiessaan tai etsiä virheitä koodista. Tällä väitöstutkimuksella oli kolme päätavoitetta: (1) teoreettinen pohdinta nuotin- ja koodinluvun yhtäläisyyksistä ja eroavaisuuksista ja erityisesti siitä, miten taitavat lukijat muodostavat ennakko-oletuksia lukemastaan symbolien tunnistamisen helpottamiseksi; (2) menetelmien kehittäminen (nuotinluvussa) ja luominen (koodinluvussa) inkongruenttien, eli epäyhdenmukaisten, kuvioiden lukemisen tutkimukseen; ja (3) taitavien nuotinlukijoiden ja yhden taitavan koodinlukijan kognitiivisen prosessoinnin tutkiminen silloin, kun lukijat käsittelevät inkongruenttia informaatiota. Yllättävät elementit tutussa visuaalisessa materiaalissa vaikeuttavat kyseessä olevan materiaalin prosessointia. Artikkelissa I pohditaan nuotin- ja koodinluvun teoreettisia eroja ja eroavaisuuksista ja sitä, miten taitavat lukijat muodostavat ennakko-oletuksia lukiessaan. Ehdotettu ennustusmalli, jonka avulla vastataan päätavoitteeseen 1, sisältää kolme molemmille symbolikielille yhteistä komponenttia: (1) tiedon kielijärjestelmästä, (2) tiedon merkityksestä ja (3) tiedon kontekstista. Tämän lisäksi malli sisältää kaksi komponenttia, joissa nuotin- ja koodinluku eroavat toisistaan: (4) informaation kääntäminen laitteelle ja (5) temporaaliset ja motoriset vaatimukset. Tässä väitöstutkimuksessa esiteltävät empiiriset osahankkeet olivat ensiaskelia ennustusmallin komponenttien tutkimuksessa. Kahdessa osahankkeessa tarkasteltiin yksityiskohtaisesti tilanteita, joissa ennakko-oletuksia voi hyödyntää tavalliseen tapaan (kongruentti notaatio) ja kun odotukset eivät toteudu (inkongruentti notaatio). Tässä väitöstutkimuksessa kehitettiin koeasetelmia nuotin- ja koodinluvun aikaisten, yllättävien ja inkongruenttien kuvioiden lukemisen tutkimusta varten (päätavoite 2). Nuotinlukuaiheinen koeasetelma pohjautui aikaisempaan tutkimukseen (Penttinen et al., 2015), jossa epäyhdenmukaisuuksia sijoitettiin tuttuun ”Maijall’ oli karitsa” –melodiaan ja soittosuoritusten ajoitusta kontrolloitiin metronomin avulla. Osatutkimus 1 kehitti tätä asetelmaa edelleen esittämällä tutun kappaleen osallistujille kahdessa eri sävellajissa ja pyytämällä osallistujia toteuttamaan melodia kahdella eri tavalla, soittaen ja laulaen. Osatutkimus 1 keskittyi siis ennustusmallin ensimmäiseen, toiseen, neljänteen ja viidenteen komponenttiin nuotinlukemisen näkökulmasta. Osatutkimuksessa 1 tutkittiin kuinka taitavat nuotinlukijat prosessoivat kongruenttien ja inkongruenttien nuottisymbolien merkityksiä. Tämän lisäksi osahanke selvitti sitä, miten nuottiinformaatio käännettiin kahdelle motorisilta vaatimuksiltaan erilaiselle ”soittimelle” (pianonsoitto ja laulaminen). Kognitiivisia prosesseja inkongruentin materiaalin lukemisen aikana kuvailtiin kolmen eri silmänliikemuuttujan turvin: lukuprosessin ajallista etenemistä selvitettiin eye-time span –mittarin (ETS) avulla, kognitiivista työmäärää mittaamalla pupillin koon vaihtelua, ja fiksaatioiden kestot kertoivat huomion kohdistumisesta notaation eri osiin ensilukemisen aikana. Koodinlukuun keskittyvä osatutkimus 2 suunniteltiin osatutkimuksen 1 koeasetelman pohjalta ja epäyhdenmukaisuudet sijoitettiin jälleen tuttuun notaatioon. Koodinlukukokeessa nuotinlukukokeen ”Maijall’ oli karitsa” –melodian tilalle valittiin hyvin tunnettu kuplalajittelualgoritmi, ja myös koodinlukutehtävässä kontrolloitiin ajankäyttöä. Tapaustutkimuksessa selvitettiin, miten kokenut ohjelmoija luki lajittelualgoritmia silloin kun siinä joko oli tai ei ollut inkongruentteja kohtia. Näin voitiin tarkastella ennustusmallin ensimmäistä ja toista komponenttia koodinlukemisen näkökulmasta. Tapaustutkimus keskittyi erityisesti tilanteeseen, jossa kokenut lukija ohitti yllättävät elementit notaatiossa ja tulkitsi inkongruentin algoritmin oikeaksi ja alkuperäiseksi (ns. proof-readers’ error). Tämän lisäksi osatutkimuksessa 2 testattiin koodinlukututkimuksiin sopivia analyysiyksiköitä vertaamalla kahta vaihtoehtoa, rivejä ja elementtejä, ja esiteltiin sakkadien nopeus kognitiivisen työmäärän tarkasteluun sopivana, koodinlukututkimuksille uutena mittarina. Osatutkimusten 1 ja 2 perusteella vastattiin päätavoitteeseen 3. Osatutkimuksissa selvisi, että sekä nuotin- että koodinlukutilanteissa inkongruentit kohdat notaatiossa johtivat muutoksiin fiksaatio- ja kognitiivisen työmäärän mittareissa (pupillin koko ja sakkadin nopeus). Toisin kuin koodinluvussa, tiukat temporaaliset rajoitteet säätelevät inkongruenssin prosessointia nuotinluvun aikana. Tästä syystä nuotinlukukokeessa hyödynnettiin ETS-mittaria, joka kertoo katseen kohdan ja musiikillisen ajan välisestä etäisyydestä. Taitavien nuotinlukijoiden ETS oli pidempi, kun he lukiessaan lähestyivät inkongruenttia kohtaa, ja lyhyempi, kun he soittivat tätä samaista kohtaa. Inkongruentin kohdan lukemisen lisäksi tutkittiin kahta erilaista esitystapaa (laulaminen ja soittaminen), sillä esitystapa liittyy nuotti-informaation kääntämiseen oikeiksi motoriksiksi liikkeiksi. Vaikka osallistujat soittivat inkongruentit melodiat paremmin kuin he lauloivat ne, silmänliikkeiden tarkastelu osoitti että laulaminen saattoi silti olla osallistujille kognitiivisesti vähemmän vaativaa kuin soittaminen. Näitä havaintoja pohditaan väitöskirjatutkimuksessa esitetyn ennustusmallin sekä asiantuntijuusteorioiden valossa

AN EYE TRACKING REPLICATION STUDY OF A RANDOMIZED CONTROLLED TRIAL ON THE EFFECTS OF EMBEDDED COMPUTER LANGUAGE SWITCHING

The use of multiple programming languages (polyglot programming) during software development is common practice in modern software development. However, not much is known about how the use of these different languages affects developer productivity. The study presented in this thesis replicates a randomized controlled trial that investigates the use of multiple languages in the context of database programming tasks. Participants in our study were given coding tasks written in Java and one of three SQL-like embedded languages: plain SQL in strings, Java methods only, a hybrid embedded language that was more similar to Java. In addition to recording the online questionnaire responses and the participants\u27 solutions to the tasks, the participants\u27 eye movements were also recorded using an eye tracker. Eye tracking as a method for software development studies has grown in recent years and allows for finer-grain information about how developers complete programming tasks. Eye tracking data was collected from 31 participants (from both academia and industry) for each of the six programming tasks they completed. Unlike the original study, we were unable to find a significant effect on productivity due to the language used or whether they were a native English speaker. However, we did find the same effect of participant experience on programming productivity which indicates that more experienced programmers are able to complete polyglot programming tasks in a more efficient manner. We also found that all participants looked at the sample code the same percentage of the time for a given task regardless of their experience or language variant they were given. The top level navigation behavior also remained largely unchanged across experience or language variants. We found that professionals performed more transitions in the code between the Java code and method parameters than their novice counterparts. Overall, we found that the level of polyglot programming did not have as significant of an effect as the task itself. The high-level strategy that participants employed appeared similar regardless of language variant they were given. Adviser: Bonita Shari

Proficiency-aware systems

In an increasingly digital world, technological developments such as data-driven algorithms and context-aware applications create opportunities for novel human-computer interaction (HCI). We argue that these systems have the latent potential to stimulate users and encourage personal growth. However, users increasingly rely on the intelligence of interactive systems. Thus, it remains a challenge to design for proficiency awareness, essentially demanding increased user attention whilst preserving user engagement. Designing and implementing systems that allow users to become aware of their own proficiency and encourage them to recognize learning benefits is the primary goal of this research. In this thesis, we introduce the concept of proficiency-aware systems as one solution. In our definition, proficiency-aware systems use estimates of the user's proficiency to tailor the interaction in a domain and facilitate a reflective understanding for this proficiency. We envision that proficiency-aware systems leverage collected data for learning benefit. Here, we see self-reflection as a key for users to become aware of necessary efforts to advance their proficiency. A key challenge for proficiency-aware systems is the fact that users often have a different self-perception of their proficiency. The benefits of personal growth and advancing one's repertoire might not necessarily be apparent to users, alienating them, and possibly leading to abandoning the system. To tackle this challenge, this work does not rely on learning strategies but rather focuses on the capabilities of interactive systems to provide users with the necessary means to reflect on their proficiency, such as showing calculated text difficulty to a newspaper editor or visualizing muscle activity to a passionate sportsperson. We first elaborate on how proficiency can be detected and quantified in the context of interactive systems using physiological sensing technologies. Through developing interaction scenarios, we demonstrate the feasibility of gaze- and electromyography-based proficiency-aware systems by utilizing machine learning algorithms that can estimate users' proficiency levels for stationary vision-dominant tasks (reading, information intake) and dynamic manual tasks (playing instruments, fitness exercises). Secondly, we show how to facilitate proficiency awareness for users, including design challenges on when and how to communicate proficiency. We complement this second part by highlighting the necessity of toolkits for sensing modalities to enable the implementation of proficiency-aware systems for a wide audience. In this thesis, we contribute a definition of proficiency-aware systems, which we illustrate by designing and implementing interactive systems. We derive technical requirements for real-time, objective proficiency assessment and identify design qualities of communicating proficiency through user reflection. We summarize our findings in a set of design and engineering guidelines for proficiency awareness in interactive systems, highlighting that proficiency feedback makes performance interpretable for the user.In einer zunehmend digitalen Welt schaffen technologische Entwicklungen - wie datengesteuerte Algorithmen und kontextabhängige Anwendungen - neuartige Interaktionsmöglichkeiten mit digitalen Geräten. Jedoch verlassen sich Nutzer oftmals auf die Intelligenz dieser Systeme, ohne dabei selbst auf eine persönliche Weiterentwicklung hinzuwirken. Wird ein solches Vorgehen angestrebt, verlangt dies seitens der Anwender eine erhöhte Aufmerksamkeit. Es ist daher herausfordernd, ein entsprechendes Design für Kompetenzbewusstsein (Proficiency Awareness) zu etablieren. Das primäre Ziel dieser Arbeit ist es, eine Methodik für das Design und die Implementierung von interaktiven Systemen aufzustellen, die Nutzer dabei unterstützen über ihre eigene Kompetenz zu reflektieren, um dadurch Lerneffekte implizit wahrnehmen können. Diese Arbeit stellt ein Konzept für fähigkeitsbewusste Systeme (proficiency-aware systems) vor, welche die Fähigkeiten von Nutzern abschätzen, die Interaktion entsprechend anpassen sowie das Bewusstsein der Nutzer über deren Fähigkeiten fördern. Hierzu sollten die Systeme gesammelte Daten von Nutzern einsetzen, um Lerneffekte sichtbar zu machen. Die Möglichkeit der Anwender zur Selbstreflexion ist hierbei als entscheidend anzusehen, um als Motivation zur Verbesserung der eigenen Fähigkeiten zu dienen. Eine zentrale Herausforderung solcher Systeme ist die Tatsache, dass Nutzer - im Vergleich zur Abschätzung des Systems - oft eine divergierende Selbstwahrnehmung ihrer Kompetenz haben. Im ersten Moment sind daher die Vorteile einer persönlichen Weiterentwicklung nicht unbedingt ersichtlich. Daher baut diese Forschungsarbeit nicht darauf auf, Nutzer über vorgegebene Lernstrategien zu unterrichten, sondern sie bedient sich der Möglichkeiten interaktiver Systeme, die Anwendern die notwendigen Hilfsmittel zur Verfügung stellen, damit diese selbst über ihre Fähigkeiten reflektieren können. Einem Zeitungseditor könnte beispielsweise die aktuelle Textschwierigkeit angezeigt werden, während einem passionierten Sportler dessen Muskelaktivität veranschaulicht wird. Zunächst wird herausgearbeitet, wie sich die Fähigkeiten der Nutzer mittels physiologischer Sensortechnologien erkennen und quantifizieren lassen. Die Evaluation von Interaktionsszenarien demonstriert die Umsetzbarkeit fähigkeitsbewusster Systeme, basierend auf der Analyse von Blickbewegungen und Muskelaktivität. Hierbei kommen Algorithmen des maschinellen Lernens zum Einsatz, die das Leistungsniveau der Anwender für verschiedene Tätigkeiten berechnen. Im Besonderen analysieren wir stationäre Aktivitäten, die hauptsächlich den Sehsinn ansprechen (Lesen, Aufnahme von Informationen), sowie dynamische Betätigungen, die die Motorik der Nutzer fordern (Spielen von Instrumenten, Fitnessübungen). Der zweite Teil zeigt auf, wie Systeme das Bewusstsein der Anwender für deren eigene Fähigkeiten fördern können, einschließlich der Designherausforderungen , wann und wie das System erkannte Fähigkeiten kommunizieren sollte. Abschließend wird die Notwendigkeit von Toolkits für Sensortechnologien hervorgehoben, um die Implementierung derartiger Systeme für ein breites Publikum zu ermöglichen. Die Forschungsarbeit beinhaltet eine Definition für fähigkeitsbewusste Systeme und veranschaulicht dieses Konzept durch den Entwurf und die Implementierung interaktiver Systeme. Ferner werden technische Anforderungen objektiver Echtzeitabschätzung von Nutzerfähigkeiten erforscht und Designqualitäten für die Kommunikation dieser Abschätzungen mittels Selbstreflexion identifiziert. Zusammengefasst sind die Erkenntnisse in einer Reihe von Design- und Entwicklungsrichtlinien für derartige Systeme. Insbesondere die Kommunikation, der vom System erkannten Kompetenz, hilft Anwendern, die eigene Leistung zu interpretieren

Applied Cognitive Sciences

Cognitive science is an interdisciplinary field in the study of the mind and intelligence. The term cognition refers to a variety of mental processes, including perception, problem solving, learning, decision making, language use, and emotional experience. The basis of the cognitive sciences is the contribution of philosophy and computing to the study of cognition. Computing is very important in the study of cognition because computer-aided research helps to develop mental processes, and computers are used to test scientific hypotheses about mental organization and functioning. This book provides a platform for reviewing these disciplines and presenting cognitive research as a separate discipline