Quantifying epistemic actions in human-computer interaction

As digital systems move away from traditional desktop setups, new interaction paradigms are emerging that better integrate with users’ realworld surroundings, and better support users’ individual needs. While promising, these modern interaction paradigms also present new challenges, such as a lack of paradigm-specific tools to systematically evaluate and fully understand their use. This dissertation tackles this issue by framing empirical studies of three novel digital systems in embodied cognition – an exciting new perspective in cognitive science where the body and its interactions with the physical world take a central role in human cognition. This is achieved by first, focusing the design of all these systems on a contemporary interaction paradigm that emphasizes physical interaction on tangible interaction, a contemporary interaction paradigm; and second, by comprehensively studying user performance in these systems through a set of novel performance metrics grounded on epistemic actions, a relatively well established and studied construct in the literature on embodied cognition. The first system presented in this dissertation is an augmented Four-in-a-row board game. Three different versions of the game were developed, based on three different interaction paradigms (tangible, touch and mouse), and a repeated measures study involving 36 participants measured the occurrence of three simple epistemic actions across these three interfaces. The results highlight the relevance of epistemic actions in such a task and suggest that the different interaction paradigms afford instantiation of these actions in different ways. Additionally, the tangible version of the system supports the most rapid execution of these actions, providing novel quantitative insights into the real benefits of tangible systems. The second system presented in this dissertation is a tangible tabletop scheduling application. Two studies with single and paired users provide several insights into the impact of epistemic actions on the user experience when these are performed outside of a system’s sensing boundaries. These insights are clustered by the form, size and location of ideal interface areas for such offline epistemic actions to occur, as well as how can physical tokens be designed to better support them. Finally, and based on the results obtained to this point, the last study presented in this dissertation directly addresses the lack of empirical tools to formally evaluate tangible interaction. It presents a video-coding framework grounded on a systematic literature review of 78 papers, and evaluates its value as metric through a 60 participant study performed across three different research laboratories. The results highlight the usefulness and power of epistemic actions as a performance metric for tangible systems. In sum, through the use of such novel metrics in each of the three studies presented, this dissertation provides a better understanding of the real impact and benefits of designing and developing systems that feature tangible interaction.

CultuRAM: agenda cultural da Região Autónoma da Madeira

A Região Autónoma da Madeira é uma região turística com uma oferta cultural intensa e diversificada, que é dinamizada por um considerável número de entidades. A necessidade de gerir toda essa oferta torna-se cada vez mais premente. Com esta necessidade surge o conceito de agenda cultural única, um mecanismo que congregue toda a atividade cultural desenvolvida na região. O projeto Agenda Cultural da Região Autónoma da Madeira, designado por CultuRAM, consiste numa aplicação web direcionada às entidades regionais que desenvolvam atividades no domínio da cultura. Essas entidades podem ser públicas ou privadas que estejam ligadas à promoção e divulgação de eventos culturais. Esta plataforma de gestão e divulgação de conteúdos tem por principal objetivo a centralização da gestão e divulgação da atividade cultural desenvolvida na região, posicionando-se como uma agenda cultural única. Com esta ferramenta pretende-se criar as condições necessárias aos diversos intervenientes, de modo a assegurar uma melhor oferta cultural, tanto aos residentes, como aos turistas que nos visitam. Este relatório descreve e documenta os métodos de investigação e fases de desenvolvimento do projeto, com enfase na referência e fundamentação dos modelos e tecnologias utilizadas.

Desenho e implementação de uma plataforma integrada para monitorização e gestão da rede da UMa

Na atualidade, as estruturas e serviços de redes informáticas massificaram-se de forma heterogénea. Aumenta, assim, a importância de garantir aos utilizadores, segurança, fiabilidade e disponibilidade da rede. Posto isto, os administradores de redes têm de manter uma qualidade de serviço elevada utilizando novas formas de vigiar a rede. No âmbito deste projeto, o trabalho desenvolvido, atendendo às necessidades principais do ambiente a ser monitorizado, pretende-se implementar uma solução integrada de gestão das Tecnologias de Informação da Universidade da Madeira, para permitir uma gestão preventiva e corretiva. A abordagem selecionada começou com a fundamentação e conceitos teóricos sobre a gestão de rede, apresentando modelos de gestão de redes e o estudo de quatro sistemas, de domínio público, de gestão e monitorização de redes, destacando as suas principais arquiteturas e funcionalidades. O trabalho continuou com a contextualização do problema através do estudo e descrição da dimensão e da heterogeneidade da rede da Universidade da Madeira. Prosseguiu com a criação de vários cenários de rede que serão utilizados ao longo do trabalho, como apoio nas três partes em que este foi dividido para obter a solução pretendida, nomeadamente a “Contextualização do problema”, “Análise e Desenho da solução” e “Implementação da solução”. Na criação de uma arquitetura de uma solução, tendo em conta as prioridades definidas pelo gestor de rede, este trabalho fornece à Universidade da Madeira um sistema de monitorização e gestão integrada, através do qual os seus gestores de rede poderão, de forma eficiente e contínua, gerir as Tecnologias de Informação pertencentes a esta Instituição.

OpenDataHub: an open dataset management system

This thesis presents a cloud-based software platform for sharing publicly available scientific datasets. The proposed platform leverages the potential of NoSQL databases and asynchronous IO technologies, such as Node.JS, in order to achieve high performances and flexible solutions. This solution will serve two main groups of users. The dataset providers, which are the researchers responsible for sharing and maintaining datasets, and the dataset users, that are those who desire to access the public data. To the former are given tools to easily publish and maintain large volumes of data, whereas the later are given tools to enable the preview and creation of subsets of the original data through the introduction of filter and aggregation operations. The choice of NoSQL over more traditional RDDMS emerged from and extended benchmark between relational databases (MySQL) and NoSQL (MongoDB) that is also presented in this thesis. The obtained results come to confirm the theoretical guarantees that NoSQL databases are more suitable for the kind of data that our system users will be handling, i. e., non-homogeneous data structures that can grow really fast. It is envisioned that a platform like this can lead the way to a new era of scientific data sharing where researchers are able to easily share and access all kinds of datasets, and even in more advanced scenarios be presented with recommended datasets and already existing research results on top of those recommendations.

A virtual agent to sustaining children's engagement in language learning

In this thesis we aimed to explore the potential of gamification - defined as “the use of game elements in non-game contexts” [30] - in increasing children's (aged 5 to 6) engagement with the task. This is mainly due to the fact that our world is living a technological era, and videogames are an example of this engagement by being able to maintain children’s (and adults) engagement for hours straight. For the purpose of limiting complexity, we only addressed the feedback element by introducing it with an anthropomorphic virtual agent (human-like aspect), because research shows that virtual agents (VA’s) can influence behavioural change [17], or even induce emotions on humans both through the use of feedback provided and their facial expressions, which can interpreted in the same way as of humans’ [2]. By pairing the VA with the gamification concept, we wanted to 1) create a VA that is likely to be well-received by children (appearance and behaviour), and 2) have the immediate feedback that games have, so we can give children an assessment of their actions in real-time, as opposed to waiting for feedback from someone (traditional teaching), and with this give students more chances to succeed [32, 43]. Our final system consisted on a virtual environment, where children formed words that corresponded to a given image. In order to measure the impact that the VA had on engagement, the system was developed in two versions: one version of the system was limited to provide a simple feedback environment, where the VA provided feedback, by responding with simple phrases (i.e. “correct” or “incorrect”); for the second version, the VA had a more complex approach where it tried to encourage children to complete the word – a motivational feedback - even when they weren’t succeeding. Lastly we conducted a field study with two groups of children, where one group tested the version with the simple feedback, and the other group tested the ‘motivational’ version of the system. We used a quantitative approach to analyze the collected data that measured the engagement, based on the number of tasks (words) completed and time spent with system. The results of the evaluation showed that the use of motivational feedback may carry a positive effect on engaging children.

Engenharia natural na estabilização de taludes

Na presente dissertação é feita uma abordagem da problemática associada à instabilidade de taludes, destacando-se as técnicas de engenharia natural usadas para o controlo de situações de instabilidade e de movimentos de vertentes. A ilha da Madeira, devido à sua morfologia, características geológicas e episódios de precipitação intensa, revela uma enorme tendência à ocorrência destes movimentos. Como prevenção à instabilidade de um talude é essencial proceder ao levantamento de vários métodos de monotorização e estabilização, assim como definir os riscos associados aos movimentos de vertentes, identificando os seus diferentes tipos e como se iniciam. O trabalho apresentado nesta dissertação tem como objetivos: identificar e tipificar os principais problemas dos taludes e encostas; identificar os aspetos mais importantes do conhecimento das técnicas de reabilitação de taludes e encostas; propor uma metodologia geral de intervenção na reabilitação dos taludes; propor medidas de intervenção e melhoria dos taludes e encostas e, por fim, verificar a aplicabilidade das medidas e metodologias propostas em estudos de casos. No que concerne aos estudos de caso, estes englobaram três ocorrências de deslizamento em áreas destintas do concelho de São Vicente. Procedeu-se ao levantamento da caracterização geral de campo, estudos prévios e projeto de execução de cada uma das áreas a intervencionar. Procurou-se uma técnica de engenharia natural que fosse ao encontro das necessidades dos terrenos em questão, tentando sempre enquadrar as soluções paisagísticas no meio envolvente. Os sistemas vivos a aplicar nas diferentes áreas de estudo, tiveram em conta a localização de São Vicente em plena Floresta Laurissilva tendo-se, ainda, especial cuidado na seleção de espécies endémicas da região.