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認知診断評価に基づいた個性化した質問と回答の生成によるAI適応型学習システム

研究課題

研究課題/領域番号 20J15339
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分62030:学習支援システム関連
研究機関国立研究開発法人情報通信研究機構

研究代表者

GAN Wenbin  国立研究開発法人情報通信研究機構, ユニバーサルコミュニケーション研究所統合ビッグデータ研究センター, 研究員

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードKnowledge Tracing / Cognitive Diagnosis / Intelligent Tutoring / Performance Modeling / Item Response Theory / Learner Assessment / AI in Education / Education Data Mining / Knowledge Assessment
研究開始時の研究の概要

This research aims at developing an AI-empowered intelligent tutoring system, which can automatically generate tailored remedial questions to remedy learners’ deficiency and provide step-by-step solutions and instructions based on learners’current knowledge levels obtained by using cognitive diagnosis assessment, and thus enhancing their e-learning experience and maximizing learning gains.

研究実績の概要

This year I continue the work on learner's knowledge assessment (LKA). I have further explored the research of fine-grained assessment and interpretability. Improved on my previous work [BESC’20], I propose a novel model that can not only output the learners’ fine-grained knowledge states but also the item characteristics, enabling the interpretability. Extensive model analyses conducted from six perspectives on five real-world datasets validate its superiority. This work has been published in a top journal [Neurocomputing].

Another work solves the fundamental issues of data sparseness and information loss while improving the model performance. It has explored to incorporate the knowledge structure (KS) into the LKA to potentially resolve the above issues. This work automatically generates the KS from the learning logs and proposes a novel graph model with the attention mechanism. Extensive experiments show the effectiveness. This work has been published in a top journal [IJIS].

The above work stimulates a new idea of multimodal learning analysis. I have published a review paper about the empirical evidence on the usage of multimodal analysis to provide insights for smarter education. I also participated in a work published in [ICCE’21], in which a graph-based method is proposed for LKA.
I also finished my doctoral thesis, in which I summarize my PhD works. Overall, it proposes a general framework for dynamic LKA by integrating both learner and domain modeling. Based on this framework, it proposes three approaches, each addressing one specific issue in existing studies.

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Knowledge interaction enhanced sequential modeling for interpretable learner knowledge diagnosis in intelligent tutoring systems2022

    • 著者名/発表者名
      Gan Wenbin、Sun Yuan、Sun Yi
    • 雑誌名

      Neurocomputing

      巻: 488 ページ: 36-53

    • DOI

      10.1016/j.neucom.2022.02.080

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Knowledge structure enhanced graph representation learning model for attentive knowledge tracing2022

    • 著者名/発表者名
      Wenbin Gan,Yuan Sun,Yi Sun
    • 雑誌名

      International Journal of Intelligent Systems

      巻: 37 号: 3 ページ: 2012-2045

    • DOI

      10.1002/int.22763

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Modeling learner’s dynamic knowledge construction procedure and cognitive item difficulty for knowledge tracing2020

    • 著者名/発表者名
      Wenbin Gan, Yuan Sun, Xian Peng, Yi Sun
    • 雑誌名

      Applied Intelligence

      巻: 50 (11) 号: 11 ページ: 3894-3912

    • DOI

      10.1007/s10489-020-01756-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Improving Knowledge Tracing through Embedding based on Metapath2021

    • 著者名/発表者名
      Wenbin GAN, Chong Jiang
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Computers in Education (ICCE 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Knowledge Interaction Enhanced Knowledge Tracing for Learner Performance Prediction2020

    • 著者名/発表者名
      Wenbin GAN
    • 学会等名
      2020 7th International Conference on Behavioural and Social Computing (BESC)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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