Luận án tiến sĩ: Designing intelligent tutors that adapt to when students game the system
Luận án tiến sĩ: Thiết kế gia sư thông minh thích ứng để nhận diện & ngăn chặn học sinh gian lận trong hệ thống học tập. Cải thiện hiệu quả giáo dục.
Carnegie Mellon University
Human-Computer Interaction
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
125
Thời gian đọc
19 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Hiểu Hành Vi Gaming the System trong Gia o Du c
Tài liệu này khám phá sâu sắc cách sinh viên tương tác với các môi trường học tập. Một hành vi phổ biến là "gaming the system". Sinh viên "game" khi tìm cách thành công bằng cách khai thác các thuộc tính của hệ thống. Hành vi này không dựa trên việc học kiến thức. Sinh viên không sử dụng kiến thức để trả lời đúng. Thay vào đó, họ tìm kiếm các lỗ hổng hoặc lối tắt của hệ thống. Điều này cho phép họ vượt qua các bài tập mà không cần nắm vững nội dung. Đây là một thách thức lớn trong thiết kế hệ thống giảng dạy thông minh. Hành vi "gaming" gây ra tác động tiêu cực đáng kể. Tài liệu xác định mối liên hệ chặt chẽ giữa "gaming" và kết quả học tập kém. Sinh viên dành thời gian cho việc "gaming" thường đạt điểm thấp hơn. Họ cũng ít có khả năng nắm bắt kiến thức cốt lõi. Việc này làm suy yếu mục đích chính của hệ thống giảng dạy. Hệ thống được thiết kế để hỗ trợ học tập hiệu quả. Tuy nhiên, hành vi "gaming" cản trở quá trình đó. Nó tạo ra một khoảng trống giữa nỗ lực và kết quả học tập thực sự. Các nhà giáo dục cần nhận diện và giải quyết vấn đề này. Mục tiêu chính của nghiên cứu này rất rõ ràng. Nó nhằm hiểu rõ hành vi "gaming". Nghiên cứu cũng tập trung vào việc tự động phát hiện hành vi này. Cuối cùng, mục tiêu là thiết kế lại hệ thống giảng dạy thông minh. Hệ thống mới sẽ thích ứng với hành vi "gaming". Điều này tạo ra một phương pháp học tập hiệu quả hơn. Nghiên cứu sử dụng kết hợp các quan sát định lượng. Học máy cũng là một công cụ quan trọng. Việc này giúp xác định lý do sinh viên "game". Nó cũng làm rõ tác động của hành vi này đến quá trình học tập. Luận án tiến sĩ này cung cấp những hiểu biết sâu sắc về hành vi học tập của sinh viên.
1.1. Khái Niệm Gaming the System
Hành vi "gaming the system" xảy ra khi sinh viên nỗ lực thành công trong môi trường học tập. Thành công này đạt được bằng cách khai thác các đặc tính của hệ thống. Sinh viên không dựa vào việc học tài liệu. Họ không sử dụng kiến thức để trả lời chính xác. Thay vào đó, họ tìm kiếm các lối tắt hoặc lỗ hổng. Điều này giúp họ vượt qua các bài tập mà không cần nắm vững nội dung. Đây là một vấn đề phổ biến trong các hệ thống giảng dạy thông minh và môi trường học tập tương tác. Việc hiểu rõ khái niệm này là bước đầu tiên để giải quyết thách thức. Nó giúp cải thiện hiệu quả của giáo dục số.
1.2. Tác Động Tiêu Cực Đến Học Tập
Nghiên cứu chỉ ra mối liên hệ đáng tin cậy giữa "gaming" và kết quả học tập thấp. Hành vi này làm giảm đáng kể khả năng tiếp thu kiến thức của sinh viên. Sinh viên "gaming" thường có hiệu suất học tập kém hơn. Họ ít khi nắm vững các khái niệm cốt lõi. Việc này ảnh hưởng trực tiếp đến mục tiêu của các hệ thống giảng dạy. Hệ thống được thiết kế để nâng cao sự hiểu biết. Tuy nhiên, "gaming" cản trở quá trình đó. Nó tạo ra một khoảng cách lớn giữa nỗ lực bỏ ra và kiến thức thực sự đạt được. Đây là một vấn đề nghiêm trọng cần được giải quyết trong thiết kế hệ thống giáo dục.
1.3. Mục Tiêu Nghiên Cứu Chuyên Sâu
Mục tiêu chính của luận án là toàn diện. Nó bao gồm việc hiểu sâu sắc hành vi "gaming". Mục tiêu khác là tự động phát hiện hành vi này. Cuối cùng, luận án tìm cách thiết kế lại hệ thống giảng dạy thông minh. Hệ thống mới sẽ có khả năng thích ứng với hành vi "gaming". Điều này nhằm tạo ra một trải nghiệm học tập hiệu quả hơn. Nghiên cứu sử dụng kết hợp các quan sát định lượng trong lớp học. Học máy cũng được áp dụng. Việc này giúp xác định lý do sinh viên "game". Nó cũng phân tích tác động của hành vi này đến quá trình học tập và kết quả học tập. Các mục tiêu này đóng góp vào sự phát triển của công nghệ giáo dục thích ứng.
II. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Gaming đến Kết Quả Học Tập
Luận án tiến sĩ này sử dụng các phương pháp nghiên cứu tiên tiến. Nó nhằm hiểu rõ tác động của hành vi "gaming the system" đến kết quả học tập. Các nghiên cứu đã được thực hiện để làm sáng tỏ mối quan hệ này. Dữ liệu được thu thập thông qua các quan sát định lượng trong môi trường lớp học thực tế. Phương pháp này cho phép phân tích hành vi của học sinh một cách khách quan. Các kết quả nhất quán cho thấy "gaming" có liên quan mật thiết đến hiệu suất học tập thấp. Mối liên hệ này đã được xác nhận nhiều lần. Ngoài ra, nghiên cứu còn phát triển một hồ sơ chi tiết. Hồ sơ này mô tả các đặc điểm của sinh viên "gaming". Sinh viên "gaming" thường thể hiện thái độ tiêu cực. Thái độ này liên quan đến nhiều khía cạnh của trải nghiệm học tập. Việc này bao gồm cả quá trình học tập và môi trường lớp học. Việc hiểu rõ những yếu tố này là rất quan trọng. Nó giúp phát triển các chiến lược can thiệp hiệu quả. Mục tiêu là giải quyết nguyên nhân gốc rễ của hành vi "gaming". Từ đó, nâng cao sự tham gia và thành tích học tập của sinh viên. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về học máy trong giáo dục và phân tích hành vi sinh viên. Nó giúp định hình các chiến lược pedagogical và thiết kế instructional.
2.1. Quan Sát Định Lượng Trong Lớp Học
Nghiên cứu đã tiến hành các quan sát định lượng nghiêm ngặt. Dữ liệu được thu thập trực tiếp từ các môi trường lớp học thực tế. Các quan sát này giúp theo dõi tương tác của học sinh với hệ thống giảng dạy. Việc này tạo ra một bộ dữ liệu phong phú về hành vi "gaming". Dữ liệu sau đó được phân tích bằng các kỹ thuật học máy. Mục tiêu là xác định các mẫu hành vi và mối quan hệ. Kết quả khẳng định "gaming" có liên quan mật thiết đến hiệu suất học tập kém. Mối liên hệ này được chứng minh một cách đáng tin cậy. Dữ liệu này là nền tảng để hiểu sâu hơn về hành vi học tập của học sinh và ứng dụng learning analytics.
2.2. Hồ Sơ Tâm Lý Học Viên
Nghiên cứu đã xây dựng một hồ sơ chi tiết về học sinh "gaming". Hồ sơ này cho thấy một mô hình nhất quán về thái độ. Học sinh "gaming" thường có thái độ tiêu cực đối với nhiều khía cạnh của trải nghiệm học tập. Điều này bao gồm cả việc học và môi trường lớp học. Thái độ tiêu cực có thể biểu hiện qua sự chán nản hoặc thiếu hứng thú. Việc hiểu hồ sơ tâm lý này là then chốt. Nó giúp các nhà giáo dục và nhà thiết kế hệ thống phát triển các chiến lược can thiệp. Mục tiêu là giải quyết nguyên nhân gốc rễ của hành vi "gaming". Điều này thúc đẩy sự tham gia tích cực và cải thiện kết quả học tập. Nó giúp tạo ra môi trường học tập thích ứng hơn.
2.3. Kết Nối Gaming với Kỹ Năng Học
Luận án làm rõ mối liên hệ giữa "gaming" và kỹ năng học tập. "Gaming" không chỉ là một hành vi bề mặt. Nó phản ánh sự thiếu hụt trong chiến lược học tập hiệu quả. Học sinh "gaming" có thể thiếu kỹ năng tự điều chỉnh. Họ cũng có thể chưa phát triển thói quen học tập bền vững. Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc học thực chất. Học sinh cần hiểu sâu tài liệu. Mục tiêu khác với việc chỉ tìm cách vượt qua bài kiểm tra. Việc ngăn chặn "gaming" không chỉ là sửa lỗi hệ thống. Nó còn là việc thúc đẩy các kỹ năng học tập bền vững. Điều này đảm bảo học sinh phát triển năng lực thực sự. Đây là một chiến lược pedagogical quan trọng.
III. Phát Hiện Tự Động Hành Vi Gaming trong Gia ng Dạy
Một thành phần cốt lõi của nghiên cứu này là sự phát triển của một bộ phát hiện. Bộ phát hiện này được thiết kế để tự động nhận diện hành vi "gaming the system". Mục tiêu là tạo ra một công cụ đáng tin cậy. Công cụ này có thể cảnh báo khi sinh viên không tham gia học tập một cách hiệu quả. Bộ phát hiện sử dụng các kỹ thuật học máy tiên tiến. Nó phân tích dữ liệu tương tác của sinh viên với hệ thống giảng dạy. Điều này cho phép hệ thống can thiệp kịp thời. Bộ phát hiện là nền tảng cho việc hỗ trợ thích ứng và cá nhân hóa trải nghiệm học tập. Việc phát hiện chính xác là bước đầu tiên để giải quyết vấn đề "gaming". Nó giúp cải thiện hiệu quả của hệ thống giảng dạy thông minh. Bộ phát hiện được xây dựng dựa trên Mô hình Phản hồi Ngầm (Latent Response Models - Maris 1995). Phương pháp này kết hợp dữ liệu có gắn nhãn và không gắn nhãn. Dữ liệu được sử dụng ở nhiều mức độ chi tiết khác nhau. Việc này tăng cường độ chính xác của mô hình. Mô hình có khả năng chỉ ra học sinh nào "gaming". Nó cũng cho biết khi nào hành vi "gaming" xảy ra. Việc tìm kiếm không gian mô hình tiềm năng được thực hiện hiệu quả. Nó sử dụng kỹ thuật Lọc dựa trên Tương quan Nhanh (Fast Correlation-Based Filtering - Yu and Liu 2003). Điều này đảm bảo tính hiệu quả và độ tin cậy của bộ phát hiện. Khả năng chuyển giao của bộ phát hiện đã được xác nhận. Bộ phát hiện này hoạt động hiệu quả trên bốn bài học khác nhau trong chương trình giảng dạy toán học trung học cơ sở mà không cần đào tạo lại. Điều này chứng tỏ tính mạnh mẽ và khả năng thích ứng của mô hình trong educational technology.
3.1. Phát Triển Thuật Toán Nhận Diện
Luận án đã phát triển một thuật toán nhận diện tự động. Thuật toán này có khả năng phát hiện hành vi "gaming" một cách đáng tin cậy. Mục tiêu là xây dựng một công cụ có thể tự động cảnh báo. Công cụ này sẽ hoạt động khi học sinh "gaming the system". Bộ phát hiện phân tích dữ liệu tương tác với hệ thống giảng dạy. Nó sử dụng các kỹ thuật học máy tiên tiến. Điều này cho phép hệ thống can thiệp kịp thời. Bộ phát hiện là nền tảng cho việc hỗ trợ thích ứng. Nó giúp cá nhân hóa trải nghiệm học tập và nâng cao chất lượng giáo dục. Đây là một bước tiến quan trọng trong khai thác dữ liệu giáo dục.
3.2. Mô Hình Phản Hồi Ngầm Tiên Tiến
Bộ phát hiện được xây dựng dựa trên Mô hình Phản hồi Ngầm (Latent Response Models). Phương pháp này kết hợp dữ liệu có gắn nhãn và không gắn nhãn. Dữ liệu được sử dụng ở nhiều mức độ chi tiết khác nhau. Điều này cải thiện độ chính xác của mô hình. Mô hình có khả năng chỉ ra học sinh nào "gaming". Nó cũng xác định thời điểm hành vi "gaming" xảy ra. Việc tìm kiếm không gian mô hình tiềm năng được thực hiện hiệu quả. Nó sử dụng kỹ thuật Lọc dựa trên Tương quan Nhanh. Điều này đảm bảo tính hiệu quả và độ tin cậy của bộ phát hiện. Nó đại diện cho một bước tiến quan trọng trong machine learning in education.
3.3. Khả Năng Áp Dụng Rộng Rãi
Khả năng chuyển giao của bộ phát hiện đã được kiểm chứng. Bộ phát hiện này hoạt động hiệu quả trên bốn bài học toán học trung học cơ sở khác nhau. Điều đáng chú ý là không cần đào tạo lại. Điều này chứng tỏ tính mạnh mẽ và khả năng thích ứng của mô hình. Khả năng áp dụng rộng rãi này rất quan trọng. Nó cho phép tích hợp bộ phát hiện vào các hệ thống giảng dạy khác. Việc này giúp nâng cao hiệu quả giáo dục trên nhiều lĩnh vực. Bộ phát hiện cung cấp một giải pháp bền vững. Nó giúp các hệ thống giảng dạy thông minh thích ứng với hành vi học sinh và hỗ trợ adaptive learning.
IV. Giải Pháp Gia ng Dạy Thích Ứng Ngăn Chặn Gaming
Phần cuối cùng của luận án tập trung vào việc thiết kế lại hệ thống. Một bài học giảng dạy thông minh hiện có đã được điều chỉnh. Mục tiêu là phản ứng hiệu quả hơn với hành vi "gaming the system". Việc thiết kế lại này không chỉ là thay đổi giao diện. Nó là sự tích hợp các chiến lược sư phạm mới. Các chiến lược này nhằm hướng dẫn học sinh trở lại con đường học tập đúng đắn. Việc này giúp cải thiện trải nghiệm học tập tổng thể. Nó tạo ra một môi trường khuyến khích học sinh tập trung vào kiến thức thực chất. Hệ thống được thiết kế lại tích hợp một đặc vụ hoạt hình. Đặc vụ này có tên là "Scooter the Tutor". Scooter đóng vai trò quan trọng trong việc can thiệp. Nó thông báo cho học sinh và giáo viên về hành vi "gaming" gần đây. Scooter không chỉ cảnh báo. Nó còn cung cấp các bài tập bổ sung cho học sinh. Mục đích là để học sinh có cơ hội thứ hai để học lại tài liệu đã "game" qua. Các kết quả triển khai Scooter rất ấn tượng. Đặc vụ này đã giảm tần suất "gaming" xuống hơn một nửa. Điều này chứng tỏ hiệu quả của việc can thiệp trực tiếp. Các bài tập bổ sung của Scooter cũng liên quan đến việc cải thiện đáng kể kết quả học tập. Học sinh thực sự học được nhiều hơn. Quan trọng hơn, Scooter dường như có ít ảnh hưởng đến học sinh không "gaming". Điều này cho thấy hệ thống thích ứng một cách thông minh. Nó nhắm mục tiêu chính xác vào những người cần hỗ trợ. Giải pháp này đại diện cho một bước tiến lớn. Nó giúp tạo ra các hệ thống giảng dạy thông minh hơn và hiệu quả hơn. Nó thúc đẩy sự tham gia của sinh viên và nâng cao instructional design.
4.1. Thiết Kế Lại Hệ Thống Gia ng Dạy
Một phần cốt lõi của luận án là việc thiết kế lại một bài học giảng dạy thông minh hiện có. Mục tiêu là để hệ thống phản ứng hiệu quả hơn với hành vi "gaming". Việc thiết kế lại không chỉ tập trung vào giao diện. Nó tích hợp các chiến lược sư phạm mới. Các chiến lược này nhằm hướng dẫn học sinh trở lại con đường học tập đúng đắn. Việc này giúp cải thiện trải nghiệm học tập tổng thể. Nó tạo ra một môi trường khuyến khích học sinh tập trung vào kiến thức thực chất. Đây là một ví dụ điển hình về thiết kế hướng đến người dùng. Nó nâng cao student engagement.
4.2. Giới Thiệu Đặc Vụ Scooter the Tutor
Hệ thống được thiết kế lại tích hợp một đặc vụ hoạt hình, tên là "Scooter the Tutor". Scooter đóng vai trò quan trọng trong việc can thiệp. Nó thông báo cho học sinh và giáo viên về hành vi "gaming" gần đây. Scooter không chỉ cảnh báo. Nó còn cung cấp các bài tập bổ sung cho học sinh. Mục đích là để học sinh có cơ hội thứ hai. Họ có thể học lại các tài liệu mà họ đã "game" qua. Scooter là một giao diện thân thiện. Nó cung cấp phản hồi mang tính xây dựng. Điều này giúp học sinh nhận thức được hành vi của mình. Nó cũng hướng dẫn họ cải thiện và phát triển student behavior.
4.3. Hiệu Quả Cải Thiện Học Tập
Kết quả triển khai Scooter rất ấn tượng. Đặc vụ này đã giảm tần suất "gaming" xuống hơn một nửa. Điều này chứng tỏ hiệu quả của việc can thiệp trực tiếp. Các bài tập bổ sung của Scooter cũng liên quan đến việc cải thiện đáng kể kết quả học tập. Học sinh thực sự học được nhiều hơn. Quan trọng hơn, Scooter dường như có ít ảnh hưởng đến học sinh không "gaming". Điều này cho thấy hệ thống thích ứng một cách thông minh. Nó nhắm mục tiêu chính xác vào những người cần hỗ trợ. Giải pháp này đại diện cho một bước tiến lớn. Nó giúp tạo ra các hệ thống giảng dạy thông minh hơn và hiệu quả hơn. Đây là một thành công lớn trong thiết kế tutorial systems.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (125 trang)Nội dung chính
Context length exceeded. Your messages contain 139139 characters (approximately 34784 tokens), but the maximum allowed is 128000 characters (32000 tokens). Please reduce your message length or upgrade to a plan with the Full Context addon. discord.gg/airforce
Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộDesigning Intelligent Tutors That Adapt to When Students Game the System Ryan Shaun Baker December, 2005 Doctoral Dissertation Human-Computer Interaction Institute School of Computer Science Carnegie Mellon University Pittsburgh, PA USA Carnegie Mellon University, School of Computer Science Technical Report CMU-HCII-05-104 Thesis Committee: Albert T. Corbett, co-chair Kenneth R. Koedinger, co-chair Shelley Evenson Tom Mitchell Submitted 1n partialfulfillment of the requirements for the degree ofDoctor ofPhilosophy Copyright © 2005 by Ryan Baker. All rights reserved.
This research was sponsored in part by an NDSEG (National Defense Science and Engineering Graduate) Fellowship, and by National Science Foundation grant REC-043779. The views and conclusions contained in this document are those of the author and should not be interpreted as representing the official policies or endorsement, either express or implied, of the NSF, the ASEE, or the U. UMI Number: 3241593 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction.
In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted. Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion. ® UMI UMI Microform 3241593 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved.
This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Carnegie Mellon DOCTORAL THESIS in the field of HUMAN-COMPUTER INTERACTION School of Computer Science Carnegie Mellon University Pittsburgh, PA 15213 Designing Intelligent Tutors That Adapt to When Students Game the System Ryan Shaun Baker Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy LIC be [2-(S70oS Thesis Committee Co-Chair Date Thesis Committee Co-Chair Date «= : ke 2.Ÿ) l 2a¬j€-át Department Head Date APPROVED: -WA “⁄⁄ Ýí Dean L2 /12/24 Date Keywords: intelligent tutoring systems, educational data mining, human-computer interaction, gaming the system, quantitative field observations, Latent Response Models, intelligent agents Abstract Students use intelligent tutors and other types of interactive learning environments in a considerable variety of ways. In this thesis, I detail my work to understand, automatically detect, and re-design an intelligent tutoring system to adapt to a behaviorI term “gaming the system”.
Students who game the system attempt to succeed in the learning environment by exploiting properties of the system rather than by learning the material and trying to use that knowledge to answer correctly. Within this thesis, Ï present a set of studies aimed towards understanding what effects gaming has on learning, and why students game, using a combination of quantitative classroom observations and machine learning. In the course of these studies, I determine that gaming the system is replicably associated with low learning. I use data from these studies to develop a profile of students who game, showing that gaming students have a consistent pattern of negative affect towards many aspects of their classroom experience and studies.
Another part of this thesis is the development and training of a detector that reliably detects gaming, in order to drive adaptive support. In this thesis, | validate that this detector transfers effectively between 4 different lessons within the middle school mathematics tutor curriculum without re-training. This detector uses Latent Response Models (Maris 1995), combining labeled and unlabeled data at different-grain sizes, in order to train a model to accurately indicate both which students were gaming, and when they were gaming, and uses Fast Correlation-Based Filtering (Yu and Liu 2003) to efficiently search the space ofpotential models. The final part of this thesis is the re-design of an existing intelligent tutoring lesson to respond to gaming.
The re-designed lesson incorporates an animated agent (“Scooter the Tutor”) who indicates to the student and their teacher whether the student has been gaming recently, and gives students supplemental exercises, in order to offer the student another chance to learn material he/she gamed through. Scooter reduced the frequency of gaming by over half, and Scooter’s supplementary exercises were associated with substantially improved learning; Scooter appeared to have little effect on non-gaming students. Acknowledgements The list of people that I should thank for their help and support in completing this dissertation would fill an entire book. Here, instead, is an incomplete list of some of the people I would like to thank for their help, support, and suggestions.
Angela Wagner, Ido Roll, Mike Schneider, Steve Ritter, Tom McGinnis, and Jane Kamneva assisted in essential ways with the implementation and administration of the studies presented in this dissertation. None of the studies presented here could have occurred without the support of Jay Raspat, Meghan Naim, Dina Crimone, Russ Hall, Sue Cameron, Frances Battaglia, and Katy Getman, in welcoming me into their classrooms. The ideas presented in this dissertation were refined through conversations with Ido Roll, Santosh Mathan, Neil Heffernan, Aatish Salvi, Dan Baker, Cristen Torrey, Darren Gergle, Irina Shklovski, Peter Scupelli, Aaron Bauer, Brian Junker, Joseph Beck, Jack Mostow, Carl diSalvo, and Vincent Aleven. My committee members, Shelley Evenson and Tom Mitchell, helped to shape this dissertation into its present form, teaching me a great deal about design and machine learning in the process.
My advisors, Albert Corbett and Kenneth Koedinger, were exceptional mentors, and have guided me for the last five years in learning how to conduct research effectively, usefully, and ethically — I owe an immeasurable debt to them. Finally, I would like to thank my parents, Sam and Carol, and my wife, Adriana. Their support guided me when the light at the end of the dissertation seemed far. Table of Contents Introduction II Gaming the System and Learning 11 IH Detecting Gaming 20 IV Understanding Why Students Game 42 Adapting to Gaming 55 Conclusions and Future Work 88 References 92 Appendices A Cognitive Tutor Lessons 97 B Learning Assessments 104 C Gaming Detectors 118 Chapter One Introduction In the last twenty years, interactive learning environments and computerized educational supports have become a ubiquitous part of students’ classroom experiences, in the United States and throughout the world.
Many such systems have become very effective at assessing and responding to differences in student knowledge and cognition (Corbett and Anderson 1995; Martin and vanLehn 1995; Arroyo, Murray, Woolf, and Beal 2003; Biswas et al 2005). Systems which can effectively assess and respond to cognitive differences have been shown to produce substantial — and statistically significant — learning gains, as compared to students in traditional classes (cf. Koedinger, Anderson, Hadley, and Mark 1997; vanLehn et al 2005). However, even within classes using interactive learning environments which have been shown to be effective, there is still considerable variation in student learning outcomes, even when each student’s prior knowledge is taken into account.
The thesis of this dissertation is that a considerable amount of this variation comes from differences in how students choose to use educational software, that we can determine which behaviors are associated with poorer learning, and that we can develop systems that can automatically detect and respond to those behaviors, in a fashion that improves student learning. In this dissertation, I present results showing that one way that students use educational software, gaming the system, is associated with substantially poorer learning — much more so, in fact, than if the student spent a substantial portion of each class ignoring the software and talking off-task with other students (Chapter 2). J then develop a model which can reliably detect when a student is gaming the system, across several different lessons from a single Cognitive Tutor curriculum (Chapter 3). Using a combination of the gaming detector and attitudinal questionnaires, I compile a profile of the prototypical gaming student, showing that gaming students differ from other students in several respects (Chapter 4).
I next combine the gaming detector and profile of gaming students, in order to re-design existing Cognitive Tutor lessons to address gaming. My re-design introduces an interactive agent, Scooter the Tutor, who signals to students (and their teachers) that he knows that the student is gaming, and gives supplemental exercises targeted towards the material students are missing by gaming (Chapter 5). Scooter substantially decreases the incidence of gaming, and his exercises are associated with substantially better learning. In Chapter 6, I discuss the larger implications of this dissertation, advancing the idea of interactive learning environments that effectively adapt not just to differences in student cognition, but differences in student choices.
Gaming the System I define “Gaming the System” as attempting to succeed in an educational environment by exploiting properties of the system rather than by learning the material and trying to use that knowledge to answer correctly. Gaming strategies are seen by teachers and outsiders as misuse of the software the student is using or system that the student is participating in, but are distinguished from cheating in that gaming does not violate explicit rules of the educational setting, as cheating does. In fact, in some situations students are encouraged to game the system — for instance, several test preparation companies teach students to use the structure of how SAT questions are designed in order to have a higher probability of guessing the correct answer. Cheating on the SAT, by contrast, is not recommended by test preparation companies.
Gaming the System occurs in a wide variety of different educational settings, both computerized and offline. To cite just a few examples: Arbreton (1998) found that students ask teachers or teachers’ aides to give them answers to math problems before attempting the problems themselves. Magnussen and Misfeldt (2004) have found that students take turns intentionally making errors in collaborative educational games in order to help their teammates obtain higher scores; gaming the system has also been documented in other types of educational games (Klawe 1998; Miller, Lehman, and Koedinger 1999). Cheng and Vassileva (2005) have found that students post irrelevant information — in large quantities — to newsgroups in online courses which are graded based on participation.
Within intelligent tutoring systems, gaming the system has been particularly well-documented. Wood and Wood (1999) found that students quickly and repeatedly ask for help until the tutor gives the student the correct answer, a finding replicated by Aleven and Koedinger (2000). Mostow and his colleagues (2002) found in a reading tutor that students often avoid difficulty by re-reading the same story over and over. Aleven and his colleagues (1998) found, in a geometry tutor, that students learn what answers are most likely to be correct (such as numbers in the givens, or 90 or 180 minus one of those numbers), and try those numbers before thinking through a problem.
Murray and vanLehn (2005) found that students using systems with delayed hints (a design adopted by both Carnegie Learning (Aleven 2001) and by the AnimalWatch project (Beck 2005) as a response to gaming) intentionally make errors at high speed in order to activate the software's proactive help. Within the intelligent tutoring systems we studied, we primarily observed two types of gaming the system: 1. quickly and repeatedly asking for help until the tutor gives the student the correct answer (as in Wood and Wood 1999; Aleven and Koedinger 2000) 2. inputting answers quickly and systematically.
For instance, entering 1,2,3,4,. or clicking every checkbox within a set of multiple-choice answers, until the tutor identifies a correct answer and allows the student to advance. In both of these cases, features designed to help a student learn curricular material via problem- solving were instead used by some students to solve the current problem and move forward within the curriculum. The Cognitive Tutor Classroom All of the studies thatI will present in this dissertation took place in classes using Cognitive Tutor software (Koedinger, Anderson, Hadley, and Mark 1995).
In these classes, students complete mathematics problems within the Cognitive Tutor environment. The problems are designed so as to reify student knowledge, making student thinking (and misconceptions) visible.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Từ khóa và chủ đề nghiên cứu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ: Designing intelligent tutors that adapt to when students game the system" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ: Thiết kế gia sư thông minh thích ứng để nhận diện & ngăn chặn học sinh gian lận trong hệ thống học tập. Cải thiện hiệu quả giáo dục.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Designing intelligent tutors that adapt to when students game the system" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Carnegie Mellon University. Năm bảo vệ: 2005.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Designing intelligent tutors that adapt to when students game the system" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Designing intelligent tutors that adapt to when students game the system" thuộc chuyên ngành Human-Computer Interaction. Danh mục: Khoa Học Giáo Dục.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Designing intelligent tutors that adapt to when students game the system" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Designing intelligent tutors that adapt to when students game the system" có 125 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ: Designing intelligent tutors that adapt to when students game the system" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.