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

计算机科学 交叉口(航空) 任务(项目管理) 数学实践 钥匙(锁) 虚拟实验室 人工智能 人机交互 数学教育 多媒体 系统工程 工程类 数学 计算机安全 航空航天工程
作者
Amy Adair,Michael São Pedro,Janice D. Gobert,Ellie Segan
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science 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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