Real-Time AI-Driven Assessment and Scaffolding that Improves Students’ Mathematical Modeling during Science Investigations

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作者
Amy Adair,Michael São Pedro,Janice D. Gobert,Ellie Segan
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science [Springer Science+Business Media]
卷期号:: 202-216 被引量:10
标识
DOI:10.1007/978-3-031-36272-9_17
摘要

Developing models and using mathematics are two key practices in internationally recognized science education standards, such as the Next Generation Science Standards (NGSS) [1]. However, students often struggle at the intersection of these practices, i.e., developing mathematical models about scientific phenomena. In this paper, we present the design and initial classroom test of AI-scaffolded virtual labs that help students practice these competencies. The labs automatically assess fine-grained sub-components of students’ mathematical modeling competencies based on the actions they take to build their mathematical models within the labs. We describe how we leveraged underlying machine-learned and knowledge-engineered algorithms to trigger scaffolds, delivered proactively by a pedagogical agent, that address students’ individual difficulties as they work. Results show that students who received automated scaffolds for a given practice on their first virtual lab improved on that practice for the next virtual lab on the same science topic in a different scenario (a near-transfer task). These findings suggest that real-time automated scaffolds based on fine-grained assessment data can help students improve on mathematical modeling.
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