2023
DOI: 10.1002/tea.21903
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Exploring new depths: Applying machine learning for the analysis of student argumentation in chemistry

Paul P. Martin,
David Kranz,
Peter Wulff
et al.

Abstract: Constructing arguments is essential in science subjects like chemistry. For example, students in organic chemistry should learn to argue about the plausibility of competing chemical reactions by including various sources of evidence and justifying the derived information with reasoning. While doing so, students face significant challenges in coherently structuring their arguments and integrating chemical concepts. For this reason, a reliable assessment of students' argumentation is critical. However, as argume… Show more

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“…[13][14][15] Zuletzt wurden die insgesamt 1108 von Studierenden formulierten Argumente mit einem supervised ML-Modell automatisiert ausgewertet. Dieses Modell hat in englischer Sprache eine Genauigkeit von über 87 Prozent 12) und in deutscher Sprache eine Genauigkeit von über 82 Prozent. 17 tegorien gliedern sich in fokussierte Themen, Kausalität und Tiefe der Argumentation (Tabelle).…”
Section: Mit Maschinellem Lernen Mechanistisches Denken Analysierenunclassified
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“…[13][14][15] Zuletzt wurden die insgesamt 1108 von Studierenden formulierten Argumente mit einem supervised ML-Modell automatisiert ausgewertet. Dieses Modell hat in englischer Sprache eine Genauigkeit von über 87 Prozent 12) und in deutscher Sprache eine Genauigkeit von über 82 Prozent. 17 tegorien gliedern sich in fokussierte Themen, Kausalität und Tiefe der Argumentation (Tabelle).…”
Section: Mit Maschinellem Lernen Mechanistisches Denken Analysierenunclassified
“…Um die individuelle Förderung bei großen Kohorten zu realisieren, haben wir auf Basis der Computational Grounded Theory 16) ein ML-Modell entwickelt, das frei formulierte Argumentationen automatisiert auswertet. 12) Dazu wurden mit unsupervised ML zunächst generalisierbare Argumentationsmuster datengetrieben aus den Antworten der Lernenden extrahiert. Die so gewonnenen Argumentationsmuster wurden mit chemiedidaktischen Interpretationsrahmen analysiert und überarbeitet.…”
Section: Mit Maschinellem Lernen Mechanistisches Denken Analysierenunclassified
“…Human-scored data are automatically evaluated using their developed tool, the Constructed Response Classifier (CRC) to build scoring models. The CRC is an ensemble model that concurrently harnesses eight classification algorithms (Martin et al, 2023). On the other hand, Wilson et al procured high-quality data based on credible argumentative prompts and a systematic evaluation rubric.…”
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“…They then optimized the automated assessment model by applying an ensemble approach that leverages eight distinct machine learning classification models (Wilson et al, 2023). Additionally, Martin et al (2023) conducted a study that utilized data-driven clustering analysis and unsupervised learning to categorize and assess argument patterns. Their research encompasses the utilization of pre-trained large-scale language models, various deep learning techniques, and collaboration with humans in analysing students' argumentative essays (Zhai et al, 2023).…”
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