SBIR Phase I: Spatial Visualization Training with Touchscreens

SBIR 第一阶段:触摸屏空间可视化培训

基本信息

  • 批准号:
    1648534
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.49万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-12-15 至 2017-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This SBIR Phase I project will provide an interactive learning environment for educational sketching which is critical in many Science, Technology, Engineering, and Math (STEM) fields. Sketching is an integral part of education from elementary school arithmetic to high school physics, and is used in professions ranging from medicine to engineering. Sketching is part of spatial visualization training, which has been shown to increase graduation rates, especially among women and other underrepresented minorities. Until now, sketching assignments have been done with pencil and paper. This project will bring sketching assignments to touchscreens on tablets and computers. The algorithm developed will provide students with real-time feedback based upon their preliminary attempts, and teachers will be able to see exactly where students are having difficulty. A unique advantage of this approach is that it tracks student persistence and rewards students who stick with a sketching assignment until completed correctly. This is an advantage over most online education that relies on multiple-choice questions, which can only be attempted once. The project will initially focus on spatial visualization training for college engineering students, but ultimately will extend throughout STEM and be adapted for K-12. The increase in retention of students in STEM will aid in meeting the national targets to support economic growth.The software developed will automatically grade student sketches and provide feedback similar to an expert teacher. When a student makes an error, personalized hints are generated. By providing incremental help and rewarding students when they try on their own, student persistence is encouraged. The sketching will be performed on touchscreens, and the software will be compatible with iOS, Android, Windows, Chrome, and Linux operating systems. There are significant challenges with grading sketches, especially when compared to multiple-choice questions. If the grading algorithm is too lenient or too strict, students will lose confidence in the software. The grading algorithm will consider the sketched image, the difficulty of the assignment, and will utilize sketching data from early trials for fine-tuning purposes. Personalized assignments that gradually increase in difficulty as needed, as well as interactive 3D graphics and animations will be provided. A teacher interface will be developed that shows each student's progress down to the detail of each sketch attempt. Additionally, a metric will be developed to quantify student persistence based upon reliance on hints in order to identify which students need more individual mentoring. The scope of this project is the development of the grading algorithm, user interface, assignment and tutorial content, and teacher interface.
该 SBIR 第一阶段项目将为教育素描提供交互式学习环境,这在许多科学、技术、工程和数学 (STEM) 领域至关重要。素描是从小学算术到高中物理教育中不可或缺的一部分,并应用于从医学到工程的各个行业。素描是空间可视化培训的一部分,已被证明可以提高毕业率,特别是对于女性和其他代表性不足的少数群体。到目前为止,素描作业都是用铅笔和纸完成的。该项目将把草图作业带到平板电脑和计算机的触摸屏上。开发的算法将根据学生的初步尝试为学生提供实时反馈,教师将能够准确地看到学生的困难所在。这种方法的一个独特优势是,它可以跟踪学生的毅力,并奖励坚持完成素描作业直到正确完成的学生。与大多数依赖多项选择题的在线教育相比,这是一个优势,这些问题只能尝试一次。该项目最初将重点关注大学工程专业学生的空间可视化培训,但最终将扩展到整个 STEM 领域并适用于 K-12。 STEM 学生保留率的提高将有助于实现支持经济增长的国家目标。所开发的软件将自动对学生的草图进行评分并提供类似于专家教师的反馈。当学生犯错时,会生成个性化提示。通过提供增量帮助并在学生自己尝试时给予奖励,可以鼓励学生坚持不懈。绘图将在触摸屏上进行,该软件将与 iOS、Android、Windows、Chrome 和 Linux 操作系统兼容。给草图评分存在重大挑战,特别是与多项选择题相比。如果评分算法太宽松或太严格,学生就会对软件失去信心。评分算法将考虑草图图像、作业的难度,并将利用早期试验的草图数据进行微调。将提供根据需要逐渐增加难度的个性化作业,以及交互式 3D 图形和动画。将开发一个教师界面,显示每个学生的进度,具体到每次草图尝试的细节。此外,将开发一个指标来根据对提示的依赖来量化学生的坚持程度,以确定哪些学生需要更多的个人指导。该项目的范围是评分算法、用户界面、作业和教程内容以及教师界面的开发。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Improvement in Freehand Sketching Application for Spatial Visualization Training
空间可视化训练中手绘应用的改进
INCREASING STUDENT PERSISTENCE IN A SKETCHING APP FOR SPATIAL VISUALIZATION TRAINING
提高学生对素描应用程序的坚持以进行空间可视化培训
  • DOI:
    10.21125/iceri.2017.1410
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Van Den Einde, Lelli;Delson, Nathan;Cowan, Elizabeth;Yang, Daniel
  • 通讯作者:
    Yang, Daniel
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  • 通讯作者:
    Mary Krinsky

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