שילוב בינה מלאכותית בהוראת מתמטיקה
פרקטיקה זו מתאימה לקורסים במתמטיקה המשלבים שאלות רבות מלל
כותבים:
ד"ר בועז זילברמן, מטח
ד"ר אנטולי קורופטוב, מכללת לוינסקי-וינגייט
ד"ר יעל לוז , מכללת לוינסקי-וינגייט
ד"ר רחל הס גרין, האונ' הפתוחה
ד”ר ענת פלדמן, מיט”ל ומכללת סמינר הקיבוצים
רוצים לקבל עוד מידע על הפרקטיקה?
רוצים להתנסות? יש לכם רעיונות להעשרת הפרקטיקה?
צרו קשר
למי זה רלוונטי?
תבנית זו רלוונטית למרצים ומורים המלמדים מתמטיקה בחטיבת הביניים והחטיבה העליונה , ומעוניינים לפתח מערכות הערכה אוטומטיות לשאלות פתוחות במתמטיקה ולמרצים במוסדות השכלה גבוהה המכשירים אותם.
אילו אתגרים דרשו מענה?
מערכות ניהול למידה קיימות במתמטיקה מוגבלות ביכולתן לבדוק באופן אוטומטי רק שאלות סגורות עם תשובה יחידה או קבוצת תשובות מוגדרת היטב.
כאשר מדובר בשאלות פתוחות הדורשות תשובה מנוסחת באופן חופשי, הנימוק של התלמיד או שרשרת הצעדים בפתרון, המערכות אינן מסוגלות להעריך את נכונות התשובה ולספק משוב מדויק.
הערכה אוטומטית איכותית של שאלות רבות מלל במתמטיקה תאפשר:
הפחתת עומס הבדיקה על מורים ומרצים
הרחבת מגוון סוגי השאלות בסביבת למידה דיגיטלית
דרישות מוקדמות ומשאבים
כישורים טכניים נדרשים:
בניית צ'אט בוט המיועד לסייע בבדיקת שאלות פתוחות במתמטיקה דורשת הבנה מעמיקה של מודלי LLM (מודלי שפה גדולים) וחשיבה שיטתית ותהליכית לתכנון שלבי העבודה בהתאם למטרות הערכה ותחום הידע הספציפי. אחד האתגרים המרכזיים הוא עיצוב צ'אט בוט שיידע לנתח תשובות פתוחות במורכבות משתנה, לזהות סוגי שגיאות שונים או חוסר דיוק, ולהפיק משוב מדויק, ענייני ודידקטי.
מאפייני הכלים הטכנולוגיים:
* כלי בינה מלאכותית גנרטיבית (GenAI): כגון ChatGPT, Copilot, Gemini. עדיף להתמקד בכלים המאפשרים REASONING, בדוגמאות נעשה שימוש בכלי GPT4o
* סביבת למידה דיגיטלית: (Moodle, Canvas וכדומה) המאפשרת הגשת מטלות סרוקות או הזנה של פתרון בעזרת ערוך נוסחאות.
זמן הכנה ויישום:
עבור המרצה, נדרש זמן משמעותי לתכנון ראשוני של מבנה התשובות הרצוי, פיתוח ההנחיות לבוט והגדרת קריטריונים ומחוונים מותאמים לבדיקה אוטומטית של שאלות פתוחות. התהליך כולל גם ניסוח שאלות פתוחות באופן שמאפשר ניתוח איכותי של התשובות, הגדרת דפוסי משוב רצויים, ואפיון תגובות אפשריות של הבוט לכל סוג תשובה.
בנוסף, יש לקחת בחשבון עומס זמני מוגבר בתחילת הדרך, בשל צורך בהתנסות, התאמות ותיקופים של תגובות הבוט, וכן מעקב צמוד אחר איכות הבדיקה והמשוב שניתנים בפועל. בשלב היישום, המרצה נדרש לפקח על תפקוד הבוט, לוודא שהוא עומד בסטנדרטים הפדגוגיים, ולבצע התאמות בהתאם לדפוסי התשובות שמתקבלים מהלומדים.
התרומה למנחה מלבד קיצור הזמן הוא יכולת ניתוח רחבה של של התוצאות, בחינה של טעויות נפוצות, דרכי פתרון שונים וחלוקה לסוגים שונים של פתרונות המאפשר דיון בפתרונות ופיתוח חשיבה מתמטית ברמה גבוהה
תמיכה מוסדית נדרשת:
נדרשת גישה לפלטפורמות מבוססות בינה מלאכותית (GenAI) ללא הגבלת שיחה (בדרך כלל בגרסאות בתשלום). בחלק מהמקרים תידרש תמיכה מקצועית של מומחי פדגוגיה טכנולוגית (מעצבי למידה, מומחי AI בהוראה), שיכולים ללוות את המרצים בתהליך הגדרת ההנחיות לבוט, וביצירת תהליך הערכה אפקטיבי ובשיפור מיומנויות ההוראה ומיצוי של הנתונים לשימוש לאנליטיקות למידה ושיפור ההוראה.
.
הליך פתרון – הוראות לבוט
המטרה שלך היא להנחות מרצים או מורים למתמטיקה המעוניינים לבנות צ'אטבוט לבדיקת תשובות מילוליות של תלמידים. המורים יעלו שלבים שיאפשרו לך לבדוק את התשובות בהתאם לעקרונות שלהם.
כעת עבור שלב אחר שלב – הצג שאלות למורה לפי ההנחיות הבאות:
שלב 1 – הגדרת תחום מתמטי
הנחיה: בחרו נושא מתמטי ממוקד בהתאם לתכנית הלימודים / סילבוס, וודאו שהוא מתאים לרמת החשיבה והמיומנויות של התלמידים או הסטודנטים . הגדירו את הידע הנדרש לפתרון – אילו מושגים, ייצוגים (מילוליים, מספריים, גרפיים), ושיטות מקובלות לפתרון. מומלץ לצרף דוגמאות לשאלות שכבר נלמדו או תורגלו בכיתה, לצד פתרונות מוסברים או סטנדרטים, לצד חומרי קורס, ספרי לימוד, תרגולים נוספים והקלטות של הרצאות.
קשיים צפויים: דרכי פתרון מגוונות שלא בהכרח נלמדו במסגרת הקורס או ניסוחים לא מדויקים של תשובות תלמידים.
המלצות להתמודדות: צרפו סט מוגדר של שאלות לדוגמה עם פתרונות אפשריים, שישמשו לאימון המנוע או ליצירת בסיס להשוואה. הגדירו מראש אילו דרכי פתרון אינן רלוונטיות (למשל, נוסחאות שלא נלמדו). אם הבוט יזהה פתרון כזה – יש להנחות אותו להגיב בהתאם (למשל, לציין במשוב תשובות אל).
שלב 2 – הגדרת "אני מאמין" של המרצה
הנחיה: עיצבו את עמדתכם הפדגוגית והדידקטית כלפי אופן הפתרון הרצוי, והגדירו מהי תשובה "טובה" בעיניכם. דייקו אילו סגנונות פתרון נחשבים לגיטימיים בהתאם לתחום תוך התאמה לרמת הלומדים ולשיח המתמטי הרצוי בקורס. הגדירו את רמת הריגורוזיות – עד כמה אתם מצפים שהסטודנט ינמק, יפרט שלבים, או יראה הבנה מעמיקה של כל רכיב בפתרון. פרטו אילו שלבים נדרשים לפתרון מלא. בנוסף, קבעו מדיניות ברורה לטיפול בטעות נגררת – האם ממשיכים בבדיקה, מהי רמת ההשפעה על הציון או המשוב, והאם יש מקום לציין זאת ספציפית בפני הלומד.
קשיים צפויים: הבוט עשוי להתקשות בזיהוי של הבנה עמוקה שמנוסחת באופן שונה מהדוגמאות שהוזנו. פער בין הציפיות של המרצה לבין האופן שבו הבוט שופט.
המלצה להתמודדות: תרגמו את ה"אני מאמין" להנחיות מפורשות ככל האפשר, כולל דוגמאות לפתרונות שמקובלים עליכם ודוגמאות שאינן מקובלות.
שלב 3 – מאפייני המשוב של הבוט
הנחיה: הגדירו קריטריונים לבדיקה: שלמות הפתרון, בהירות הניסוח, שימוש נכון במונחים מתמטיים. התאימו את נוסח המשוב לקבוצות שונות של תשובות (נכונה/חלקית/שגויה).
מרכיבי המשוב: לבדוק תשובות בתור מומחה למתמטיקה, בהתאם לקבצים בשלב 1 והגדרת ה"אני מאמין" בשלב 3 ובהתאם למחוון שיוגדר בשלב 5.
קשיים צפויים: ניסוחיים כללים מדי או שיפוטיים מאוד.
המלצה להתמודדות: צרפו מחוון ברור עם דוגמאות לפתרון ברמות שונות, והנחו את הבוט להשתמש בו ליצירת ניסוחי משוב.
שלב 4 – העלאת השאלות הפתוחות לבוט
הנחיה: הזינו למערכת שאלות פתוחות.
דגש: וודאו שהשאלות מנוסחות בצורה ברורה והסרטוטים בהירים.
שלב 5 – הגדרת מחוון / תבחינים לתשובה נכונה בהתאם לשאלות בשלב 4
הנחיה: העלו מחוון ברור שיתאר את רמות הביצוע האפשריות (למשל: תשובה מלאה, חלקית, שגויה, טעות נגררת, אין תשובה), תוך שימוש בקריטריונים מוגדרים מראש – כגון: הבנת השאלה המתמטית, דיוק חישובי, בהירות ניסוח, רצף לוגי, שימוש נכון במונחים מתמטיים.
כלי עזר: אם אין ברשותכם מחוון, ניתן לבקש מהבוט לנסח מחוון חדש בהתאם ל"אני מאמין" שהוגדר בשלב 2 ולפי מאפייני המשוב משלב 3. מומלץ לתת לבוט דוגמאות של תשובות שונות כדי שיוכל להציע מחוון שמבחין בין רמות שונות של איכות.
דגש: יש לוודא שהמחוון מתייחס לכל השיקולים הפדגוגיים לתחום התוכן שהוגדר ומשקף את מטרות ההערכה שנקבעו.
שלב 6 – הגדרת המידע שהמרצה יקבל
הנחיה: הגדירו מה ברצונכם לקבל מהבוט:
עבור כל סטודנט/ תלמיד בנפרד: תשובה מלאה / חלקית / לא נכונה / אין תשובה, הצגת השגיאות, אפיון התשובה בהתאם ל"אני מאמין", ציון.
עבור קבוצת סטודנטים / תלמידים: ניתוח שכיחות שגיאות, שגיאות אופייניות, הפקת סטטיסטיקות על אופי הפתרונות.
דוגמאות וראיות
