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Advisor(s)
Abstract(s)
This dissertation explores how the use of multimodal digital games can be implemented
in the educational environment of Macau S.A.R., particularly in Kindergarten levels.
Today's children need innovative skills to be productive, and creativity and collaboration
are two essential pillars in their learning development. Solutions involving technology can
now form a bridge between Humans and their natural needs, through immersion in digital
environments, which are vibrant with physical objects. Knowledge and information are
changing rapidly, and digital interactive experiences are progressively being studied and
used as tools to address several physical and emotional difficulties during the learning
process. Humans grow by tackling necessary physical manipulations as part of their
natural learning development.
During our research studies, we encouraged the use of digital games in school
environments, and we encountered resistance when trying to establish the benefits of this
practice, both in the teaching and learning environments. To overcome this challenge, we
created and completed experimental studies in several schools, by introducing multimodal
digital games in the three kindergarten levels of Macau's educational system.
With this in mind, we created a framework with multimodal experiences based on flexible
design patterns that exploit essential visual, audio, and tangible elements. Children, from
three to six years of age, learn and play through fun activities and subsequently trigger
creative behaviors following User-Centered design approaches. We used out-of-the-shelf
commercial game platforms (for learning) that have been implemented in learning
environments and educational curriculums around the world. We gathered data from these
studies, giving us insight into how children interact with digital devices and physical
objects in a learning environment sparking the aforementioned creative behaviors.
We also confirmed that these platforms can have a significant impact on engagement when
used in a collaborative environment and that creative behavior arises once freedom is
given to children in a specific dynamic environment.
Multimodal Digital Game Design Models: Fostering Creativity in Macau’s Educational System
The collaborative engagement was observed and strongly supported when games were
used in this context. When exposed to new exciting, fun, and challenging environments,
children create different solutions for the task at hand.
The study leads to the conclusion that the cooperative and social nature of digital and
tangible experiences is a vital and challenging behavior integrated into the learning
development of a child. Multimodal and augmented reality interfaces combine both the
digital and physical worlds to guide actions and behaviors, providing opportunities for
users to develop new and old concepts and skills. Through game-based learning, at an
early stage, children effectively develop their character and ideas by being exposed to new
ways of interaction and physical flexibility.
The outcome of this doctoral research project resulted in a framework to support creativity
in schools with multimodal digital games in learning environments. The said framework
has User-Centered Design and Human-Computer Interaction for children, in consideration,
as well as the incorporation of multimodal experiences based on flexible design patterns.
Our future work will consist of implementing a strategy for the large-scale application of
this framework in schools in Macau S.A.R. and the encouragement of creative thinking in
other more complex scenarios. Future game designs focused on multimodal digital games
are also planned to be developed, having into account the findings of interactivity and
creativity published in this Doctoral Thesis.
Esta tese explora como o uso de jogos digitais multimodais podem ser implementados numa atmosfera educativa em Macau, especificamente nos níveis de jardim de infância. As crianças de hoje precisam de habilidades inovadoras para serem produtivas, e a criatividade e a colaboração são dois pilares essenciais no desenvolvimento da aprendizagem. As soluções que envolvem a tecnologia, podem formar uma ponte entre os seres humanos e suas necessidades naturais, através da imersão em ambientes digitais, que são empolgantes usando objectos físicos. O conhecimento e a informação estão a modificar-se rapidamente, e as experiências interativas digitais estão sendo progressivamente estudadas e usadas como ferramentas para lidar com várias dificuldades físicas e emocionais durante o processo de aprendizagem. Os seres humanos crescem enfrentando as manipulações físicas necessárias como parte do seu desenvolvimento natural de aprendizagem. Durante os nossos estudos de investigação, incentivámos o uso de jogos digitais nos ambientes escolares e encontramos resistência ao tentar fundar os benefícios dessa prática, tanto nos ambientes de ensino como na aprendizagem. Para superar este desafio, criámos e concluímos estudos experimentais em várias escolas, introduzindo jogos digitais multimodais nos três níveis do jardim de infância do sistema educativo de Macau. Tendo isto em mente, criámos uma estrutura de enquadramento com experiências multimodais baseadas em padrões de design flexíveis e que exploram elementos visuais, de áudio e de tangibilidade. Crianças dos três aos seis anos de idade aprendem e brincam através de actividades divertidas e, em seguida, desencadeiam comportamentos criativos seguindo abordagens de design centradas no usuário. Usámos plataformas de jogos comerciais (para a aprendizagem) que foram implementadas em ambientes de aprendizagem e currículos educacionais em todo o mundo. Reunimos através destes estudos, dados, adquirindo informações sobre como as crianças interagem com dispositivos digitais e objectos físicos num ambiente de aprendizagem, desencadeando comportamentos criativos como mencionados acima. Confirmamos também, que estas plataformas podem ter um impacto significativo no seu empenho quando usadas num ambiente colaborativo, em que comportamentos criativos surgem quando a liberdade é dada às crianças num ambiente dinâmico específico. Multimodal Digital Game Design Models: Fostering Creativity in Macau’s Educational System O desempenho colaborativo foi observado e fortemente apoiado quando os jogos foram utilizados neste contexto. Quando expostos a ambientes novos, de desafio, de diversão, e de grande emoção, as crianças criam soluções diferentes para a tarefa em questão. O estudo leva à conclusão de que a natureza cooperativa e social das experiências digitais e tangíveis é um comportamento vital e de grande desafio, integrado no desenvolvimento da aprendizagem de uma criança. As interfaces multimodais e de realidade aumentada combinam os mundos digital e físico para orientar acções e comportamentos, oferecendo oportunidades para os usuários desenvolverem novos e antigos conceitos e habilidades. Através da aprendizagem baseada em jogos, numa etapa inicial, as crianças desenvolvem efectivamente o seu caráter, e ideias, sendo expostas a novas formas de interacção e flexibilidade física. O resultado deste projecto de investigação de doutoramento, resultou numa estrutura de enquadramento que visa a apoiar a criatividade nas escolas através de jogos digitais multimodais em ambientes de aprendizagem. Esta estrutura possui elementos de Design Centrado no Usuário e na Interação Humano-Computador para as crianças em consideração, bem como a incorporação de experiências multimodais baseadas em padrões de design flexíveis. No futuro o nosso trabalho, consistirá na implementação de uma estratégia para a aplicação em larga escala, desta estrutura de enquadramento nas escolas de Macau e num incentivo ao pensamento criativo em outros cenários mais complexos. Também estão planeados futuros projectos de jogos focados em jogos digitais multimodais, levando em consideração os resultados da interatividade e da criatividade publicados nesta tese de doutoramento.
Esta tese explora como o uso de jogos digitais multimodais podem ser implementados numa atmosfera educativa em Macau, especificamente nos níveis de jardim de infância. As crianças de hoje precisam de habilidades inovadoras para serem produtivas, e a criatividade e a colaboração são dois pilares essenciais no desenvolvimento da aprendizagem. As soluções que envolvem a tecnologia, podem formar uma ponte entre os seres humanos e suas necessidades naturais, através da imersão em ambientes digitais, que são empolgantes usando objectos físicos. O conhecimento e a informação estão a modificar-se rapidamente, e as experiências interativas digitais estão sendo progressivamente estudadas e usadas como ferramentas para lidar com várias dificuldades físicas e emocionais durante o processo de aprendizagem. Os seres humanos crescem enfrentando as manipulações físicas necessárias como parte do seu desenvolvimento natural de aprendizagem. Durante os nossos estudos de investigação, incentivámos o uso de jogos digitais nos ambientes escolares e encontramos resistência ao tentar fundar os benefícios dessa prática, tanto nos ambientes de ensino como na aprendizagem. Para superar este desafio, criámos e concluímos estudos experimentais em várias escolas, introduzindo jogos digitais multimodais nos três níveis do jardim de infância do sistema educativo de Macau. Tendo isto em mente, criámos uma estrutura de enquadramento com experiências multimodais baseadas em padrões de design flexíveis e que exploram elementos visuais, de áudio e de tangibilidade. Crianças dos três aos seis anos de idade aprendem e brincam através de actividades divertidas e, em seguida, desencadeiam comportamentos criativos seguindo abordagens de design centradas no usuário. Usámos plataformas de jogos comerciais (para a aprendizagem) que foram implementadas em ambientes de aprendizagem e currículos educacionais em todo o mundo. Reunimos através destes estudos, dados, adquirindo informações sobre como as crianças interagem com dispositivos digitais e objectos físicos num ambiente de aprendizagem, desencadeando comportamentos criativos como mencionados acima. Confirmamos também, que estas plataformas podem ter um impacto significativo no seu empenho quando usadas num ambiente colaborativo, em que comportamentos criativos surgem quando a liberdade é dada às crianças num ambiente dinâmico específico. Multimodal Digital Game Design Models: Fostering Creativity in Macau’s Educational System O desempenho colaborativo foi observado e fortemente apoiado quando os jogos foram utilizados neste contexto. Quando expostos a ambientes novos, de desafio, de diversão, e de grande emoção, as crianças criam soluções diferentes para a tarefa em questão. O estudo leva à conclusão de que a natureza cooperativa e social das experiências digitais e tangíveis é um comportamento vital e de grande desafio, integrado no desenvolvimento da aprendizagem de uma criança. As interfaces multimodais e de realidade aumentada combinam os mundos digital e físico para orientar acções e comportamentos, oferecendo oportunidades para os usuários desenvolverem novos e antigos conceitos e habilidades. Através da aprendizagem baseada em jogos, numa etapa inicial, as crianças desenvolvem efectivamente o seu caráter, e ideias, sendo expostas a novas formas de interacção e flexibilidade física. O resultado deste projecto de investigação de doutoramento, resultou numa estrutura de enquadramento que visa a apoiar a criatividade nas escolas através de jogos digitais multimodais em ambientes de aprendizagem. Esta estrutura possui elementos de Design Centrado no Usuário e na Interação Humano-Computador para as crianças em consideração, bem como a incorporação de experiências multimodais baseadas em padrões de design flexíveis. No futuro o nosso trabalho, consistirá na implementação de uma estratégia para a aplicação em larga escala, desta estrutura de enquadramento nas escolas de Macau e num incentivo ao pensamento criativo em outros cenários mais complexos. Também estão planeados futuros projectos de jogos focados em jogos digitais multimodais, levando em consideração os resultados da interatividade e da criatividade publicados nesta tese de doutoramento.
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Keywords
Multimodal Digital Tangible Games Children Education Creativity