研究者が個別指導システムの作成に役立つ新しい AI を開発

カーネギーメロン大学の研究者らは、インテリジェントな個別指導システムを構築する方法を実証しました。 これらのシステムは、代数学や文法などのさまざまな科目を教えるのに効果的です。 

研究者らは、教師がコンピューターを教えられるようにするために、人工知能に依存する新しい方法を使用しました。 この方法は言葉遣いがわかりにくいように思えますが、コンピューターが人間の教師から教え方を教えられると考えてください。 複数列の加算など、特定の問題の解決方法を人間の教師がコンピューターに教えて教えることができます。 コンピュータが問題を間違えた場合、教師はそれを修正できます。 

問題を自力で解決する

この方法の興味深い点の XNUMX つは、コンピュータ システムが、教えられた方法で問題を教えて解決できるだけでなく、トピック内の他のすべての問題も一般化することで解決できることです。 これは、コンピュータが教師が教えた方法とは異なる方法で問題を解決してしまう可能性があることを意味します。 

Daniel Weitekamp III は、CMU のヒューマン コンピュータ インタラクション研究所 (HCII) の博士課程の学生です。 

「学生は問題を解決するための XNUMX つの方法を学ぶかもしれません。それで十分でしょう」と Weitekamp 氏は言います。 「しかし、個別指導システムは問題を解決するためにあらゆる種類の方法を学習する必要があります。 問題を解決する方法だけでなく、問題解決を教える方法を学ぶ必要があります。」

Weitekamp 氏が説明する課題は、AI ベースの個別指導システムの開発における最大の課題の XNUMX つです。 新しく開発されたインテリジェントな個別指導システムは、生徒の進歩を追跡し、次に何をすべきかを決定するのに役立ち、効果的な練習問題を選択することで生徒が新しいスキルを身に付けるのを支援します。 

AIを活用した個別指導システムの開発

Ken Koedinger は、人間とコンピューターのインタラクションと心理学の教授です。 Koedinger は、インテリジェントな家庭教師の初期開発者の 200 人であり、他の人たちと協力して、制作ルールを手作業でプログラムしました。 Koedinger 氏によると、個別指導の 200 時間あたりの開発には 40 時間かかりました。 最終的に、グループは、問題を解決するために考えられるすべての方法を実証する、より効果的な方法を開発しました。 これにより、50 時間が XNUMX ～ XNUMX 時間に短縮されましたが、いくつかのパターンに対して考えられるすべての解決策を実証することは非常に困難です。 

ケーディンガー氏は、この新しい方法により、最終的に教師は同じ時間で 30 分の授業を展開できるようになる可能性があると述べた。 

「これまで、完全なインテリジェントな家庭教師を実現する唯一の方法は、これらの AI ルールを記述することでした」と Koedinger 氏は述べています。 「しかし今では、システムがそれらのルールを作成しています。」

新しい方法では、機械学習プログラムを使用して生徒の学習方法をシミュレートします。教育インターフェイスは Weitekamp によって作成され、プログラミングに「表示して修正する」プロセスを利用しています。

この方法は複数列の加算で実証されましたが、使用されている機械学習エンジンは、方程式の解き方、分数の加算、化学、英文法、科学実験環境などの他の科目にも適用できます。 

この方法の主な目標の XNUMX つは、教師が AI プログラマーを必要とせずに独自のコンピューター化された授業を構築できるようにすることです。 これにより、教師は教え方や使用する方法について自分の個人的な見解を適用できるようになります。 

Weitekamp、Koedinger、および HCII システム科学者の Erik Harpstead がこの方法を説明した論文を執筆しました。 これは、コンピューティング システムにおけるヒューマン ファクター会議 (CHI 2020) で承認されました。 カンファレンスは当初今月予定されていたが、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックにより中止を余儀なくされた。 紙 現在、Association for Computing Machinery のデジタル ライブラリにある会議議事録でご覧いただけます。

Institute of Education Sciences と Google が研究を支援しました。