فصلنامه روندها و دستاوردها در فناوری یادگیری

فصلنامه روندها و دستاوردها در فناوری یادگیری

تاثیر هوش مصنوعی در آموزش هندسه پایه یازدهم برای رفع خطاهای مفهومی بر اساس مدل سیستم‌های آموزشی هوشمند(ITS)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 عضو هیات علمی دانشاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات
2 دانشیار گروه ریاضی، دپارتمان ریاضی و علوم کامپیوتر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.
3 دانشجوی کارشناسی ارشد رشته آموزش ریاضی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.
چکیده
پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر استفاده از سیستم‌های آموزشی مبتنی بر هوش مصنوعی بر یادگیری مفاهیم هندسه و رفع خطاهای مفهومی در دانش‌آموزان پایه یازدهم رشته ریاضی-فیزیک انجام شد. با توجه به پیچیدگی مفاهیم هندسی و خطاهای مفهومی در این درس، نیاز به روش‌های نوین آموزشی احساس می‌شود. هوش مصنوعی، به‌ویژه در قالب سیستم‌های آموزشی هوشمند(ITS)، این قابلیت را دارد که با تحلیل الگوهای رفتاری دانش‌آموزان، بازخوردهای شخصی‌سازی‌شده و آموزش تطبیقی ارائه دهد و فرایند یادگیری را اثربخش‌تر سازد.

این پژوهش از نوع نیمه‌تجربی با طرح پیش‌آزمون – پس‌آزمون با گروه کنترل است. جامعه آماری شامل دانش‌آموزان پایه یازدهم رشته ریاضی-فیزیک در شهرستان ملارد در سال تحصیلی ۱۴۰۴–۱۴۰۳ است که ۱۱۰ نفر به روش نمونه‌گیری خوشه‌ای تصادفی انتخاب و در دو گروه آزمایش(55 نفر) و کنترل(55 نفر) قرار داده شد. گروه آزمایش با استفاده از سامانه آموزش هندسه مبتنی بر هوش مصنوعی، و گروه کنترل به روش سنتی و مبتنی بر تدریس معلم آموزش دیدند. ابزار گردآوری داده‌ها شامل آزمون عملکرد هندسه، پرسش‌نامه سنجش علاقه‌مندی به هندسه و تحلیل کیفی پاسخ‌های مفهومی بود.

نتایج تحلیل داده‌ها نشان داد که عملکرد دانش‌آموزان گروه آزمایش در آزمون پس‌آزمون به‌طور معناداری بهتر از گروه کنترل بود. همچنین ۸۵٪ از دانش‌آموزان گروه آزمایش افزایش، علاقه‌مندی به درس هندسه و درک بهتر مفاهیم آن را گزارش کردند. یافته‌ها نشان داد استفاده از هوش مصنوعی در قالب آموزش تطبیقی، تحلیل خطاهای مفهومی و بازخورد هوشمند می‌تواند به‌طور چشمگیری در ارتقاء یادگیری مفاهیم هندسی و کاهش خطاهای رایج دانش‌آموزان مؤثر باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

The Impact of Artificial Intelligence on Teaching 11th-Grade Geometry to Address Conceptual Errors Based on the Intelligent Tutoring Systems (ITS) Model

نویسندگان English

Esmaeil Yousefi 1
Hamid Rasouli 2
Taha Yaghoubi 3
1 Faculty member of the Islamic Azad University, Science and Research Branch
2 Associate Professor, Department of Mathematics‎, ‎SR.C‎, ‎Islamic Azad University‎, ‎Tehran‎, ‎Iran.
3 3. Master’s Student. in Mathematics Education, Department of Mathematics‎, ‎SR.C‎, ‎Islamic Azad University‎, ‎Tehran‎, ‎Iran.
چکیده English

This study aimed to investigate the impact of using artificial intelligence-based educational systems on learning geometry concepts and correcting conceptual errors among 11th-grade mathematics-physics students. Using a qusi-experimental approach (pre-test–post-test with a control group), 110 students from two high schools in Malard County were divided into a control group (traditional method) and an experimental group (AI-based method). The results showed that the students in the experimental group performed significantly better than those in the control group, and 85% of them reported increased interest in geometry. AI-based tools, through behavioral analysis, adaptive learning, and intelligent feedback, had a positive effect on students’ understanding of geometric concepts, motivation, and academic achievement. The findings suggest that integrating artificial intelligence in education can be considered an effective supplement in teaching geometry. The findings support the positive role of smart technologies in developing adaptive learning models for mathematics education. Based on these outcomes, it is recommended that the educational system invests in infrastructure and teacher training to incorporate AI tools, particularly in teaching complex subjects such as geometry.

کلیدواژه‌ها English

Artificial Intelligence
Adaptive Learning
Intelligent Tutoring Systems
Spatial Visualization
اصلی‌آزاد، مسلم، عابدی، احمد، و یارمحمدیان، احمد. (1394). اثربخشی آموزش درک روابط فضایی بر عملکرد ریاضی دانش‌آموزان پسر با ناتوانی یادگیری ریاضی. روان‌شناسی افراد استثنایی، 5(17)، 113-131. https://doi.org/10.22054/jpe.2015.1464
اناری‌نژاد، عباس، جشن‌سده، مرجان، و ظهوری، حانیه. (1401). کاهش اضطراب ریاضی با استفاده از روش‌های کاربردی و تعاملی. فصلنامه پویش در آموزش علوم پایه، 8(26)، 26-35. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26453649.1401.8.26.3.1
پورجمشیدی، مریم، و کرمی، زهرا. (1403) مرور نظام‌مند کاربردهای هوش مصنوعی در بهبود اختلال ریاضی. فصلنامه روندها و دستاوردها در فناوری یادگیری. 4(4)، 149-170. https://doi.org/10.22034/jlt.2025.2056158.1032
جعفری، دل ارا، شاه‌محمدی، مینا، و قندالی، عباس. (1402). هوش مصنوعی و فناوری های نو در نظام‌های آموزشی: فرصت و چالش. فصلنامه علمی پژوهش‌‌های نوین در آموزش‌وپرورش، 129-139. https://esjournal.ir/fa/paper.php?pid=153
رجبیان‌ده‌زیره، مریم، درتاج، فریبا، اسمعیلی‌گوجار، صلاح، و  پورروستایی اردکانی، سعید. (1399). تأثیر شبیه‌سازی آموزشی مبتنی بر رایانه بر مهارت‌های حل مسئله و توانایی شناختی دانش‌آموزان. فصلنامه روان‌شناسی تربیتی، 16(57)، 221-249. https://doi.org/10.22054/jep.2021.46702.2774
یوسفی، اسماعیل، عطاری دزفولی، مریم، و اکبری، هوشنگ. (1399)، کاربرد نقشه مفهومی و نمودار Vee در تعیین حجم با استفاده از انتگرال. پژوهش‌های نوین در ریاضی، 6(23)، 33-40. https://sanad.iau.ir/fa/Article/797069?FullText=FullText 
AnariNejad, A., Jashnsedeh, M., & Zahoori, H. (2022). Reducing math anxiety using practical and interactive methods. Poyesh in Basic Science Education Quarterly, 8(26), 26–35. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26453649.1401.8.26.3.1 [In Persian]
Asliazad, M., Abedi, A., Yarrmohammadian, A. (2015). The Effectiveness of Spatial Relations Perception Training on the Mathematics Performance of Boy Students with Math Learning Disability. Journal of Exceptional Individuals Psychology, 5(17), 113–131. https://doi.org/10.22054/jpe.2015.1464 [In Persian]
Ausubel, D. P. (1968). Educational psychology: A cognitive view. New York: Holt, Rinehart & Winston.
Bandura, A. (1977). Social learning theory. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall.
Bruner, J. S. (1966). Toward a theory of instruction. Harvard University Press.
Carroll, J. B. (1993). Human cognitive abilities: A survey of factor-analytic studies. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511571312
Chen, X., Xie, H., & Hwang, G.-J. (2021). A review of artificial intelligence in education: Opportunities and challenges for personalized learning. Computers and Education: Artificial Intelligence, 2, 100032. https://doi.org/10.1016/j.caeai.2021.100032
Chen, X., Xie, H., & Hwang, G.-J. (2021). Artificial al Intelligence in Education: A Review of Current Developments and Challenges.
Dos Santos, L., Silveira, A., & Costa, R. (2023). Evaluating the impact of AI tutoring systems on students’ math performance. International Journal of Educational Technology in Higher Education, 20 (1), 1–6. https://doi.org/10.1186/s41239-023-00485-w
Flavell, J. H. (1979). Metacognition and cognitive monitoring: A new area of cognitive–developmental inquiry. American Psychologist, 34 (10), 906–911. https://doi.org/10.1037/0003-066X.34.10.906
Holmes, W., Bialik, M., & Fadel, C. (2019). Artificial Intelligence in Education: Promises and Implications for Teaching and Learning. Center for Curriculum Redesign. https://curriculumredesign.org
Jafari, D., Shahmohammadi, M., & Ghandali, A. (2023). Artificial intelligence and new technologies in educational systems: Opportunities and challenges. Quarterly Journal of Modern Research in Education, 129–139. https://esjournal.ir/fa/paper.php?pid=153 [In Persian]
Li, X., Wang, Y., & Zhao, Z. (2024). Personalized Geometry Learning through AI-Supported Simulations. Computers & Education, 210, 104755. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2024.104755
Magdalena-Benedicto, R. et al. (2023). Spatial Reasoning and AI in Geometry Education. Journal of Mathematics Education.
Magdalena-Benedicto, R., Ortega-Tudela, J., & García-González, M. (2023). Spatial reasoning development with 3D simulations in geometry education. Journal of Mathematics Education, 56 (3), 2576–2591. https://doi.org/10.1016/j.jmath.2023.04.005
Piaget, J. (1973). To understand is to invent: The future of education. Grossman.
Pourjamshidi, M., & Karami, Z. (2024). A systematic review of the applications of artificial intelligence in improving mathematical disorders. Trends and Achievements in Learning Technology, 4(4), 149–170. https://doi.org/10.22034/jlt.2025.2056158.1032 [In Persian]
Pourjamshidi, M., Karami, Z. (2024). Systematic Review of the Applications of Artificial Intelligence in Improving Mathematical Disorders. Quarterly Journal of Trends and Achievements in Learning Technology, 4(4), 149-170. https://doi.org/10.22034/jlt.2025.2056158.1032 [In Persian]
Rajabian-Dehzireh, M., Dortaj, F., Esmaeili-Goojar, S., & Pourroostaei-Ardakani, S. (2020). The effect of computer-based educational simulation on students' problem-solving skills and cognitive abilities. Educational Psychology Quarterly, 16(57), 221–249. https://doi.org/10.22054/jep.2021.46702.2774 [In Persian]
Shute, V. J., & Towle, B. (2003). Adaptive e-learning. Educational Psychologist, 38 (2), 105–114. https://doi.org/10.1207/S15326985EP3802_3
Tall, D., & Dubinsky, E. (1991). Advanced mathematical thinking. Springer.
Uygun, T., Kaya, M., & Aydın, M. (2024). Intelligent learning environments in mathematics education: A comprehensive review. Education and Artificial Intelligence Review, 1 (1), 1–39.
Van Vaerenbergh, Y., Martens, B., & De Smet, C. (2022). Enhancing students’ geometry learning with artificial intelligence: A systematic review. Education and Information Technologies, 27, 3921–3940. https://doi.org/10.1007/s10639-021-10707-4
VanLehn, K. (2006). The behavior of tutoring systems. International Journal of Artificial Intelligence in Education, 16, 227–265.
Vygotsky, L. S. (1978). Mind in society: The development of higher psychological processes. Harvard University Press.
Woolf, B. P. (2010). Building intelligent interactive tutors: Student-centered strategies for revolutionizing e-learning. Morgan Kaufmann. https://doi.org/10.1016/C2009-0-19584-0
Yousefi, E., Attari Dezfuli, M., Akbari, H. (1399). Application of Conceptual Role and V‑Diagram in Determining Volume Using Integrals. Modern Research in Mathematics, 6(23), 33–40. https://sanad.iau.ir/fa/Article/797069?FullText=FullText [In Persian]

  • تاریخ دریافت 13 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 04 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش 24 شهریور 1404
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1404