Virtually face to face: enriching collaborative learning through multiplayer games

Abstract This study focused on enriching collaborative learning through pedagogically scripted multiplayer games. Collaborative learning was examined in the synchronous discussions of small group problem-solving activities in face-to-face and virtual game settings. The theoretical approach is socio-cognitive and builds on the contextual and situated nature of learning. Interaction between group members in social situations is a key mechanism fostering students’ collaborative learning. In the field of Computer-Supported Collaborative Learning the underlying aim is to stimulate and structure socially shared construction of knowledge and development of shared understanding among the collaborators. This thesis consisted of three empirical studies. The first study focused on analysing the macro-level elements of teacher education students’ face-to-face discussions in a context of an international web-based course. The focus of the second and third empirical studies was on how distributed collaboration can be enriched by scripting multiplayer game environments. The game environments were developed and tailored as part of the empirical studies. The main aim was to analyse small-group micro-level interactions and activities taking place during the game. Moreover, the particulars of a 3D voice-enhanced multiplayer game context for small-group shared collaborative activities were investigated. The focus of the last empirical study was on aspects of collaborative game activity and shared problem solving described from the perspective of individual players. The results indicated that the synchronous small-group discussions, on the macro-level, consisted of explaining, sharing knowledge, providing critiques, reflection, and joint engagement. The micro-level elements of the players’ discussions during the game were questions, content statements, social statements, suggestions, instructions or orders, encouragements, and responses. Both macro and micro level elements varied in random order during the discussion, forming a base for small-group discussion and joint problem-solving efforts. Not all problem-solving situations in the game data were shared, indicating that if shared collaborative activity was pursued, the scripting of the game tasks must require equal participation and teamwork during the game. The 3D game environment created a strong shared context for the distributed groups by engaging the players and reinforcing individual participation through the avatar activity. The findings of this thesis contribute to the future development of serious games and highlight the potential of multiplayer games as tools for supporting the social aspects of distributed teamwork.Tiivistelmä Väitöstutkimus tarkastelee yhteisöllisen oppimisen rikastamista pedagogisesti vaiheistettujen virtuaalipeliympäristöjen avulla. Tutkimuksessa on analysoitu pienryhmien sosiaalista vuorovaikutusta luokkahuonekeskusteluissa ja puhevälitteisissä peliympäristöissä. Teoreettisesti tutkimus pohjautuu sosiokognitiiviseen käsitykseen oppimisesta, jonka mukaan sosiaaliset tilanteet voivat käynnistää yksilöissä oppimisen kannalta keskeisiä mekanismeja, kuten esimerkiksi selittämistä ja tiedon jakamista. Yhteisöllisen oppimisen ytimeksi katsotaan jaetun ymmärryksen rakentaminen sosiaalisessa vuorovaikutuksessa, mitä tietokoneavusteisen yhteisöllisen oppimisen tutkimuslinjassa pyritään tukemaan vaiheistamalla oppimisympäristöjä. Tutkimus koostuu kolmesta eri osatutkimuksesta, joista ensimmäisessä analysoitiin korkeakouluopiskelijoiden pienryhmäkeskustelua luokkahuonetilanteessa. Lähitapaamiset toimivat kurssilla hajautetun kansainvälisen verkkotyöskentelyn tukena. Toisessa osatutkimuksessa tarkasteltiin, voiko hajautettua yhteisöllistä oppimista rikastaa puhevälitteisen monenpelaajan peliympäristön avulla. Pelin tehtävät suunniteltiin ja vaiheistettiin yhteisöllistä toimintaa vaativiksi sekä jaetun ymmärryksen rakentamista tukeviksi. Analyysi keskittyi korkeakouluopiskelijoiden pelinaikaisen keskustelun ja ongelmanratkaisutilanteiden tarkasteluun. Kolmannen osatutkimuksen tavoitteena oli tutkia, mitä osatekijöitä työelämäkontekstista tulleet osallistujat joutuivat hallitsemaan puhevälitteisessä monenpelaajan pelissä. Tutkimusten video- ja haastatteluaineistot analysoitiin laadullisen sisällönanalyysin menetelmin. Tutkimustulokset osoittivat, että pienryhmän vuorovaikutus koostuu makrotasolla mm. selittämisestä, tiedon jakamisesta ja reflektoinnista. Mikrotasolla mm. kysymykset, toteamukset, auttaminen ja ehdottaminen vaihtelivat puheenvuoroittain ja muodostivat yhteisen toiminnan pohjan pienryhmän pelaamisessa. Kaikki ongelmanratkaisutilanteet pelin aikana eivät kuitenkaan olleet jaettuja. Tulokset osoittavat, että kun tavoitellaan aidosti yhteisöllisiä tilanteita, pelin tehtävät täytyy vaiheistaa niin, että ne vaativat kaikkien osallistumista ja pitävät ryhmää virtuaalisesti yhdessä. Tässä tutkimuksessa käytetyt peliympäristöt muodostivat hajautetuille ryhmille vahvan jaetun tilan ja virtuaalisten ihmishahmojen eli avatarien kautta osallistuminen vahvisti yksilöiden toimijuutta pienryhmän osana. Tuloksia voidaan hyödyntää hajautetun tiimityön kontekstissa sekä käyttää tukena tulevaisuuden virtuaalisten tiimipelien suunnittelussa

Asymmetry-induced particle drift in a rotational flow

We report on an intriguing phenomenon taking place in a liquid rotating around a fixed horizontal axis. Under suitable conditions, bubbles and particles are observed to drift along the axis of rotation maintaining a constant distance from it and a constant angle of elevation above the horizontal. Absence of fore-aft symmetry of the bubble or particle shape is a prerequisite for this phenomenon. For bubbles, this requires a volume sufficiently large for surface-tension effects to be small and large deformations to be possible. Particle image velocimetry and flow visualization suggest that the wake does not play a role. The dependence on bubble radius, particle shape, liquid viscosity, and speed of rotation is investigated

Improved RF performance of travelling wave MR with a high permittivity dielectric lining of the bore

\u3cp\u3eApplication of travelling wave MR to human body imaging is restricted by the limited peak power of the available RF amplifiers. Nevertheless, travelling wave MR advantages like a large field of view excitation and distant location of transmit elements would be desirable for whole body MRI. In this work, improvement of the B1+ efficiency of travelling wave MR is demonstrated. High permittivity dielectric lining placed next to the scanner bore wall effectively reduces attenuation of the travelling wave in the longitudinal direction and at the same time directs the radial power flow toward the load. First, this is shown with an analytical model of a metallic cylindrical waveguide with the dielectric lining next to the wall and loaded with a cylindrical phantom. Simulations and experiments also reveal an increase of B1+ efficiency in the center of the bore for travelling wave MR with a dielectric lining. Phantom experiments show up to a 2-fold gain in B1+ with the dielectric lining. This corresponds to a 4-fold increase in power efficiency of travelling wave MR. In vivo experiments demonstrate an 8-fold signal-to-noise ratio gain with the dielectric lining. Overall, it is shown that dielectric lining is a constructive method to improve efficacy of travelling wave MR.\u3c/p\u3