Automatic short answer grading is an important research direction in the exploration of how to use artificial intelligence (AI)-based tools to improve education. Current state-of-the-art approaches use neural language models to create vectorized representations of students responses, followed by classifiers to predict the score. However, these approaches have several key limitations, including i) they use pre-trained language models that are not well-adapted to educational subject domains and/or student-generated text and ii) they almost always train one model per question, ignoring the linkage across a question and result in a significant model storage problem due to the size of advanced language models. In this paper, we study the problem of automatic short answer grading for students' responses to math questions and propose a novel framework for this task. First, we use MathBERT, a variant of the popular language model BERT adapted to mathematical content, as our base model and fine-tune it for the downstream task of student response grading. Second, we use an in-context learning approach that provides scoring examples as input to the language model to provide additional context information and promote generalization to previously unseen questions. We evaluate our framework on a real-world dataset of student responses to open-ended math questions and show that our framework (often significantly) outperforms existing approaches, especially for new questions that are not seen during training.


翻译:自动短回答分级是探索如何使用人工智能(AI)基础工具改善教育的一个重要研究方向。目前最先进的方法使用神经语言模型来建立学生反应的矢量化表达,然后由分类者来预测评分。然而,这些方法有若干关键的局限性,包括:(一)它们使用未经充分适应教育科目领域和/或学生生成的文本的预先培训的语言模型,以及(二)它们几乎总是对每个问题都训练一个模型,忽视一个问题之间的关联,并导致由于先进语言模型的大小而出现一个重大的模型储存问题。在本文中,我们研究学生对数学问题的答复自动简短解答的问题,并为这项任务提出新的框架。首先,我们使用MatherBERT,一个适应数学内容的流行语言模型BERT的变式,作为我们的基础模型,并微调它用于学生反应分级的下游任务。第二,我们使用一种直截面学习方法,为语言模型提供评分示例,作为补充背景信息,并促进对先前的无形问题进行概括化。我们现有的数学框架在现实世界中特别展示了数学问题。

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