A model for 3D virtual environment for learning based on the detection of collaboration through an autonomous virtual tutor = Modelo para Detectar la Colaboración en un Entorno Virtual 3D para la Mejora de la Enseñanza Basada en un Tutor Virtual Autónomo

摘要

Abstract The thesis presents a model that, through an autonomous virtual pedagogical agent, can support interaction in the frame of Collaborative Virtual Environments for learning. With the advantage of the visual aspect available in Virtual Environments, specifically the user embodiment, his/her avatar, the model is based on the analysis of nonverbal communication behaviors related to the collaborative interaction that takes place during the accomplishment of a task. In order to explore the potential of the model, only data from nonverbal communication was considered, discarding the comprehension of the students’ dialogue or task information such as its goal or requirements. This additionally promotes its adaptability regardless of the domain, proper for a generic analysis; and it allows its mix or extension with these other tutor capabilities to provide a better understanding of the collaborative interaction and/or to give an amplest instruction. A guideline to relate indicators of effective collaborative learning with nonverbal communication cues, which can be automatically collected from the Collaborative Virtual Environment, was developed. What to measure and how to do it was purposed depending on the different environmental conditions, like whether or not the nonverbal communication cues were available in the environment, the devices to transmit the users’ nonverbal communication to his/her avatar, or the avatar’s mode to display them. In addition, a proposal on how to conduct the analysis was discussed. The approach in this context is been originally established here, thus exploratory studies were conducted for empirical confirmation, if not of the full range of possibilities, of some of them considered representative. The tutor was implemented as a prototype application in a platform for the development of Intelligent multi-user Virtual Environments for Education and Training. The pedagogical agent, via text messages, gives recommendations to a small group of students carrying out a task that implicates the manipulation of objects. When the diagnosis is that the indicators of effective collaborative learning are not properly achieved by the students, the messages are triggered. The application validates the viability of the model. Resumen La tesis presenta un modelo que, a través de un agente virtual pedagógico autónomo, puede auxiliar la interacción dentro del marco de los Entornos Virtuales Colaborativos para el aprendizaje. Con la ventaja del aspecto visual disponible en los Entornos Virtuales, específicamente la personificación del usuario, su avatar, el modelo se basa en el análisis de comportamientos de comunicación no verbal relativos a la interacción colaborativa que tienen lugar durante la realización de una tarea. Con la finalidad de explorar el potencial del modelo únicamente se consideró información proveniente de la comunicación no verbal, descartando la comprensión del dialogo de los estudiantes y la información de la tarea como sus metas o requerimientos. Esto además, promueve su adaptabilidad sin importar el dominio, propio para un análisis genérico, permitiendo su mezcla o extensión con estas otras capacidades de tutoría para proveer una mejor comprensión de la interacción colaborativa y/o dar una instrucción más amplia. Se desarrollaron las directrices para relacionar indicadores de aprendizaje colaborativo efectivo con señales de comunicación no verbal, que pueden ser automáticamente colectadas del Entorno Virtual Colaborativo. Se propuso qué medir y cómo hacerlo dependiendo de las diferentes condiciones del entorno, como son si las señales están o no disponible en el entorno, los dispositivos para transmitir la comunicación no verbal del usuario a su avatar, o la forma en que el avatar despliega las señales. Además, se presenta una propuesta sobre cómo conducir el análisis. El método en este contexto ha sido originalmente establecido aquí, por lo que se realizaron estudios exploratorios para obtener confirmación empírica, si no de todo el rango de posibilidades, de algunas de ellas consideradas como representativas. El tutor fue implementado en una aplicación prototipo en una plataforma para desarrollar Entornos Virtuales Inteligente multiusuario para Educación y Entrenamiento. El agente pedagógico autónomo, mediante mensajes de texto, hace recomendaciones a un pequeño grupo de estudiantes mientras llevan a cabo una tarea que implica la manipulación de objetos. Cuando el diagnostico es que los estudiantes no alcanzan apropiadamente los indicadores de aprendizaje colaborativo efectivo, se activan los mensajes. La aplicación valida la viabilidad del modelo.