Απτικές διασυνδέσεις και εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλεία για τη γνωστική άσκηση ασθενών με άνοια

Transcript

1 Απτικές διασυνδέσεις και εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλεία για τη γνωστική άσκηση ασθενών με άνοια Σταύρος Δημητριάδης Επ. Καθηγητής, Τμήμα Πληροφορικής, ΑΠΘ

2 Εργαστήριο Πολυμέσων Τμήμα Πληροφορικής, ΑΠΘ Ερευνητική Ομάδα CLASS Collaborative Learning Activity Support Systems Το έργο Ενίσχυση της Υποστήριξης των Ασθενών με Νόσο Alzheimer και των Περιθαλπόντων τους AugmentaRon of the Support of PaRents suffering from Alzheimer s Disease and their caregivers (ASPAD) Ενότητα 3 Δημιουργία διαδραστικών γνωστικών ασκήσεων με την αξιοποίηση εφαρμογών εκπαιδευτικής ρομποτικής.

3 ASPAD- E3: Η ενότητα Εκπαιδευτικής Ρομποτικής Εκπαιδευτική ρομποτική EducaRonal roborcs Απτικές διασυνδέσεις Tangible User Interfaces (TUIs) Γνωστική άσκηση με υποστήριξη υπολογιστή Computer- Supported CogniRve Training Ρομποτική + Απτικές Δ. = Γνωστική Άσκηση

4 Εκπαιδευτική ρομποτική 1 Τι είναι; Η κατασκευή και προγραμματισμός της συμπεριφοράς εύχρηστων και ευέλικτων μορφών ρομπότ ως δραστηριότητα μάθησης

5 Εκπαιδευτική ρομποτική 2 Lego Mindstorms n 1998 Robotics Invention System (RIS) n 2006 Lego Mindstorms NXT n 2009 Lego Mindstorms NXT 2.0 n Lego Mindstorms for Schools

6 Εκπαιδευτική ρομποτική 3 Αισθητήρες Κινητήρες - ΝΧΤ n Lego Mindstorms NXT n Είσοδος: 4 Αισθητήρες n Έξοδος: 3 Κινητήρες

7 Εκπαιδευτική ρομποτική 4 Προγραμματισμός n NXT- G 2.0 n ROBOLAB q /LabVIEW n C/C++ n Java n Python n Perl n.

8 Εκπαιδευτική ρομποτική 5 Τυπική δραστηριότητα μαθητών

9 Εκπαιδευτική ρομποτική 6 Τί μαθαίνουν οι μαθητές; ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Συντακτική γνώση Κανόνες σύνταξης Εννοιολογική / Σημασιολογική γνώση Νοητικά μοντέλα θέσεων, αντικειμένων & λειτουργιών του υπολογιστικού συστήματος Σχηματική γνώση Ρεπερτόριο ρουτινών, αλγορίθμων Στρατηγική γνώση Μεθοδολογία επίλυσης προβλήματος ΔΕΞΙΟΤΗΤΕΣ Συνεργατική Επίλυση Προβλήματος Μεταγνώση Υπολογιστική Σκέψη

10 Απτικές διασυνδέσεις 1 Tangibles - TUIs (α) Φυσικό αντικείμενο Πχ. κύβοι (blocks), τμήματα puzzle, κλπ. (β) Ψηφιακή αναπαράσταση (digital layer) Η αλληλεπίδραση αναπαρίσταται ψηφιακά Πχ. η σύνδεση των κύβων μετασχηματίζεται σε ψηφιακή αναπαράσταση κώδικα προγραμματισμού Physical Computing with MIT's Siftables

11 Απτικές διασυνδέσεις 2 TUIs στον Προγραμματισμό Οι χρήστες χρησιμοποιούν αντικείμενα του φυσικού κόσμου ως στοιχεία γλώσσας προγραμματισμού n Tern n

12 Απτικές διασυνδέσεις 3 Ιστορία (σύντομη ) Radian Perlman (MIT) 1974 TORTIS Suzuki & Kato (MIT & NEC) 1993 AlgoBlock Peta Wyeth (Univ. of Queensland) 2000 Electronic Blocks

13 Απτικές διασυνδέσεις 4 Χαρακτηριστικά & Προσδοκώμενα Οφέλη Διαισθητική (IntuiRve) & Εύκολη στη Χρήση (Usable) Διασύνδεση Χρήση απλών φυσικών αντικειμένων / Όχι συντακτικά λάθη Καινοτόμος & Ευχάριστη για τους χρήστες Ειδικά στις μικρότερες ηλικίες Εκμετάλλευση ιδιοτήτων φυσικών αντικειμένων Πχ. υφή, βάρος, θερμοκρασία è Μείωση ηλικιακού ορίου χρηστών è Ανάπτυξη Υπολογιστικής Σκέψης è Υποστήριξη Συνεργασίας

14 Απτικές διασυνδέσεις 5 Επίδραση στη Μάθηση Τα προσδοκώμενα οφέλη από τη χρήση απτικών συστημάτων δεν έχουν μελετηθεί εκτεταμένα και σε βάθος Συνεργασία: Περιορισμένη έρευνα για τα κοινωνικο- γνωστικά πλεονεκτήματα που μπορεί να προσφέρει η απτική διασύνδεση TUI vs. GUI: Έλλειψη συγκριτικής συστηματικής έρευνας για την επίδραση της απτικής διασύνδεσης (TUI) σε σχέση με τη γραφική μορφή διασύνδεσης (GUI) στη μάθηση (και ιδίως στον προγραμματισμό)

15 Απτικές διασυνδέσεις 6 Επιστημολογική δραστηριότητα Είναι ίσως ευκολότερο για τον χρήστη να γίνεται πρώτα η φυσική τροποποίηση του εξωτερικού συστήματος και η ερμηνεία του παρά ο νοητικός υπολογισμός και ερμηνεία μιας νέας κατάστασης. «Σκέψη με τα χέρια» Ενσώματα (embodied) σχήματα σκέψης

16 Απτικές διασυνδέσεις 7 Η πρότασή μας: PROTEAS PROgramming TangiblE Activity System 28 κύβοι εντολών & 16 µικρότεροι κύβοι παραµέτρων Οι χρήστες µπορούν να διατάξουν τους κύβους εντολές και µε το πάτηµα ενός κουµπιού να προγραµµατίσουν το NXT Lego Robot να εκτελέσει την αλληλουχία των εντολών. ΗΜΕΡΙΔΑ "ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΟ ΓΗΡΑΝΣΗ" ΣΤ. ΔΗΜΗΤΡΙΑΔΗΣ, ΑΠΘ

17 Απτικές διασυνδέσεις 8 Η ισομορφική γραφική διασύνδεση

18 Γνωστική Άσκηση 1 Τι είναι; Ενεργοποίηση και άσκηση γνωστικών λειτουργιών που γίνεται με στόχο διατήρηση ή και βελτίωση της καλής κατάστασης των του εγκεφαλικού δυναμικού Τυπικά τα τεστ εμπλέκουν τους χρήστες σε κάποιο είδος γνωστικής άσκησης και διερευνούν την ικανότητα του χρήστη να απαντά σωστά μέσα σε εύλογο χρονικό διάστημα καθώς ο γνωστικός φόρτος αυξάνει βαθμιαία.

19 Γνωστική Άσκηση 2 Με τι μοιάζει; Γνωστική Άσκηση με Υποστήριξη Υπολογιστή Computer- Supported CogniRve Training (CSCT) Γνωστική Άσκηση: Delayed Matching to Sample (DMS) Γνωστική λειτουργία στόχος: visual memory Ευαισθησία σε: <δυσλειτουργία εγκεφαλικής περιοχής> Χρόνος εκτέλεσης: < > Μετρήσιμα αποτελέσματα: <παράμετροι εξόδου>

20 Γνωστική Άσκηση 3 Η προσδοκία Η ενασχόληση με γνωστικά σύνθετες δραστηριότητες συνδέεται άμεσα με μειωμένη πιθανότητα εμφάνισης νόσου. Ανασκόπηση μελετών: ηλικιωμένοι που είτε είχαν υψηλό μορφωτικό επίπεδο, είτε ασκούσαν το μυαλό τους συστηματικά είχαν 46% χαμηλότερη πιθανότητα να εμφανίσουν άνοια. Γνωστική άσκηση à Διατήρηση / Βελτίωση κατάστασης Γνωστική αξιολόγηση à Χαμηλές επιδόσεις στα τεστ μπορεί να είναι ένδειξη αρχόμενης νόσου

21 Γνωστική Άσκηση 4 Ο προβληματισμός Οι άνθρωποι που εφαρμόζουν μια συγκεκριμένη νοητική άσκηση παρουσιάζουν σημαντική βελτίωση στην άσκηση αυτή, αλλά η βελτίωση δεν «μεταφέρεται» γενικά σε κάθε μορφή γνωστικής λειτουργίας "it's really Rme for researchers to think about a broad or holisgc approach that exercises or trains the mind in general in order to start to improve cogniron more broadly. Jason Allaire, North Carolina State University

22 Γνωστική Άσκηση 5 2Δ: Κατασκευαστική ικανότητα Ικανότητα που εκφράζεται μέσω οπτικο- κατασκευαστικών δραστηριοτήτων: ασκήσεις στο χώρο με σύνθεση και κατασκευή Μέτρα: Χρόνος συμπλήρωσης & Ακρίβεια Σειρά σύνθεσης & Στρατηγική Δεν έχουν ακόμη αυτοματοποιηθεί με υπολογιστή.

23 Γνωστική Άσκηση 6 3Δ Κατασκευαστική ικανότητα CogniRve Cubes

24 Γνωστική Άσκηση 7 Κατασκευαστική ικανότητα Μπορεί να συνδεθεί με δυσλειτουργίες του μη- λεκτικού δεξιού εγκεφαλικού ημισφαιρίου καθώς και την πρώιμη εμφάνιση της νόσου Alzheimer Ασκήσεις με απτικές διασυνδέσεις μπορεί να αποτελέσουν εργαλείο ανίχνευσης της κατασκευαστικής ικανότητας Πιθανώς οι σύνθετες 3Δ κατασκευαστικές ασκήσεις να είναι περισσότερο ευαίσθητες στην ανίχνευση οπτικο- κατασκευαστικών δυσλειτουργιών (σε σχέση με τις απλούστερες 2Δ)

25 Ρομποτική & TUIs ως Γνωστική Άσκηση 1 Στόχευση 1. Προγραμματισμός ρομπότ A. Φυσικό αντικείμενο & Άσκηση με νόημα B. Συνδυασμός γνωστικών λειτουργιών a) Μνήμη (απομνημόνευση εντολών, συμβόλων, κλπ.) b) Σχήματα προγραμματισμού (επιλογή, επανάληψη, κλπ.) c) Δεξιότητες επίλυσης προβλήματος d) Οπτικοχωρικές δεξιότητες 2. Χρήση απτικής διασύνδεσης A. Έναντι γραφικής διασύνδεσης B. Κατασκευαστική ικανότητα 3. Κοινωνική αλληλεπίδραση A. Έναντι ατομικής άσκησης: Η ρομποτική ως κοινωνική συναναστροφή

26 Ρομποτική & TUIs ως Γνωστική Άσκηση 2 Πιλοτική δραστηριότητα Ιούνιος 2013 Ν = 9 MMSE 23-29

27 Ρομποτική & TUIs ως Γνωστική Άσκηση 3 Πιλοτική δραστηριότητα Ασκήσεις 1. Ήχος à Βήμα à Ήχος à Βήμα 2. Βήμα à Φώς On à Βήμα à Φώς Off 3. Βήμα à Στροφή δεξιά à 2 Χ Βήμα (χρήση παραμέτρου) 4. Φώς On à Βήμα à Ήχος à Βήμα à Φώς Off à Βήμα à Ήχος

28 Ρομποτική & TUIs ως Γνωστική Άσκηση 4 Πιλοτική δραστηριότητα Παρατηρήσεις Διασύνδεση: Χωρίς προβλήματα Ασθενείς με υψηλό MMSE (27-29) Εύκολες ασκήσεις: Χωρίς πρόβλημα Χρήση Παραμέτρου; Δύσκολες ασκήσεις: Καθυστερήσεις & ανάγκη για βοήθεια (πχ. χρήση επανάληψης στο "τετράγωνο") Ασθενείς με χαμηλό MMSE (<25) Εύκολες ασκήσεις: επιτυγχάνουν αλλά με χρονική καθυστέρηση Δύσκολες ασκήσεις: Αδύνατη η ολοκλήρωση της άσκησης (ούτε και με βοήθεια)

29 Ρομποτική & TUIs ως Γνωστική Άσκηση 5 Πιλοτική δραστηριότητα Οπτικοχωρική Ικανότητα 2 Χ Βήμα à Στροφή à 3 Χ Βήμα à 4 Χ Βήμα_Πίσω «Πού θα σταματήσει το ρομποτάκι;» (τοποθέτηση σπιτιού) Ο συνδυασμός «Βήμα Στροφή» μπορεί να δημιουργήσει μία σειρά ασκήσεων με αυξανόμενο βαθμό δυσκολίας που πιθανώς να μπορεί να αποτελέσει εργαλείο άσκησης οπτικοχωρικών ικανοτήτων & ανίχνευσης σχετικών δυσλειτουργιών των ασκούμενων.

30 Απτικές διασυνδέσεις και εκπαιδευτική ρομποτική ως εργαλεία για τη γνωστική άσκηση ασθενών με άνοια Ευχαριστώ ;- )