Сборник статей

Каталог публикаций Интернет-изданий

переводы публикаций из социальной сети для учёных ResearchGate и из других открытых источников Интернета

Индивидуальное обучение через компьютерных преподавателей


Улучшение образования в области науки, технологий, техники и математики (STEM) имеет решающее значение для любой страны, заинтересованной в поддержании конкурентного преимущества в экономике . Профессии, связанные с STEM и возможности трудоустройства растут с каждым годом (например, репетитор по математике на английском). Обладатели степеней в областях, связанных с STEM, получают более высокий доход, чем их коллеги, не являющиеся STEM. Образование STEM предоставляет основные инструменты, необходимые человеку для успеха и процветания в обществе. Изучение физики является важной вехой в достижении успеха STEM, потому что многие понятия, изученные в физике, представляют собой практическое применение математики и физики, которые распространяются на многие отрасли науки и техники.

Изучение физики открывает целый новый мир возможностей для студентов. Несмотря на этот факт, число студентов, решивших изучать физику во многих странах, не показывает значительного роста, возможно потому, что физика рассматривается как «сложный» предмет. Предпринимаются многочисленные усилия для вовлечения женщин и исторически недопредставленных меньшинств в физику, но прогресс идет медленно. Учителя во всем мире проводят исследования в области физической педагогики и пытаются придумать способы, чтобы вызвать интерес студентов к физике.

В то время как многие увлекательные мероприятия, такие как практические занятия и мультимедиа, могут помочь в представлении новой концепции студентам, долгосрочное удержание может быть достигнуто только путем многократного подкрепления принципов и постоянно бросая вызов студентам при выполнении все более сложных задач. Когда они делают ошибки, важно дать им соответствующую обратную связь. Вклад ученика - петля обратной связи учителя служит для улучшения двусторонней связи между преподавателем и учеником. Эта обратная связь очень информативна в том смысле, что она иллюстрирует разрыв в обучении между успеваемостью учащегося и желаемым результатом обучения. Время и уместность предоставления обратной связи имеют решающее значение. Чем быстрее время обработки обратной связи, тем лучше.

Компьютерный репетитор

Мы создали компьютерного репетитора с использованием инструментов Cognitive Tutor Authoring Tools (CTAT) Университета Карнеги-Меллона, чтобы обучать студентов вычислениям, связанным с ротационной динамикой. Этот репетитор был реализован на уроке физики в университете. Студентов только что читали лекции по понятиям вращательного движения, и им преподавали кинематические уравнения вращательного движения. Студентам, однако, не были предоставлены примеры задач, основанных на вращательном движении. Этот компьютерный репетитор, развернутый в их классе, должен был заполнить этот пробел. 26 студентам было предоставлено 30 задач для решения в классе. В классе был доступен инструктор, чтобы студенты могли задавать вопросы или решать технические вопросы, если таковые имеются.


Рисунок 1: Компьютерный интерфейс обучения для практики вращательной кинематики. Учащиеся должны использовать формулы, представленные на левой панели, и ввести значение неизвестной переменной на правой панели.

Скриншот экрана репетитора, предоставленного учащимся, показан на рисунке 1. Левая панель репетитора состояла из сводки всех кинематических уравнений движения вращения. Студенты должны были использовать их для поиска неизвестной переменной, представленной на правой панели. Если у ученика возникают проблемы с решением проблемы, он может запросить подсказку, нажав на кнопку «подсказка». Учащийся может указать, что он решил проблему, введя значение переменной в текстовое поле и нажав кнопку «Готово». Студентам были показаны три разных набора задач, касающихся трех различных уравнений кинематики вращения. Экран репетитора для каждого из этих упражнений был похож на тот, который показан на рисунке 1.

Репетитор CTAT записывает взаимодействие ученика с репетитором на мелком уровне. Такая информация, как количество попыток, предпринимаемых студентом до получения правильного ответа, количество запросов на подсказки, время, затраченное студентами на получение ответа, записывается программным обеспечением. Все данные от студентов были переданы на сервер Datashop, размещенный в Питтсбургском Центре Науки Обучения (PSLC), и позже проанализированы, чтобы сделать выводы.

Выводы

Таким образом, исследования показывают, что повторение и акцент важны для обучения студентов. Это особенно верно в физике, где разумное понимание требует понимания концепций, а также математических навыков и умения решать проблемы. Мы разработали компьютерного репетитора, чтобы помочь преподавателю развить навыки решения проблем у студентов-первокурсников. Мы использовали программное обеспечение Университета Карнеги-Меллона под названием Cognitive Tutor Authoring Tool (CTAT), которое предоставляет интуитивно понятный и гибкий способ для преподавателей и преподавателей самостоятельно создавать репетитора для своего класса. Наш преподаватель, предназначенный для обучения первокурсников по решению задач по физике, предоставил как телескопическую, так и детальную информацию о том, как группа из 26 студентов взаимодействовала с программным обеспечением. Анализируя данные учеников, мы смогли увидеть, что, хотя большинству учеников было достаточно удобно работать над проблемами, у значительного числа учеников возникли начальные проблемы с решением этих проблем. Однако, взаимодействуя с репетитором, они добились достаточного прогресса. Преподаватель также предоставил данные об уровне сложности, с которым студенты сталкиваются по конкретным проблемам. Эти данные полезны для преподавателя при точной настройке задач преподавателя для их следующего предполагаемого использования со студентами.

Использованные источники

[1] Xie, Y., Fang, M., & Shauman, K. (2015). STEM Education. Annual Review of Sociology, 41(1), 331–357. doi.org/10.1146/annurev-soc-071312-145659

[2] Clifford, M. (1990). Students need challenge, not easy success. Educational Leadership, 48(1), 22–26. Retrieved from       thinkingskillsclub.com/wp-content/uploads/2014/04/risk_success_clifford_1990.pdf

[3] Higgins, R., Hartley, P., & Skelton, A. (2010). Studies in Higher Education The Conscientious Consumer : Reconsidering the role of learning The Conscientious Consumer : reconsidering the role of assessment feedback in student learning. Studies in Higher Education, 27(1), 37–41. doi.org/10.1080/0307507012009936

[4] Askew, S., & Lodge, C. (2000). Gifts, ping-pong and loops-linking feedback and learning. In Feedback For Learning (pp. 1–17).

[5] Aleven, V., McLaren, B.M., Sewall, J., &Koedinger, K.R., Proceedings of the 8th international conference on Intelligent Tutoring Systems, 2006 (pp.61-70) .

[6] Koedinger, K. R., Baker, R. S. J., Cunningham, K., & Skogsholm, A. (2010). A Data Repository for the EDM community : The PSLC DataShop. Handbook of Educational Data Mining, 43–55. doi.org/doi:10.1201/b10274-6


Individualized Learning Through Computer Based Tutors
Vasudeva Rao Aravind, Kevin Croyle 


Авторизация
Забыли свой пароль?