Computere kan hjælpe K-8 matematiklærere med at forstå elevernes tankeprocesser

Cornell CIS-forskere arbejder på computersoftware, der kan hjælpe K-8 matematiklærere med at bedømme matematikopgaver. Forskere vil præsentere deres forskning på Conference on Human Factors in Computing Systems, 21.-26. April i Montreal.

"Jeg har været interesseret i at arbejde med teknikker til automatisk uddannelse og forsøge at gøre lærernes liv lettere, sagde Erik Andersen, adjunkt i datalogi. "En af de ting, lærere bruger meget tid på, er at bedømme. Men karakterering er mere kompliceret end svaret er rigtigt eller forkert. Det, lærerne bruger meget tid på, er at tildele delvis kredit og arbejde individuelt for at finde ud af, hvad eleverne gør os forkerte. Vi forestiller os en fremtid, hvor pædagoger bruger mindre tid på at forsøge at rekonstruere, hvad deres elever tænker og mere tid til at arbejde direkte med deres elever. "

Andersen har arbejdet sammen med Sumit Gulwani fra Microsoft Research om at "lave fede ting" med programmering som eksempel. "Arbejdet forsøger at ombygge din tankeproces. Vi bygger en algoritme, der udleder og rekonstruerer, hvordan eleven laver lektier - vi oversætter hensigt, "sagde Andersen.

Forskerne arbejdede med et datasæt fra Metametrics på cirka 300 elever, der løste additions- og subtraktionsproblemer og brugte disse eksempler til at rekonstruere, hvad eleverne muligvis gør rigtigt eller forkert.

"Dette var teknisk udfordrende, og løsningen interessant, "sagde Andersen." Vi arbejdede på at komme med en effektiv datastruktur og algoritme, der ville hjælpe systemet med at sortere igennem et enormt rum af mulige ting, eleverne kunne tænke. Vi fandt ud af, at 13 procent af disse elever lavede klare systematiske procedurefejl, og forskernes algoritme lærte at replikere 53 procent af disse fejl på en måde, der virkede nøjagtig. Nøglen er, at vi ikke giver det rigtige svar til computeren - vi beder computeren om at udlede, hvad eleven muligvis gør forkert. Dette værktøj kan faktisk vise en lærer, hvad eleven misforstår, og det kan demonstrere proceduremæssige misforståelser for en pædagog lige så vellykket som en menneskelig ekspert. "

Det ultimative mål for softwaren er at give lærerne en karakterløsning, der også vil generere rapporter om overordnede undervisningsresultater for klasseværelset og løsningsområder, hvor lærerne skal fokusere mere energi. Softwaren fungerer kun med simpel matematik som subtraktion og addition, men vil gå videre til algebra og mere avancerede ligninger i fremtiden.