研究人员开发新的AI以帮助创建辅导系统

卡内基梅隆大学的研究人员已经展示了如何构建智能辅导系统。这些系统能够有效地教授各种科目，包括代数和语法。

研究人员使用了一种新的方法，依赖于人工智能，以便让教师教导计算机。这种方法的描述可能会让人感到困惑，但可以将其理解为计算机通过人类教师的教学来学习如何教学。计算机可以通过人类教师展示如何解决特定的问题（如多列加法）来学习。如果计算机解决问题错误，教师可以纠正它。

自主解决问题

这种方法的一个有趣之处在于，计算机系统不仅可以按照教师的教学方法来教学和解决问题，还可以通过概括来解决所有其他相关问题。也就是说，计算机可以最终以教师未曾教导的方式解决问题。

Daniel Weitekamp III是CMU人机交互研究所（HCII）的博士生。

“学生可能只需要学习一种解决问题的方法，这就足够了，”Weitekamp说。“但辅导系统需要学习所有解决问题的方法。它需要学习如何教导解决问题的方法，而不仅仅是如何解决问题。”

Weitekamp所描述的挑战是开发基于AI的辅导系统中最大的挑战之一。新开发的智能辅导系统可以跟踪学生的进度，帮助确定下一步该做什么，并通过选择有效的练习问题帮助学生发展新技能。

基于AI的辅导系统的开发

Ken Koedinger是人机交互和心理学教授。Koedinger是早期智能辅导系统的开发者之一，他与其他人一起手动编程了生产规则。根据Koedinger的说法，每一小时的辅导教学需要200小时的开发时间。最终，团队开发了一种更有效的方法，这种方法展示了所有可能的解决问题的方法，这将200小时的开发时间减少到40或50小时。但是，对于某些模式来说，展示所有可能的解决方案非常困难。

Koedinger表示，新的方法可能会让教师能够在相同的时间内开发出30分钟的课程。

“到目前为止，开发完整的智能辅导系统的唯一方法是编写这些AI规则，”Koedinger说。“但现在，系统正在编写这些规则。”

在新的方法中，使用机器学习程序来模拟学生的学习方式。Weitekamp创建了一个教学界面，它使用“展示和纠正”过程来编程。

虽然这种方法是通过多列加法来演示的，但所使用的机器学习引擎可以应用于其他科目，如方程求解、分数加法、化学、英语语法和科学实验环境。

主要目标之一是让这种方法能够让教师在不需要AI程序员的情况下构建自己的计算机化课程。这使得教师能够应用他们自己的教学观点或方法。

Weitekamp、Koedinger和HCII系统科学家Erik Harpstead共同撰写了描述这种方法的论文。该论文被人机计算系统会议（CHI 2020）接受。原本计划在这个月举行的会议因COVID-19疫情而被取消。 该论文现在可以在会议论文集中找到，位于计算机协会的数字图书馆中。

教育科学研究所和Google支持了这项研究。