[論文レビュー] The Power of Nudging: Exploring Three Interventions for Metacognitive Skills Instruction across Intelligent Tutoring Systems

Mark Abdelshiheed, John Wesley Hostetter+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2023

Intelligent Tutoring Systems and Adaptive Learning被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、知能チューティングシステムにおけるメタ認知的戦略選択の指導のための3つの介入——例示（Example）、誘導（Nudge）、提示（Presented）——を評価している。論理と確率のチューティングシステムを用いて、誘導が他の介入よりも顕著に優れており、適切なタイミングでのバックワードチェイニングへの戦略的切り替えを促進することで、デフォルト戦略を採用する学生が両分野においてエキスパート学生に追いつくことを可能にした。

ABSTRACT

Deductive domains are typical of many cognitive skills in that no single problem-solving strategy is always optimal for solving all problems. It was shown that students who know how and when to use each strategy (StrTime) outperformed those who know neither and stick to the default strategy (Default). In this work, students were trained on a logic tutor that supports a default forward-chaining and a backward-chaining (BC) strategy, then a probability tutor that only supports BC. We investigated three types of interventions on teaching the Default students how and when to use which strategy on the logic tutor: Example, Nudge and Presented. Meanwhile, StrTime students received no interventions. Overall, our results show that Nudge outperformed their Default peers and caught up with StrTime on both tutors.

研究の動機と目的

• 記憶に頼る例の学習を超えて、問題解決戦略をいつ、どのように使うかというメタ認知的スキルを教えるというギャップに対処すること。
• 学生が戦略を切り替えるよう促す（誘導）、ターゲット戦略で問題を提示する（提示）、または例を示す（例示）という介入が、単一戦略に固執する学生の学習成果に与える影響を調査すること。
• これらの介入が、すでに複数の戦略の使用法と時期を理解しているエキスパート学生と同等のパフォーマンスを達成できるように、デフォルト戦略を採用する学生を支援するかどうかを特定すること。
• ICAPフレームワークと誘導理論を用いて、相互作用の役割がメタ認知的スキルの発達に与える影響を検討すること。
• 将来の学習タスクにおける学生の意思決定パターンと、それらがパーソナリティ特徴とどのように一致するかを調査すること。

提案手法

• 学生は、フォワードチェイニング（デフォルト）とバックワードチェイニング（BC）の両方をサポートする論理チューティングシステムに割り当てられ、その後、BCのみをサポートする確率チューティングシステムに進んだ。
• デフォルト学生は4つの条件に無作為に割り当てられた：コントロール（介入なし）、例示（BCの作業例）、誘導（適切なタイミングでチューティングシステムがBCへの切り替えを促す）、提示（問題がデフォルトでBCで提示される）。
• 戦略の使用法と時期を既に理解しているStrTime学生は介入を受けることなく、パフォーマンスのベンチマークとして機能した。
• 全学生が確率チューティングシステムを終了後、問題を独立して解く（PS）、作業例を受ける（WE）、またはフェードド作業例（FWE）に参加する選択をした。
• 介入の効果は、両チューティングシステムにおける学習の進捗と、確率フェーズにおける戦略的意思決定に基づいて評価された。
• データはカイ二乗検定を用いて、グループ間の選択行動を比較し、正答率と戦略使用状況をパフォーマンス指標として測定した。

(a) Forward Chaining (FC)

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 例示（Example）、誘導（Nudge）、提示（Presented）のうち、どれがデフォルト戦略を採用する学生が学習パフォーマンスでStrTime学生に追いつくのを最も効果的に可能にするか？
• RQ2 異なる介入は、論理チューティングシステムにおけるフォワードチェイニングからバックワードチェイニングへの切り替え行動に、どのように影響を与えるか？
• RQ3 介入群とStrTime学生との間で、確率チューティングシステムにおける選択（PS、WE、FWE）に有意義な差が生じるか。また、これらの選択は自己調整学習の兆候を何を示唆するか？
• RQ4 受動的な例示や提示された問題に比べて、誘導が戦略の自覚や時間の自覚といったメタ認知的スキルの発達をどの程度支援するか？
• RQ5 TIPIで測定されたパーソナリティ特徴は、戦略的意思決定と介入の有効性とどの程度相関するか？

主な発見

• 誘導グループの学生は、例示、提示、コントロールグループすべてを上回り、論理と確率の両チューティングシステムで、StrTime学生と同等のパフォーマンスを達成した。
• 誘導グループの学生は、論理チューティングシステムでStrTime学生と同様に早期に切り替える行動を示し、効果的な戦略選択とメタ認知的コントロールを示した。
• 確率チューティングシステムでは、誘導グループの学生が提示、例示、コントロールグループよりも著しく多く独立して問題を解く（PS）選択をした（χ²(2, N=350)=32.9, p<.0001）。
• StrTime学生はフェードド作業例（FWE）を選択する頻度が誘導グループよりも著しく低く（χ²(2, N=600)=67.5, p<.0001）、自信が高く、補助の必要性が低いことを示唆した。
• 例示群とコントロール群には、パフォーマンスや意思決定行動に有意差がなく、受動的な例示の提示だけでは効果がなかった。
• 誘導グループとStrTimeグループの両方が、TIPIで高い批判的・反論的パーソナリティ特徴を報告しており、自己認識と戦略的学習行動との間に関連がある可能性を示唆した。

(b) Backward Chaining (BC)