一种用于研究近实时真实考试体验的跨学科多模态实验设计

该方案可供社会科学、心理学、教育学、工程学及其他领域中希望利用生物识别技术与多种方法来理解考试、课堂及类似真实体验的研究人员使用。该技术的主要优势在于，旨在识别数据中由运动伪影导致的潜在噪声来源。此外，该方案易于实施，并最大限度减少了昂贵软件的使用。

尽管我们的目标并非诊断疾病，但通过皮肤电传感器和唾液生物标志物所使用的技术，有可能检测出受试者体内的生理和生物学异常。该方法可为教育心理学研究提供洞见，用于探索课堂中的动机与情绪构念。此外，该技术也可应用于市场营销、商业、设计及其他涉及个体认知与情绪过程的研究领域。

研究人员在使用该方法时面临的主要困难是在考虑现有生理学和生物学技术局限性的同时，对拟研究的事件进行时间同步。理解皮肤电活动的过程尤为重要，特别是皮肤电传感器的工作原理，因为目前可用的开源滤波技术较为有限。鉴于该技术旨在结合多种方法和跨学科专业知识用于准实验设计，对该方法进行可视化演示至关重要，以便研究人员能够观察到成功实施该方法所需的并行且协调的操作步骤。

首先设置一个干扰最少的工作环境。意外激活的惊吓反应可能会导致皮肤电活动（EDA）显著升高。确保问卷问题的呈现与皮肤电传感器同步。

使用计算机的内部时钟来确定数据采集的时间范围；如果使用任何支持蓝牙的皮肤电传感器，请将时间同步至格林尼治标准时间。确保所有设备（包括问卷、测试流程、皮肤电传感器和网络摄像头）的时间同步至同一标准至关重要，以避免各数据源记录时间出现偏差。如有需要，可设置网络摄像头从不同角度采集受试者的面部图像。

有关相机位置的建议，请参阅论文正文。对于皮肤电反应传感器读数，需指定一段时间，让参与者处于放松状态，以建立基线 EDA 数据。在考试开始时，指导参与者凝视测试屏蔽物 5 至 15 分钟，或在计算机中预设此提示。

采集唾液样本时，准备一个装有干冰的冷藏箱，其内部温度应为零下20摄氏度，以防止皮质醇样本中的酶在室温下降解。若采用拭子采集法，应指导参与者将拭子置于内侧脸颊或舌下60秒。

建立一个标记系统，使参与者能够在唾液样本准备就绪时通知研究人员。实验前，需提前为参与者安排检查时段，评估其健康状况和饮食习惯，记录用于采集皮肤电活动（EDA）数据的手部优势，并提醒参与者在实验当天避免摄入含糖或含咖啡因的产品。在参与者到达之前，确保传感器已正确校准，软件已完成更新，并使用70%酒精棉片清洁传感器表面。

将EDA传感器佩戴在受试者的非优势手腕上，使传感器的按钮朝下对准拇指方向。让受试者从第二和第三手指之间的缝隙向手腕中段区域画一条假想线，并将传感器电极置于该位置。要求受试者调整传感器绑带。

启动传感器时，应遵循制造商的规程，以确保其设置为可采集数据的状态。对于本方案中使用的设备，需按下传感器按钮持续三秒钟。此时绿色指示灯将间歇闪烁，随后红色指示灯闪烁，最后灯光逐渐熄灭。

在淡出过程中，按下按钮一次并持续一秒钟，如果指示灯闪烁红色，则表示正在记录数据。要关闭传感器，请按住按钮三秒钟，腕带底部的绿灯将逐渐熄灭。

通过将传感器连接到计算机并在管理软件系统中上传数据，以获取传感器中的数据。如果采集唾液样本，在受试者进入实验房间后，为其倒入一盎司水，并要求其漱口后吞下。在检查过程中，使用时间提示来提醒受试者何时采集唾液。

留出60秒时间进行样本采集，然后将其送回检查。采集唾液样本时，应佩戴新的丁腈手套，以尽量减少手部油脂中的粉尘颗粒或污染物转移到样本管中。立即将样本转移至已准备好的冷藏箱中，冷藏箱内部温度为零下20摄氏度。

为了提供真实的测试体验，应与课程讲师协商，使考试内容与课程内容保持一致，并选择一种可在实验环境中复制的课程内容评估方式。同时，确保测试环境与实验设置相一致。为应对测试过程中可能出现的中断情况，应延长额外的答题时间，并设计考试程序，以便在调查提示中断学生答题时，能够使其返回到特定的考试题目继续作答。

确保所有受试者的中断时间保持一致。在整个测试过程中，通过从一个简单问题开始，并在每道测试题之间为受试者提供30秒的休息时间，纳入校准和放松阶段。最后，确保时间戳程序能够记录测试过程中的任何变更，以便实现数据源的匹配。

在实验方案中，必须考虑校准和放松阶段，特别是对于皮肤电反应传感器和唾液生物标志物，因为需要基线值来确定信号噪声或异常数据。本研究测试了两种实验设计：设计A包含皮肤电反应传感器和问卷调查，设计B则额外增加了唾液生物标志物。尽管考试难度相同，但在不同自我效能评分下，正确回答与错误回答之间的平均皮肤电反应值呈现出相反的差异。

在实验设计B中，于考试开始时、中期、结束时以及考试结束后20分钟，分别测量了平均皮肤电活动（EDA）、皮质醇以及唾液α-淀粉酶（sAA）的水平。EDA水平从考试开始到结束逐渐下降，但在考试结束后20分钟恢复，这一趋势与皮质醇和sAA的变化一致。统计学显著性差异显示，EDA与sAA在考试开始和中期之间存在显著相关性，而EDA与皮质醇的显著相关性则出现在考试中期与结束之间。

到第20分钟时，皮肤电活动（EDA）与唾液淀粉酶（sAA）之间，以及皮质醇与唾液淀粉酶之间均显示出显著差异。请确保仪器和实验流程的同步尽可能实现自动化，并在实验开始前检查是否存在错误。该流程支持整合其他生物指标数据，例如眼动触发信号、肌电图，以及其他包含开放式问题和视频提示等形式的服务。

研究人员可利用该技术探索认知、情感、生理与行为表现之间的关联。