Implementation of the Heinrich Spatial Visualization Test in a Virtual Environment

A virtual environment was developed for PC and Android to be used with a desktop display and the Gear VR, respectively. The goal with it is to measure and enhance the spatial skills of people, because the latter can be achieved by solving simple geometric problems. Originally, this virtual environment consisted only of three such tests, namely the Mental Rotation Test, Mental Cutting Test and Purdue Spatial Visualization Test. Measurements were done in the past with these tests, but now the Heinrich Spatial Visualization Test is also included in the virtual environment. In this paper, its implementation and future measurement plan are presented.

A Comparison between the Spatial Intelligence of the Freshman Engineering Students of Sharif University of Technology and Debrecen University

The goal of this paper is to compare freshman engineering students' spatial abilities (Spatial Intelligence) at two universities: Sharif University in Tehran and Debrecen University of Hungary, focusing on both their final mathematical exam performance and their gender so as to ascertain whether the students differ significantly in terms of their spatial abilities and/or their problem solving methods. The tests used to measure spatial intelligence performance and mental rotation was the Purdue Spatial Visualization Test (PSVT Branoff). The test results have been statistically evaluated and conclusions formulated. The results show that there was no significant difference between Iranian and Hungarian freshman engineering students in the performance of mental rotation tasks. However, a general gender difference in spatial ability performance was evident among the Hungarian students but not among the Iranians. The results also shed light on spatial rotation problem-solving methods that appear to be largely specific to females.

An empirical study of the effect that a computer graphics course has on visual-spatial abilities

Visual-spatial abilities are relevant for performing diverse everyday tasks as well as being successful in multiple fields. This work provides empirical evidence supporting the claim that studying a computer graphics course, as commonly offered in computer science or engineering programs, can help develop stronger visual-spatial abilities. This benefit was estimated with the assessment of students’ performances in a standardized test of visual-spatial abilities. This empirical pre-test/post-test study ran for three consecutive semesters and involved six computer graphics groups where students were evaluated with the Purdue Spatial Visualization Test to measure whether the full-semester working on contents heavily related to 2D/3D geometric transformations had a positive effect on students’ visual-spatial intelligence. Results show a statistically significant increase in the average score in the test, which in turn suggests that these cognitive abilities could be reinforced or trained through the normal course workload. Additional findings in this study suggest that a retest gaining factor is present just by taking the test twice, and that there is a weak correlation between students’ level of visual-spatial abilities at the beginning of the course and the final grades obtained at the end of the semester.

Effects of Mobile Augmented Reality (MAR) towards Students’ Visualization Skills when Learning Orthographic Projection

Recent study shows an increasing interest towards the implementation of augmented reality in teaching and learning. Majority of the studies in this area focuses on how this technology could impact students’ performance and various skills including visualization skills. Hence, the purpose of this study was to examine the differences in students’ visualization skills after utilizing Mobile Augmented Reality (MAR) and conventional learning in orthographic projection classroom. This study involved 60 students and was conducted in Universiti Teknologi Malaysia: 30 students in experimental group used MAR; 30 students in control group used conventional learning. In this study, mental rotation skills were measured using Purdue Spatial Visualization Test of Rotation (PSVT:R) due to its importance to ensure students understanding in orthographic projection. Results from this study showed a significant difference between students in both group where students in experimental group displayed a significantly higher level of visualization skills in terms of mental rotation skills compared to students in control group. At the end of their study, respondents were given a set of questionnaires to obtain their feedback on the use of MAR. Based on students’ positive feedback on MAR, the result proved that it can be an effective spatial visualization tool. MAR is also practical to be used in classrooms since it has low production cost.

Studi tentang Kemampuan Spasial Siswa Sekolah Menengah Pertama (SMP) di Mojokerto

Kemampuan spasial adalah aktivitas kognitif untuk menvisualisasikan objek dalam pikiran termasuk kemampuan untuk mengubah sudut pandang ketika melihat sebuah objek. Kemampuan spasial sangat penting dalam pembelajaran Geometri. Namun, ada kecenderungan dalam pembelajaran tidak memperhatikan aspek ini. Hal ini dapat dilihat dari guru yang hanya focus pada kemampuan siswa dalam penyelesaian masalah. Penelitian ini dilakukan untuk menginvestigasi kemampuan spasial dari siswa SMP. Subjek dalam penelitian adalah siswa kelas VIII SMP di kota Mojokerto. Penelitian ini adalah penelitian deskriptif dengan pendekatan kuantitatif. The Purdue Spatial Visualization Test (PSVT) digunakan untuk mengumpulkan data kemampuan spasial siswa. Subjek penelitian dikelompokkan ke dalam tiga kategori kemampuan spasial, yaitu kemampuan spasial tinggi, sedang dan rendah. Dari analisis statistik diperoleh data bahwa mayoritas siswa berada pada tingkat kemampuan spasial sedang, dengan presentase sebesar 69%. Sedangkan sisanya berada pada tingkat kemampuan spasial tinggi, yaitu 16%, dan kemampuan spasial rendah, yaitu sebesar 15%. Selanjutnya, berdasarkan analisis data disarankan pada guru untuk menciptakan pembelajaran yang dapat meningkatkan kemampuan spasial siswa.

Διερεύνηση με χρήση τεχνικών οφθαλμικών καταγραφών της ευχέρειας χειρισμού και κατανόησης πολλαπλών μοριακών αναπαραστάσεων από φοιτητές χημείας

Η παρούσα διδακτορική διατριβή τμηματοποιείται σε τρία μέρη στα οποία χρησιμοποιούνται διαφορετικά μεθοδολογικά εργαλεία και ερευνητικές μεθοδολογίες για να εξυπηρετηθούν διαφορετικοί ερευνητικοί σκοποί. Στο πρώτο μέρος, γίνεται ανίχνευση των δυσκολιών που παρουσιάζουν οι φοιτητές Χημείας στην κατανόηση και τον χειρισμό δισδιάστατων διαγραμματικών αναπαραστάσεων όπως είναι οι Προβολές Fischer (FP), οι Προβολές Newman (NP) και τα διαγράμματα στικτών και έντονων γραμμών (DW). Γίνεται συσχετισμός των επιδόσεων των φοιτητών σε ανάλογου τύπου ερωτήματα με άλλους γνωστικούς παράγοντες όπως οι οπτικοχωρικές αντιλήψεις και η πρότερη γνώση Χημείας. Για τους σκοπούς αυτούς αναπτύχθηκαν τρία τεστ, ένα για κάθε είδος διαγραμματικής αναπαράστασης, ψηφιοποιήθηκαν δύο τεστ (Purdue Spatial Visualization Test: Rotation και Greek Spatial Ability Test) για τον έλεγχο των οπτικοχωρικών αντιλήψεων και χορηγήθηκε το EChemTest (European Chemistry Test) για τις πρότερες γνώσεις Χημείας. Για την ανίχνευση των χρησιμοποιούμενων στρατηγικών κατά τη μελέτη των αναπαραστάσεων, χρησιμοποιήθηκαν τρεις συνοπτικότερες εκδόσεις των τεστ, οι οποίες απαντήθηκαν σε οφθαλμικό καταγραφέα με χρήση ανάλογης μεθοδολογίας, ενώ ακολούθησαν και ημιδομημένες συνεντεύξεις για την ικανοποίηση του ίδιου στόχου. Εμφανίστηκαν συγκεκριμένες δυσκολίες που συνδέονται με το είδος της αναπαράστασης και με το είδος της διεργασίας που καλείται ο φοιτητής να εκτελέσει. Δε βρέθηκαν ιδιαίτερες συσχετίσεις με την οπτικοχωρική αντίληψη, ενώ παρατηρήθηκε συσχέτιση με την πρότερη γνώση του αντικειμένου. Τέλος, διαφάνηκε ότι συγκεκριμένες στρατηγικές χρησιμοποιήθηκαν από μεγαλύτερο ποσοστό φοιτητών ανά ερωτηματολόγιο. Στο δεύτερο ερευνητικό μέρος, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε εκπαιδευτικό λογισμικό με βάση τη διεθνή βιβλιογραφία και τις παρατηρήσεις του προηγούμενου μέρους, με στόχο την αντιμετώπιση των προβλημάτων και την αναδόμηση των λανθασμένων απόψεων. Ακολούθησε η χρήση του λογισμικού για τη βελτίωση της κατανόησης και του χειρισμού των FP και NP από ένα δείγμα φοιτητών Χημείας, ως μέρος μιας γενικότερης ερευνητικής διαδικασίας αξιολόγησής του. Η μεθοδολογική εργασία έγινε με εφαρμογή ερωτηματολογίων σε ένα δείγμα φοιτητών που χωριζόταν σε δύο ομάδες, με μελέτη των αρχικών και τελικών επιδόσεων μιας ομάδας που δεν πέρασε από τη διαδικασία της εξάσκησης μέσω του εκπαιδευτικού λογισμικού και μιας δεύτερης που εξασκήθηκε. Από την ανάλυση, αρχικά επιβεβαιώθηκαν οι παρατηρήσεις της προηγούμενης ερευνητικής φάσης και σε ένα άλλο επίπεδο έγινε αποτίμηση της χρήσης του λογισμικού. Βασικές παρατηρήσεις που προέκυψαν αφορούσαν το γεγονός ότι οι φοιτητές παρουσίασαν βελτίωση σε συγκεκριμένες κατηγορίες ερωτήσεων των ερευνητικών ερωτηματολογίων, ενώ η χρήση του λογισμικού που αναπτύχθηκε αποτιμάται ως θετική, λόγω της συνολικής βελτίωσης επιδόσεων του εξασκημένου δείγματος και για τα δύο ερωτηματολόγια. Στο τρίτο μέρος της παρούσας διατριβής, γίνεται αναλυτικότερη αποτίμηση του τρόπου χρήσης του λογισμικού και παράλληλα ανιχνεύεται ο τρόπος με τον οποίο οι χρήστες χρησιμοποιούν τις διάφορες αναπαραστάσεις μέσα στο υλικό. Για τις ανάγκες αυτού του τμήματος της έρευνας, δύο ομάδες δείγματος με διαφορετικό επίπεδο εμπειρίας χρησιμοποίησαν το εκπαιδευτικό υλικό μπροστά σε οθόνη οφθαλμικού καταγραφέα, ενώ οι ημιδομημένες συνεντεύξεις που ακολούθησαν απέδωσαν αρκετά ποιοτικά δεδομένα που αναλύθηκαν διεξοδικά και οδήγησαν σε συμπεράσματα σχετικά με τον τρόπο χρήσης του υλικού και των αναπαραστάσεων από τις δύο ομάδες. Φάνηκε ότι οι συμμετέχοντες παρουσίασαν διαφορετική συμπεριφορά χειρισμού της πληροφορίας και των αναπαραστάσεων ανάλογα με την εμπειρία τους, αν και κάποια χαρακτηριστικά των δύο ομάδων ήταν κοινά.

A Multi-User Computer-Aided Design Competition: Experimental Findings and Analysis of Team-Member Dynamics

A competition for teams of three students using a prototype multi-user computer-aided design (MUCAD) tool was held to investigate various hypotheses regarding the performance of teams in such a setting. By comparing models from the competition to the same model in a single-user CAD environment, it is seen that use of a MUCAD system can significantly increase the value-added per unit of calendar time for a modeling effort. An investigation was also made into the causes of the performance differences among the various MUCAD teams which participated in the competition. Analysis of the results shows that teams that encouraged effective forms of communication and teams whose members scored similarly on the Purdue Spatial Visualization Test: Visualization of Rotations (PSVT:R) performed better than other teams. Areas of future research in analyzing teams in MUCAD environments are suggested.

Identifying Freehand Sectional View Technical Drawing Activities in Engineering Design Graphics Course to Enhance Spatial Skills of Engineering Students

Spatial thinking is paramount in engineering education, however there is a lack of reliable data on instructional strategies for developing and improving these skills. In this pilot study, we investigate the feasibility of using students’ freehand sectional view drawings to measure their initial and developing spatial skills in a semester-long engineering design graphics course. Participants included 121 junior-level students (M = 98, F = 23). Preliminary results show moderate-to-strong positive correlations between drawing accuracy and performance on two spatial thinking tests: the Purdue Spatial Visualization Test (PSVT:R), and Santa Barbara Solids Test (SBST).