Development of cognitive abilities: design and implementation of a digital tool for measurement

Abstract

This dissertation explores the intersection of cognitive development and digital environments, specifically focusing on how digital tools and robotic agents can facilitate the understanding of Piagetian conservation tasks among children. Building on foundational theories from Piaget and modern cognitive science, the research develops and tests a novel digital platform designed for cognitive assessment. The platform's effectiveness was validated through experiments comparing traditional physical settings with digital and robotic-mediated environments. In the first study, the platform's capabilities were tested, demonstrating its flexibility and suitability for cognitive development research. The second study examined children’s performance on liquid conservation tasks comparing physical and digital environments, resulting in significant findings in cognitive engagement, with implications for digital learning strategies. In the third study, a robotic experimenter was introduced in order to observe potential impacts on task understanding, hypothesizing reduced experimenter bias and greater participant engagement. Findings indicate that digital environments, particularly those involving robotic agents, offer unique advantages in enhancing cognitive assessment and understanding among children, thus providing new insights for educational practices, cognitive and developmental psychology. These results underscore the potential of technology-enhanced environments in shaping future approaches to cognitive development research.

Η παρούσα διατριβή εξετάζει τον ρόλο των ψηφιακών περιβαλλόντων στη γνωστική ανάπτυξη, εστιάζοντας ειδικότερα στον τρόπο με τον οποίο τα ψηφιακά εργαλεία και τα εκπαιδευτικά ρομπότ μπορούν να διευκολύνουν την κατανόηση των Πιαζετικών δοκιμασιών διατήρησης στα παιδιά. Βασισμένη αφενός στη θεμελιώδη θεωρία του Πιαζέ, και αφετέρου σε σύγχρονες θεωρίες γνωστικής επιστήμης, η έρευνα αναπτύσσει και δοκιμάζει μια καινοτόμο ψηφιακή πλατφόρμα σχεδιασμένη για γνωστικές αξιολογήσεις. Η αποτελεσματικότητα της πλατφόρμας επικυρώθηκε μέσω πειραμάτων που συνέκριναν παραδοσιακά φυσικά περιβάλλοντα με ψηφιακά και ρομποτικά-υποβοηθούμενα περιβάλλοντα. Στην πρώτη μελέτη, δοκιμάστηκαν οι δυνατότητες της πλατφόρμας, επιδεικνύοντας την ευελιξία της και την καταλληλότητά της για έρευνες γνωστικής ανάπτυξης. Η δεύτερη μελέτη εξέτασε την απόδοση των παιδιών σε δοκιμασίες διατήρησης υγρού σε φυσικά και ψηφιακά περιβάλλοντα, αποκαλύπτοντας σημαντικά ευρήματα στη γνωστική έρευνα, με συνέπειες για τις στρατηγικές ψηφιακής μάθησης. Στην τρίτη μελέτη, παρουσιάστηκε ένας ρομποτικός πειραματιστής για να παρατηρηθούν οι πιθανές επιδράσεις στη κατανόηση της δοκιμασίας, με την υπόθεση ότι θα μειώσει τη μεροληψία του πειραματιστή και θα αυξηθεί τη αλληλεπίδραση των συμμετεχόντων. Τα ευρήματα δείχνουν ότι τα ψηφιακά περιβάλλοντα, ειδικά αυτά που περιλαμβάνουν ρομποτικούς παράγοντες, προσφέρουν μοναδικά πλεονεκτήματα στην ενίσχυση της γνωστικής αξιολόγησης και κατανόησης των παιδιών, προσφέροντας νέες προοπτικές για τις εκπαιδευτικές πρακτικές, τη γνωστική και την αναπτυξιακή ψυχολογία. Τα αποτελέσματα αυτά υπογραμμίζουν το δυναμικό των ψηφιακών τεχνολογιών στη διαμόρφωση μελλοντικών προσεγγίσεων στην έρευνα γνωστικής ανάπτυξης.