RTU Research Information System
Latviešu English

Publikācija: Implementation of the Pedagogical Module in the Emotionally Intelligent Tutoring System

Publication Type Doctoral Thesis
Funding for basic activity State funding for education
Defending: 10.06.2019 14:30, Rīgas Tehniskās universitātes Datorzinātnes un informācijas tehnoloģijas fakultātē, Sētas ielā 1, 202. auditorijā
Publication language Latvian (lv)
Title in original language Pedagoģiskā moduļa realizācija emocionāli intelektuālā mācību sistēmā
Title in English Implementation of the Pedagogical Module in the Emotionally Intelligent Tutoring System
Field of research 2. Engineering and technology
Sub-field of research 2.2 Electrical engineering, Electronic engineering, Information and communication engineering
Research platforms Information and Communication
Authors Sintija Petroviča
Keywords Intelektuāla mācību sistēma, emocijas, pedagoģiskais modulis, adaptācija
Abstract Intelektuālo mācību sistēmu izstrāde aizsākās teju 50 gadus atpakaļ ar mērķi radīt intelektuālas sistēmas, kuras spēs pilnībā atdarināt cilvēku-skolotāju uzvedību un nodrošināt individualizētu mācību procesu katram studentam atbilstoši viņa/viņas raksturojumiem, piemēram, zināšanu līmenim, mācīšanās stilam, interesēm, u. c. Neskatoties uz gadu gaitā sasniegto progresu intelektuālo mācību sistēmu izstrādē, tās joprojām atpaliek no cilvēkiem-skolotājiem attiecībā uz viņu spējām realizēt individualizētu mācību procesu. Kā būtiska šo sistēmu nepilnība ir atklātais emocionālā intelekta trūkums, jo jaunākie pētījum tādās jomās kā psiholoģija un pedagoģija ir pierādījuši, ka emocijas spēj būtiski ietekmēt cilvēku uzvedību un kognitīvos procesus, ieskaitot mācīšanās spējas. Lai padarītu intelektuālās mācību sistēmas līdzvērtīgas cilvēkiem-skolotājiem un apveltītu tās ar emocionālo intelektu, sistēmu izstrādē ienāca idejas no emocionālās skaitļošanas, kas 1997. gadā aizsākās kā jauns pētījumu virziens mākslīgā intelekta jomā. Šis bija aizsākums jaunai mācību sistēmu paaudzei – emocionāli intelektuālām mācību sistēmām. Līdz šim plašs pētījumu klāsts ir bijis veltīts tieši intelektuālo mācību sistēmu funkcionalitātes pilnveidošanai, piešķirot šīm sistēmām spēju atpazīt studenta emocionālo stāvokli. Tomēr identificēto studenta emociju izmantošana tālākā intelektuālās mācību sistēmas darbībā un mācību procesa pielāgošanā, panākot augstāku mācīšanās efektivitāti un mācību rezultātus, paliek atstāta novārtā, tādējādi šo sistēmu adaptācijas spējas paliek tajā pašā līmenī, kurā bija iepriekš. Promocijas darba ietvaros ir aprakstīta intelektuālo mācību sistēmu un to komponenšu analīze, īpašu uzmanību veltot pedagoģiskajam modulim, kas tiešā veidā atbild par mācību procesa norisi un individualizāciju. Darbā apkopotā veidā piedāvāta detalizēta pedagoģiskā moduļa nozīmes, uzdevumu, funkcionalitātes un tai nepieciešamās informācijas un zināšanu analīze, apskatot arī mācību stratēģiju lomu individualizēta mācību procesa nodrošināšanas kontekstā. Bez tam ir pētīta emociju nozīme mācību procesā un to iekļaušana mācību stratēģijās. Darba turpinājumā ir veikta eksistējošo emocionāli intelektuālo mācību sistēmu izpēte, identificējot to darbības principus, izmantotās metodes, to priekšrocības un trūkumus emociju identificēšanā un vājās vietas emociju izmantošanai mācību procesa pielāgošanā. Balstoties uz analīzes rezultātiem, ir piedāvātas metodes un algoritmi iepriekš identificēto trūkumu novēršanai, īpašu uzsvaru liekot uz adaptācijas nodrošināšanu, izmantojot piedāvāto divu līmeņu pielāgošanās pieeju. Izstrādātās metodes, algoritmi un pieeja ir īstenotas emocionāli intelektuālā mācību sistēmā kā daļa no izglītojošas spēles studentu zināšanu vērtēšanai. Darbā aprakstīta sistēmas un spēles implementācija un darbības principi, kā arī tās eksperimentālās pārbaudes rezultāti. Promocijas darba galvenie rezultāti ir atspoguļoti kopumā 15 publikācijās, no kurām deviņas ir prezentētas starptautiskās zinātniskās konferencēs. Promocijas darbs ir uzrakstīts latviešu, satur ievadu, četras nodaļas un secinājumus. Tajā ir 50 attēli, 35 tabulas un 14 pielikumi. Kopā darbā ir 201 lappuse. Literatūras sarakstā ir 443 nosaukumi.
Abstract in English Development of intelligent tutoring systems (ITSs) started almost 50 years ago with the aim of creating intelligent systems that are able to simulate entirely the behavior of human-teachers and provide individualized tutoring process for each student taking into account his/her characteristics, e.g., knowledge level, learning style, interests, etc. Despite the progress made in this direction over the years, these systems are still less capable than human-teachers regarding their abilities to implement tailored tutoring process. A major drawback of these systems is the lack of emotional intelligence because the latest research in such fields as psychology and pedagogy has shown that emotions can significantly influence people’s behavior and cognitive processes including abilities to learn. The creation of ITSs possessing emotional intelligence requires integration of solutions that are coming from a new direction of artificial intelligence called affective computing which originated in 1997. This was a start for a new generation of tutoring systems entitled affective or emotionally intelligent tutoring systems (EITSs). Most of the research in this area has been directed to the functionality improvement of the existing ITSs to endow them with the ability to determine the emotional state of a student. However, an adaptation to the recognized student’s emotions is still underdeveloped since emotions are not considered when the behavior of ITSs or the tutoring process should be changed in order to achieve higher learning efficiency and learning outcomes. Therefore, the adaptability of developed systems stays at the same level as it was before the integration of emotions. The doctoral thesis studies ITSs and provides an analysis of their components by paying particular attention to a pedagogical module. This module is directly responsible for the course of the tutoring process and its individualization. The thesis provides a detailed study of the pedagogical module, its role, tasks, functionality and knowledge required for its operation. Moreover, pedagogical strategies and their role in the adaptation of the tutoring process are examined. In addition, the impact of emotions on the learning process and their inclusion in pedagogical strategies are studied. Furthermore, a study of existing EITSs is carried out with the aim of identifying their functioning principles, methods employed for the recognition of a student’s emotions, advantages and disadvantages of these methods and shortages in the adaptation of the tutoring process to the recognized emotions. Based on the study results, methods and algorithms are proposed for the elimination of the shortages found. The particular emphasis is placed on the tutoring adaptation by offering a two-level adaptation approach. Developed methods, algorithms and approach are integrated into the EITS as part of an educational game which is implemented with an aim of assessing students’ knowledge. The thesis describes implementation details and operating principles of the system and the game and the results of their experimental evaluation. The main results of the thesis are reflected in 15 scientific papers from which nine are presented at international scientific conferences. The doctoral thesis is written in Latvian. It consists of an Introduction, four chapters and Conclusions. The thesis contains 50 figures, 35 tables and 14 appendices. The total number of pages is 201. The Bibliography contains 443 titles.
Reference Petroviča, Sintija. Implementation of the Pedagogical Module in the Emotionally Intelligent Tutoring System. PhD Thesis. Rīga: [RTU], 2019. 201 p.
Summary in English Summary in English
ID 29191