Knowledge tracing (KT) has recently been an active research area of computational pedagogy. The task is to model students' mastery level of knowledge concepts based on their responses to the questions in the past, as well as predict the probabilities that they correctly answer subsequent questions in the future. KT tasks were historically solved using statistical modeling methods such as Bayesian inference and factor analysis, but recent advances in deep learning have led to the successive proposals that leverage deep neural networks, including long short-term memory networks, memory-augmented networks and self-attention networks. While those deep models demonstrate superior performance over the traditional approaches, they all neglect the explicit modeling of the learning curve theory, which generally says that more practice on the same knowledge concept enhances one's mastery level of the concept. Based on this theory, we propose a Convolution-Augmented Knowledge Tracing (CAKT) model in this paper. The model employs three-dimensional convolutional neural networks to explicitly learn a student's recent experience on applying the same knowledge concept with that in the next question, and fuses the learnt feature with the feature representing her overall latent knowledge state obtained using a classic LSTM network. The fused feature is then fed into a second LSTM network to predict the student's response to the next question. Experimental results show that CAKT achieves the new state-of-the-art performance in predicting students' responses compared with existing models. We also conduct extensive sensitivity analysis and ablation study to show the stability of the results and justify the particular architecture of CAKT, respectively.


翻译:最近,知识追踪(KT)是一个积极的计算教学研究领域。任务在于根据学生对过去问题的答复,模拟学生掌握知识的概念,并预测未来正确回答随后问题的概率。KT任务历来使用贝叶斯推论和要素分析等统计模型方法来解决,但最近深层次学习的进展导致一系列建议,利用深层神经网络,包括长期短期记忆网络、记忆增强敏感网络和自我关注网络。这些深层次模型展示了优于传统方法的绩效,但它们都忽视了学习曲线理论的清晰模型化,该理论一般说,同一知识概念的更多实践可以提高概念的熟练程度。根据这一理论,我们提议在本文中采用一个革命-推荐知识追踪(CAKT)模型。该模型使用三维进化神经网络的网络,以明确了解学生在下一个问题中应用同一知识概念的最新经验,同时将学习的网络功能与LATM 模型的模型连接起来,同时将模型的功能与CAAA的模型连接起来。

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