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Huang J, Yu C, Wang Y, et al. FOCUS: enhancing children’s engagement in reading by using contextual BCI training sessions[C]//Proceedings of the 32nd annual ACM conference on Human factors in computing systems. ACM, 2014: 1905-1908.

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研究手段

设计并使用“FOCUS”系统实时监测学生的参与度，并提供“结合学习环境的BCI训练”去提高学生阅读时的参与度。

研究目的

本实验的目的是评估”FOCUS”系统设计的有效性，并验证其是否能提高儿童的参与水平。

相关研究基础

公式1：

FOCUS 系统细节

1. 硬件组成
   Emotive + Specific BOOK + PicoProjector
   （脑电仪 + 特制的书 + 微型投影仪）
2. 原理
   学生戴着脑电设仪阅读书中内容，当脑电仪检测到学生的参与水平太低时，使用微型投影仪将设计好的“BCI Training Session”投影到书本上，提高学生的参与度。
3. BCI Training
   • 与课程内容高度相关
   • 当参与度降低，BCI training激发
4. 脑电仪-Emotive
   • 仅使用O1,O2两个电极
     
   • 去除伪迹方法为ICA-独立成分分析
   • 最终的参与度比率值为O1，O2两个电极的脑电波各自在公式1下的平均值。
     EEG Engagement = mean（公式1(O1)，公式1(O2)）
5. 界定参与度高低与激发BCI training的时机的方法
   • 选用两个阈值，L1，L2，这两个阈值是有个体差异的，并不固定。
     
   • 当参与度降低到L1以下并持续6秒时，触发BCI Training，直到其参与度水平上升到L2以上并持续6秒时，停止BCI training任务。

被试信息

共有24名参与者(14名女孩和10名男孩)参加了这项实验。所有参与者都来自一所小学。平均年龄7.56(SD=0.86)，6~8.5岁。

课程和BCI Training设计

1. 四节课程：从儿童百科全书中挑选且由该校文学老师进行深度调整，以确保四节课程的难度大致相同，课程主题如下：
   • solar system
     太阳系
   • Earth’s Rotation
     地球的自转（昼夜交替）
   • Earth’s revolution
     地球的公转（四季更迭）
   • Earth’s climates
     地球的气候
2. 四节对应的BCI Training
   • planet zooming
     星球的放大与缩小
   • rotatin earth
     对地球进行旋转
   • makeing flower bloom
     使花朵开放
   • making ballon rise
     使气球上升

任务模式

1. 每位参与者使用两种阅读模式：
   • 语境阅读模式
     在这种模式中，BCI Training自动在参与度较低的时候被激活呈现。
   • 顺序阅读模式
     在这种模式中，被试西安阅读课程，然后做BCI Training
2. 设计两种模式的目的是保证对照组与实验组接受的知识量是相同的，因为BCI Training是与课程内容高度相关的。
3. 两种模式的呈现顺序在所有被试中进行了平衡（ＡＢ－ＢＡ）

实验流程

1. 播放视频，介绍实验操作
2. 问题质询，判断被试是否对将要学的课程有过前置的知识，如果有，更换为另一节课程。
3. 执行三项校准任务，确定L1，L2
   • 5min 休息
   • 5min 阅读
   • 5分钟 BCI Training
   • L1= mean(休息)，即将休息状态的参与度平均值定义为L1
   • L2=MAX(max(阅读)，mean(BCI Training))即从阅读状态时参与度的最大值与BCI traing 时参与度的平均值中取较大的值定为L2
4. 正式实验
5. 实验课程后被试执行 Recall-Task，Quiz-Task以及对”FOCUS系统”的基于问卷的评估。

结果分析

1. 语境阅读模式的参与度显著高于顺序阅读模式的参与度，证明语境阅读BCI Training session（唯一变量）对学生阅读参与度有正向影响。
2. 语境阅读模式的Recall-Task和Quiz_Task的完成效果均显著优于顺序阅读模式。证明“FOCUS”系统确实对阅读成绩提高有效。
3. 对“FOCUS”系统用户体验的调查显示，学生对FOCUS系统有着浓厚兴趣，倾向于使用BCI Training 并在其中获得了成就感。