Acknowledgment v At ¡the ¡start ¡of ¡any ¡new ¡venture, ¡it ¡is ¡my ¡pleasure ¡to ¡take ¡a ¡moment ¡to ¡give ¡thanks. ¡I’d ¡ like ¡first ¡to ¡thank ¡Almighty ¡God ¡for ¡granting ¡me ¡good ¡health, ¡ability ¡and ¡opportunity ¡ to ¡accomplish ¡my ¡goals. ¡I ¡thank ¡my ¡adviser ¡Dr. ¡Javed Khan ¡for ¡challenging ¡me ¡to ¡push ¡ myself ¡harder ¡to ¡fulfill ¡expectations, ¡and ¡for ¡supporting ¡me ¡in ¡my ¡endeavors. ¡ v Along ¡with ¡my ¡advisor, ¡I ¡am ¡also ¡grateful ¡for ¡having ¡an ¡exceptional ¡doctoral ¡ committee ¡in ¡Dr. ¡Arvind ¡Bansal, ¡Dr. ¡Austin ¡Melton, ¡and ¡Dr. ¡Omar ¡De ¡LA ¡Cruz ¡Cabrera. ¡ v I ¡also ¡have ¡gratitude ¡for ¡professor ¡Dmitry ¡Ryabogin for ¡serving ¡in ¡my ¡committee, ¡and ¡ for ¡professor ¡Mahbobeh Vezvaei for ¡her ¡through ¡editing ¡including ¡conceptually ¡& ¡ mathematically ¡my ¡dissertation I ¡would ¡also ¡add ¡a ¡special ¡thanks ¡for ¡Hessah Alqahtani for ¡her ¡standing ¡with ¡me. ¡ v v My ¡special ¡thanks ¡to ¡the ¡stuff ¡of ¡Department ¡of ¡Computer ¡Science, ¡specially ¡for ¡Janet ¡ Kotila, ¡Marcy ¡Curtiss, ¡Nathan ¡Thomas ¡and ¡Brenda ¡Boykin ¡for ¡their ¡smiles ¡and ¡kind ¡ words. ¡ v I ¡would ¡also ¡like ¡to ¡take ¡a ¡moment ¡to ¡appreciate ¡the ¡support ¡of ¡my ¡parents ¡and ¡my ¡ family, ¡especially ¡my ¡grandmother ¡Aziza ¡Al ¡Kateeb, ¡and ¡my ¡lovely ¡aunts ¡Ghada Al ¡ Himali and ¡Ebtisam Al ¡Himali, ¡and ¡to ¡express ¡my ¡gratitude ¡to ¡my ¡soul ¡mother ¡Shadia Al ¡Himali. ¡Also, ¡the ¡Ministry ¡of ¡Higher ¡Education ¡of ¡Saudi ¡Arabia ¡for ¡their ¡financial ¡ support ¡for ¡my ¡graduate ¡study. v Last, ¡I ¡extend ¡many ¡thanks ¡to ¡my ¡colleagues ¡and ¡friends, ¡especially ¡Maha Allouzi, ¡ Amal ¡Babour and ¡Amani ¡Alnahdi. ¡I ¡add ¡my ¡gratitude ¡for ¡the ¡other ¡unnamed ¡people ¡ who ¡generously ¡supported ¡me ¡with ¡prayer ¡and ¡good ¡wishes. ¡ Rania ¡Anwar ¡Aboalela 11, ¡May ¡2017 ¡Kent, ¡Ohio 1
An ¡Assessment ¡of ¡Knowledge ¡by ¡Pedagogical ¡ Computation ¡on ¡Cognitive ¡Level ¡Mapped ¡ Concept ¡Graphs Rania Aboalela PhD Defense Department of Computer Science Kent State University
The Outline Ø Introduction Ø Problem ¡ Definition Ø The Proposed Model and the Theory TCS 2 Ø The Experiment to Validate the Concept States of the Theory of Cognitive Skill in Concept Space TCS 2 Ø The Probabilistic Methods for Estimation the Learning States of the Concepts in each Zone Ø Contribution Ø List of Publications 3
Introduction 1. The Bloom Taxonomy (BT) & Revised Bloom Taxonomy (RBT) The original was created in 1956 by Dr. Benjamin Bloom. - (Bloom, Engelhart, Furst, Hill, & Krathwohl, 1956 ). To arrange what the learner has to be learned in a hierarchy - of six levels (Anderson, et al., 2001). Six major categories were changed - from noun to verb forms and renamed 4
Introduction The Original Bloom’s Noun VS. Verbs in Anderson’s Version Bloom’s Noun Anderson’s version The The Original Nouns The The New Verb Levels Taxonomy Levels Taxonomy Evaluation Create 6 6 Synthesis Evaluate 5 5 Analysis Analyze 4 4 Application Apply 3 3 Comprehension Understand 2 2 Knowledge Recall 1 1 5
Introduction 2. Assessing the Knowledge in One Domain Ø The Knowledge Assessment Theory (KAT) § KAT has been introduced by (Falmagne, Cosyn, Doignon, & Thiery, 2003) § They don’t identify cognitive difficulty variations of learning. § Only applicable for domain has clear relations like Mathematical Fields Ø Intelligent Design (Khan, Hardas, & Ma, 2005). - They introduced Topic Dependency Graph (TDG) - They identify the Ontological Relation between the concepts in the course and test questions. - Intelligent design and evaluation of courses, learning materials and testing. 6
Introduction (cont…) 3. Combining the Revised Bloom Taxonomy with Knowledge Space Ø (Khan, Nafa 2015, 2016, 2017, Aboalela, 2015). - Nafa, Khan and their colleagues (2015, 2016, 2017). - Automatically discovering and extracting the Bloom’s Taxonomy from the text in one knowledge space - (Khan, Aboalela, 2015) Visualizing concept space of course content by three dimensions: Syllabus, Ontological and Cognitive dimension. 7
Problem Definition Ø The main problem in assessing the knowledge in one domain is to find the knowledge state of the assessed individual in a short time and minimum number of questions. Ø The knowledge structure of assessing the knowledge in one domain is complicated and required large space. Ø Can a technique and model help us to objectively (algorithmically) understand, analyze, assess the concept states and skill levels of the learner with respect to the conceptual contents, concepts and their relationship that defines a specific knowledge domain? 8
The Proposed Model and the Theory • We provide: 1. Framework of Assessing the Knowledge in One Domain 2. Mapped Concept Graphs model and Methods to assess and analyze the Concept States of the learner in one domain. 9
The Framework of the Assessment of Knowledge in One Domain Ø The assessment input - A set of questions are mapped with concepts in the Concepts Space - Cognitive Level Mapped Concept Graph (CLMCG) - Set of learner responses to set of questions Ø The goal is to find: - The output is zones of the concepts (which concepts are in which zone) - The amount of knowledge (learning states) of these concepts in various zones (How much knowing the concept) 10
The Proposed Model • We provide: 1. Framework of Assessing the Knowledge in One Domain 2. Mapped Concept Graphs Model and Methods to assess and analyze the Concept States of the learner in one domain. 11
The Proposed Model and Methods The mapped concept graphs model components: 1. The Cognitive Level Mapped Concept Graph (CLMCG) 2. Concept Mapped Testing and Evaluation Method 3. The Concept States Theory of Cognitive Skills in Concept Space TCS 2 4. The Assessment Analytics 12
The Proposed Model and the Methods Mapped concept graphs model components: 1. The Cognitive Level Mapped Concept Graph (CLMCG) 2. Concept Mapped Testing and Evaluation Method 3. The Concept States Theory of Cognitive Skills in Concept Space TCS 2 4. The Assessment Analytics 13
1. The Cognitive Level Mapped Concept Graph (CLMCG) 1. The syllabus dimension [Area Knowledge Space] 2. The ontological dimension 3. The cognitive dimension 14
1. The Cognitive Level Mapped Concept Graph (CLMCG) 1. The syllabus dimension [Area Knowledge Space] 2. The ontological dimension 3. The cognitive dimension The syllabus relation retains the occurrence of the concepts in a formal textbook such that, the occurrence of the concepts in the chapter, section, sub-section, etc. 15
The Syllabus Relation The Root The concepts in the course name or the book name The data structures with C using STL 0.0.0.0.0.0.n.p The Internal Nodes The concepts in the titles The Introduction to Algorithm 3.0.0.0.0.0.n.p -Chapter title The Internal Nodes The concepts in the Simple Search Algorithm Selection Sort titles -Section title Simple search Algorithm Selection Sort Algorithm 3.2.0.0.0.0.n.p 3.1.1.0.0.0.n.p The Leaves Nodes Implements Begins with Sequence ¡of Use Sorting To order Algorithm The fine 3.2.0.1.1.2.v.s 3.1.1.0.1.2.v.p 3.1.1.0.1.5.v.s 3.1.1.0.1.7.v.p Items concepts Sequence of Sorting Algorithm Items List Rearrangement Strategy Strategy Elements Algorithm 3.1.1.0.1.1.n.p 3.1.1.0.1.3.n.p 3.1.1.0.1.4.n.s 3.2.0.1.1.3..n.s 3.1.1.0.1.6.n.s 3.1.1.0.1.8.n.s 3.1.1.0.1.9.n.s 3.2.0.1.1.1.n.s Verb & Noun Hieratical Verb Explicit Implicit Occur in Node Occur in link Concept Concept link 16
1. The Cognitive Level Mapped Concept Graph (CLMCG) 1. The syllabus dimension [Area Knowledge Space] 2. The ontological dimension 3. The cognitive dimension The ontological relation links the concepts in terms of class, part, and instances of, relationships. O n Example: A B Sorting Algorithm is a sub-class of Algorithm - Selection Sort Algorithm is an instance of Sorting Algorithm - The bass of the Selection Sort Algorithm is a sup-part of Selection - Sort Algorithm 17
1. The Cognitive Level Mapped Concept Graph (CLMCG) 1. The syllabus dimension [Area Knowledge Space] 2. The ontological dimension 3. The cognitive dimension § The cognitive relation captures the relationship between the concepts in terms of prerequisite concept to be attained to know the target concept at certain skill level. Lk A B 18
Recommend
More recommend
