Nauczyciel poznawczy

Korepetytor kognitywny to szczególny rodzaj inteligentnego systemu korepetycji , który wykorzystuje model kognitywny do przekazywania informacji zwrotnych studentom podczas pracy nad problemami. Ta informacja zwrotna natychmiast poinformuje uczniów o poprawności lub niepoprawności ich działań w interfejsie nauczyciela; jednak korepetytorzy kognitywni mają również możliwość udzielania kontekstowych wskazówek i instrukcji, aby poprowadzić uczniów do rozsądnych kolejnych kroków.

Wstęp

Nazwa Cognitive Tutor® obecnie zwykle odnosi się do określonego rodzaju inteligentnego systemu korepetycji opracowanego przez Carnegie Learning dla matematyki w szkole średniej, opartego na teorii ludzkiego poznania ACT-R Johna Andersona . Jednak korepetycje kognitywne były pierwotnie opracowywane w celu testowania teorii ACT-R do celów badawczych od wczesnych lat 80. XX wieku i są opracowywane również dla innych obszarów i przedmiotów, takich jak programowanie komputerowe i nauki ścisłe. Cognitive Tutors można wdrażać w salach lekcyjnych w ramach nauczania mieszanego , które łączy zajęcia z podręcznika i oprogramowania.

Programy Cognitive Tutor wykorzystują model kognitywny i opierają się na śledzeniu modelu i śledzeniu wiedzy. Śledzenie modelu oznacza, że ​​korepetytor sprawdza każdą czynność wykonaną przez ucznia, taką jak wpisanie wartości lub kliknięcie przycisku, podczas gdy śledzenie wiedzy służy do obliczania wymaganych umiejętności, których uczą się uczniowie, mierząc je na wykresie słupkowym zwanym Skillometer. Śledzenie modelu i śledzenie wiedzy są zasadniczo wykorzystywane do monitorowania postępów w nauce uczniów, kierowania uczniami na właściwą ścieżkę rozwiązywania problemów i przekazywania informacji zwrotnych.

Instytut Nauk o Edukacji opublikował kilka raportów dotyczących skuteczności Carnegie Cognitive Tutor®. W raporcie z 2013 roku stwierdzono, że programy Carnegie Learning Curricula i Cognitive Tutor® mają mieszany wpływ na osiągnięcia matematyczne uczniów szkół średnich. W raporcie zidentyfikowano 27 badań, które badają skuteczność Cognitive Tutor ®, a wniosek opiera się na 6 badaniach, które spełniają standardy What Works Clearinghouse. Spośród 6 uwzględnionych badań, 5 z nich wykazało pośredni lub znaczący pozytywny efekt, podczas gdy 1 badanie wykazało statystycznie istotny efekt negatywny. Inny raport opublikowany przez Institute of Education Sciences w 2009 roku wykazał, że Cognitive Tutor® Algebra I ma potencjalnie pozytywny wpływ na osiągnięcia z matematyki na podstawie tylko 1 badania z 14, które spełnia standardy What Works Clearinghouse. należy rozumieć, że standardy What Works Clearinghouse wezwać stosunkowo dużą liczbę uczestników, prawdziwie losowe przydziały do ​​grup oraz grupę kontrolną nie otrzymującą żadnego leczenia lub leczoną inaczej. Takie eksperymentalne warunki są trudne do spełnienia w szkołach, dlatego tylko niewielki procent opracowań oświatowych spełnia standardy tej izby rozliczeniowej, choć mogą one być jeszcze wartościowe.

Podstawy teoretyczne

Architektura czteroskładnikowa

Inteligentne systemy korepetycji (ITS) mają czteroskładnikową architekturę: model domeny, model ucznia, model korepetycji i komponent interfejsu.

Model domeny zawiera zasady, koncepcje i wiedzę związaną z domeną, której należy się nauczyć. Pomaga oceniać wyniki uczniów i wykrywać błędy uczniów, ustanawiając standard wiedzy specjalistycznej w danej dziedzinie.

Oczekuje się, że model ucznia, centralny składnik ITS, będzie zawierał wiedzę o uczniach: ich stanach poznawczych i afektywnych oraz postępach w nauce. Funkcja modelu ucznia jest trojaka: zbieranie danych od io uczniu, reprezentowanie wiedzy ucznia i procesu uczenia się oraz przeprowadzanie diagnostyki wiedzy ucznia i wybieranie optymalnych strategii pedagogicznych.

Model korepetycji wykorzystuje dane uzyskane z modelu domeny i modelu ucznia do podejmowania decyzji dotyczących strategii korepetycji, takich jak interwencja lub nie, kiedy i jak interweniować. Funkcje modelu tutoringu obejmują dostarczanie instrukcji i planowanie treści.

Komponent interfejsu odzwierciedla decyzje podejmowane przez model tutoringu w różnych formach, takich jak sokratejskie dialogi, informacje zwrotne i wskazówki. Uczniowie wchodzą w interakcję z nauczycielem za pośrednictwem interfejsu edukacyjnego, znanego również jako komunikacja. Interfejs udostępnia elementy wiedzy o domenie.

Model poznawczy

Model poznawczy próbuje modelować wiedzę dziedzinową w taki sam sposób, w jaki wiedza jest reprezentowana w ludzkim umyśle. Model poznawczy umożliwia inteligentnym systemom korepetycji reagowanie na sytuacje związane z rozwiązywaniem problemów, tak jak zrobiłby to uczeń. System korepetycji przyjmujący model kognitywny nazywany jest korepetytorem kognitywnym.

Model kognitywny to system ekspercki, w którym znajduje się wiele rozwiązań problemów przedstawianych studentom. Model poznawczy jest używany do prześledzenia rozwiązania każdego ucznia poprzez złożone problemy, umożliwiając nauczycielowi udzielanie informacji zwrotnych i porad krok po kroku oraz utrzymywanie ukierunkowanego modelu wiedzy ucznia w oparciu o wyniki ucznia.

Nauczyciele poznawczy

Nauczyciele kognitywni zapewniają wskazówki krok po kroku, gdy uczeń rozwija złożone umiejętności rozwiązywania problemów poprzez praktykę. Zazwyczaj korepetytorzy kognitywni zapewniają takie formy wsparcia, jak: (a) środowisko rozwiązywania problemów, które jest bogate i „widoczne w myśleniu”; (b) informacje zwrotne krok po kroku dotyczące wyników uczniów; (c) komunikaty zwrotne dotyczące błędów; (d) kontekstowe wskazówki dotyczące następnego kroku na prośbę ucznia oraz (e) zindywidualizowany wybór problemu.

Korepetytorzy kognitywni wykonują dwa główne zadania charakterystyczne dla tutoringu z udziałem ludzi: (1) monitorują wyniki ucznia i udzielają indywidualnych instrukcji dostosowanych do kontekstu oraz (2) monitorują uczenie się ucznia i wybierają odpowiednie działania związane z rozwiązywaniem problemów.

Zarówno model poznawczy, jak i dwa podstawowe algorytmy, śledzenie modelu i śledzenie wiedzy, są używane do monitorowania uczenia się ucznia. W śledzeniu modelu nauczyciel poznawczy wykorzystuje model poznawczy w złożonych problemach, aby podążać indywidualną ścieżką ucznia i zapewniać szybką informację zwrotną dotyczącą dokładności oraz porady dotyczące kontekstu. W śledzeniu wiedzy korepetytor wykorzystuje prostą bayesowską oceny wiedzy ucznia i wykorzystuje ten model ucznia, aby wybrać odpowiednie problemy dla indywidualnego ucznia.

Architektura kognitywna

Rozwój korepetytora kognitywnego jest prowadzony przez architekturę kognitywną ACT-R , która określa ramy leżące u podstaw rozwoju modelu poznawczego lub komponentu eksperckiego korepetytora kognitywnego.

ACT-R , członek rodziny ACT , to najnowsza architektura kognitywna, poświęcona przede wszystkim modelowaniu ludzkich zachowań. ACT-R obejmuje pamięć deklaratywną wiedzy faktograficznej i pamięć proceduralną reguł produkcji. Architektura funkcjonuje poprzez dopasowywanie produkcji do percepcji i faktów, zapośredniczonych przez poziomy aktywacji obiektów o wartościach rzeczywistych, i wykonywanie ich w celu wpłynięcia na środowisko lub zmiany pamięci deklaratywnej. ACT-R został wykorzystany do modelowania aspektów psychologicznych, takich jak pamięć, uwaga, rozumowanie, rozwiązywanie problemów i przetwarzanie języka.

Zastosowanie i wykorzystanie

Pierwszymi rzeczywistymi zastosowaniami korepetytorów kognitywnych był korepetytor sprawdzający geometrię używany przez uczniów szkół średnich oraz minikurs z informatyki na Uniwersytecie Carnegie Mellon z wykorzystaniem korepetytora LISP ze studentami.

Od tego czasu korepetytorzy kognitywni byli wykorzystywani w różnych scenariuszach, a kilka organizacji opracowało własne programy korepetytorów kognitywnych. Programy te były używane z uczniami od szkoły podstawowej do poziomu uniwersyteckiego, ale przede wszystkim w obszarach programowania komputerowego, matematyki i nauk ścisłych.

Jedną z pierwszych organizacji, która opracowała system do użytku w systemie szkolnym, było Centrum PACT na Uniwersytecie Carnegie Mellon. Ich celem było „… opracowanie systemów, które zapewniają zindywidualizowaną pomoc uczniom podczas pracy nad wyzwaniami rzeczywistych problemów w złożonych dziedzinach, takich jak programowanie komputerowe, algebra i geometria”. Najbardziej udanym produktem PACT był Cognitive Tutor Algebra . Kurs ten, pierwotnie utworzony na początku lat 90., był używany w 75 szkołach w Stanach Zjednoczonych do 1999 r., a następnie jego firma spin-off, Carnegie Learning, oferuje obecnie korepetytorów w ponad 1400 szkołach w USA

Wykazano, że Carnegie Mellon Cognitive Tutor podnosi wyniki testów matematycznych uczniów w klasach szkół średnich i gimnazjów, a ich kurs algebry został uznany za jeden z pięciu przykładowych programów nauczania matematyki K-12 prowadzonych przez Departament Edukacji Stanów Zjednoczonych. Było kilka projektów badawczych przeprowadzonych przez PACT Center w celu wykorzystania nauczyciela Cognitive do kursów w Excelu i opracowania inteligentnego systemu korepetycji z pisania wyrażeń algebrowych, zwanego Ms. Lindquist . Ponadto w 2005 roku firma Carnegie Learning wypuściła program Bridge to Algebra , produkt przeznaczony dla gimnazjów, który był pilotowany w ponad 100 szkołach.

Oprogramowanie do korepetycji kognitywnych jest nadal używane. Zgodnie z Business Insider Report , Ken Koedinger, profesor interakcji człowiek-komputer i psychologii na Uniwersytecie Carnegie Mellon, opisuje, w jaki sposób nauczyciele mogą zintegrować oprogramowanie do nauczania poznawczego z klasą. Sugeruje, aby nauczyciele używali go w środowisku pracowni komputerowej lub podczas zajęć. Korepetytorzy kognitywni mogą zrozumieć wiele sposobów, w jakie uczeń może odpowiedzieć na problem, a następnie pomóc uczniowi dokładnie wtedy, gdy pomoc jest wymagana. Co więcej, korepetytor może dostosować ćwiczenia do potrzeb ucznia.

Ograniczenia

W tej chwili nie jest jasne, czy Cognitive Tutor® skutecznie poprawia wyniki uczniów. Cognitive Tutor® odniósł pewien sukces komercyjny, jednak mogą istnieć ograniczenia nierozerwalnie związane z jego konstrukcją i charakterem inteligentnych systemów nauczania. W poniższej sekcji omówiono ograniczenia Cognitive Tutor®, które mogą dotyczyć również innych inteligentnych systemów nauczania.

Program

Obecnie tworzenie Cognitive Tutor® dla wszystkich obszarów tematycznych nie jest praktyczne ani ekonomiczne. Cognitive Tutor® był z powodzeniem używany, ale nadal jest ograniczony do nauczania algebry, programowania komputerowego i geometrii, ponieważ te obszary tematyczne zapewniają optymalną równowagę zasad produkcji, złożoności i maksymalnych korzyści dla ucznia.

Celem rozwoju Cognitive Tutor® było zaprojektowanie oprogramowania do nauczania określonych zasad produkcji, a nie opracowywanie treści programowych. Pomimo wielu lat prób, ulepszeń i potencjału do osiągania celów edukacyjnych, twórcy nadal polegają głównie na zewnętrznych źródłach w zakresie kierowania programem nauczania.

Projekt

Złożoność oprogramowania Cognitive Tutor® wymaga od projektantów poświęcenia setek godzin na godzinę instruktażową na stworzenie programu. Pomimo zainwestowanego czasu, wyzwania związane z zaspokojeniem potrzeb ucznia w ramach ograniczeń projektowych często skutkują kompromisami w zakresie elastyczności i wierności poznawczej.

Praktyczność dyktuje, że projektanci muszą wybierać spośród dyskretnego zestawu metod nauczania i wspierania uczniów. Ograniczony wybór metod, podpowiedzi i wskazówek może być skuteczny we wspieraniu niektórych uczniów, ale może kolidować z metodami już używanymi przez innych. Ponadto możliwe jest, że uczniowie będą korzystać z systemu podpowiedzi i podpowiedzi, aby przedwcześnie uzyskać dostęp do odpowiedzi, tym samym przechodząc przez ćwiczenia, co może spowodować, że nie osiągną celów uczenia się.

Model

Model poznawczy , który zainspirował Cognitive Tutor®, opiera się na założeniach dotyczących sposobu uczenia się, co dyktuje wybrane metody instruktażowe, takie jak podpowiedzi, kierunki i czas pojawiania się podpowiedzi. Biorąc pod uwagę te założenia i ograniczone metody prezentacji, Cognitive Tutor® może nie uwzględniać elastycznych, złożonych i różnorodnych sposobów, w jakie ludzie tworzą wiedzę. Ludzcy korepetytorzy przewyższają Cognitive Tutor®, zapewniając wyższy poziom reakcji na błędy uczniów. Są w stanie zapewnić uczniom skuteczniejsze informacje zwrotne i rusztowanie niż Cognitive Tutor®, co wskazuje, że model poznawczy może być nadal niekompletny.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cognitive_tutor&oldid=1130780024 ”