The purpose of this study is to explore research trends on AI-based mathematics teaching and learning. For this purpose, a systematic literature review was conducted on 57 literatures in terms of research subject, research method, research purpose, learning content, type of AI, role of AI, and role of teachers. The results indicate that student accounted for the largest proportion at 51% among the research subjects, and quantitative research was the highest at 49% among the research methods. The purpose of study was distributed as follows: effect analysis 44%, theoretical discussion 35%, case study 21%. 'Numbers and Operations' and 'Variables and Expressions' covered learning contents most, and Intelligent Tutoring System (ITS) was used the most among the types of AI. 'Student teaching' was the largest parts of role of AI at 40.4%, followed by 'teacher support' at 22.8%, 'student support' at 21%, and 'system support' at 15.8%. The role of teachers as 'AI recipients' was highlighted in earlier studies, and the role of teachers as 'constructive partner with AI' was highlighted in more recent studies. Also, role of teachers was explored in pedagogical, AI-technological, content aspects. Through this, follow-up research was suggested and the roles that teachers should have in AI-based mathematics teaching and learning were discussed.
The purpose of this study is to suggest implications for mathematics teaching and learning when using AI-based educational platforms that support personalized mathematics learning. To this end, we selected five platforms(Knock-knock! Math Expedition, knowre, Khan Academy, MATHia, CENTURY) and analyzed how the AI-based educational platforms for mathematics reflect the three elements(PLP, PLN, PLE) to support personalized learning. The results of this study showed that although the characteristics of PLP, PLN, and PLE implemented on each platform varied, they were designed to form PLEs that allow learners to make their autonomous decisions about learning based on PLP and PLN. The significance of this study can be found in that it has improved the understanding and practicability of personalized mathematics learning with the AI-based educational platforms.
This study tried to find out the applicability and effectiveness of the AI-based adaptive learning system in university classes by operating an AI-based adaptive learning system on a pilot basis. To this end, an AI-based adaptive learning system was applied to analyze the operation results of 42 learners who participated in basic mathematics classes, and a survey and in-depth interviews were conducted with students and professors. As a result of the study, the use of an AI-based customized learning system improved students' academic achievement. Both instructors and learners seem to contribute to improving learning performance in basic concept learning, and through this, the AI-based adaptive learning system is expected to be an effective way to enhance self-directed learning and strengthen knowledge through concept learning. It is expected to be used as basic data related to the introduction and application of basic science subjects for AI-based adaptive learning systems. In the future, we suggest a strategy study on how to use the analyzed data and to verify the effect of linking the learning process and analyzed data provided to students in AI-based customized learning to face-to-face classes.
In In the era of digital transition, AI-based personalized services are emerging in the field of education. This research aims to examine the development strategies for implementing AI-based learning services in school. Focusing on AI-based math learning service "Math Cell" developed by i-Scream Edu, this study surveyed the functional requirements from the perspective of an educator. The results were analyzed for importance and suitability using IPA, and expert opinions were surveyed to explore specific development directions for the service. Consequently, importance in all areas such as diagnosis, learning, evaluation, and management averaged 4.82 and performance averaged 4.56, showing excellent results in most questions, and in particular, importance was higher than performance. Among certain detailed functions, concept learning, customized task presentation, evaluation result analysis function, dashboard-related functions, and learning materials in the dashboard were not intuitive for students to understand and had to be supplemented. This study provides meaningful insights by summarizing expert opinions on AI-based personalized mathematics learning services, thereby contributing to the exploration of the development strategies for "Math Cell".
Sang-Gu Lee;Doyoung Park;Jae Yoon Lee;Dong Sun Lim;Jae Hwa Lee
The Mathematical Education
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v.63
no.2
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pp.123-138
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2024
This study described the utilization of ChatGPT in teaching and students' learning processes for the course "Introductory Mathematics for Artificial Intelligence (Math4AI)" at 'S' University. We developed a customized ChatGPT and presented a learning model in which students supplement their knowledge of the topic at hand by utilizing this model. More specifically, first, students learn the concepts and questions of the course textbook by themselves. Then, for any question they are unsure of, students may submit any questions (keywords or open problem numbers from the textbook) to our own ChatGPT at https://math4ai.solgitmath.com/ to get help. Notably, we optimized ChatGPT and minimized inaccurate information by fully utilizing various types of data related to the subject, such as textbooks, labs, discussion records, and codes at http://matrix.skku.ac.kr/Math4AI-ChatGPT/. In this model, when students have questions while studying the textbook by themselves, they can ask mathematical concepts, keywords, theorems, examples, and problems in natural language through the ChatGPT interface. Our customized ChatGPT then provides the relevant terms, concepts, and sample answers based on previous students' discussions and/or samples of Python or R code that have been used in the discussion. Furthermore, by providing students with real-time, optimized advice based on their level, we can provide personalized education not only for the Math4AI course, but also for any other courses in college math education. The present study, which incorporates our ChatGPT model into the teaching and learning process in the course, shows promising applicability of AI technology to other college math courses (for instance, calculus, linear algebra, discrete mathematics, engineering mathematics, and basic statistics) and in K-12 math education as well as the Lifespan Learning and Continuing Education.
Clear analysis and diagnosis of various characteristic factors of individual students is the most important in order to realize individual customized teaching and learning, which is considered the most essential function of math artificial intelligence-based digital textbooks. In this study, analysis factors and tools for individual customized learning diagnosis and construction models for data collection and analysis were derived from mathematical AI digital textbooks. To this end, according to the Ministry of Education's recent plan to apply AI digital textbooks, the demand for AI digital textbooks in mathematics, personalized learning and prior research on data for it, and factors for learner analysis in mathematics digital platforms were reviewed. As a result of the study, the researcher summarized the factors for learning analysis as factors for learning readiness, process and performance, achievement, weakness, and propensity analysis as factors for learning duration, problem solving time, concentration, math learning habits, and emotional analysis as factors for confidence, interest, anxiety, learning motivation, value perception, and attitude analysis as factors for learning analysis. In addition, the researcher proposed noon data on the problem, learning progress rate, screen recording data on student activities, event data, eye tracking device, and self-response questionnaires as data collection tools for these factors. Finally, a data collection model was proposed that time-series these factors before, during, and after learning.
In this paper, we present our new teaching and learning materials on gradient descent method, which is widely used in artificial intelligence, available for college mathematics. These materials provide a good explanation of gradient descent method at the level of college calculus, and the presented SageMath code can help students to solve minimization problems easily. And we introduce how to solve least squares problem using gradient descent method. This study can be helpful to instructors who teach various college-level mathematics subjects such as calculus, engineering mathematics, numerical analysis, and applied mathematics.
The rapid advancement of generative AI has ushered in an era where anyone can create and freely utilize personalized chatbots without the need for programming expertise. This study aimed to develop a customized chatbot based on OpenAI's GPTs for the purpose of pre-service teacher education and to analyze its educational performance in mathematics as assessed by educators guiding pre-service teachers. Responses to identical questions from a general-purpose chatbot (ChatGPT), a customized GPTs-based chatbot, and an elementary mathematics education expert were compared. The expert's responses received an average score of 4.52, while the customized GPTs-based chatbot received an average score of 3.73, indicating that the latter's performance did not reach the expert level. However, the customized GPTs-based chatbot's score, which was close to "adequate" on a 5-point scale, suggests its potential educational utility. On the other hand, the general-purpose chatbot, ChatGPT, received a lower average score of 2.86, with feedback indicating that its responses were not systematic and remained at a general level, making it less suitable for use in mathematics education. Despite the proven educational effectiveness of conventional customized chatbots, the time and cost associated with their development have been significant barriers. However, with the advent of GPTs services, anyone can now easily create chatbots tailored to both educators and learners, with responses that achieve a certain level of mathematics educational validity, thereby offering effective utilization across various aspects of mathematics education.
In response to the era of transformation necessitating the introduction of Artificial Intelligence (AI) and digital technologies, educational innovation is undertaken with the implementation of AI digital textbooks in Mathematics, English, and Information subjects by 2025 in Korea. Within this context, this study analyzed the perceptions and needs of elementary school teachers regarding mathematics AI digital textbook. Based on a survey conducted in November 2023, involving 132 elementary school teachers across the country, the analysis revealed that the majority of elementary school teachers had a low perception of the introduction and need for mathematics AI digital textbooks. However, some recognized the potential for personalized learning and effective teaching support. Furthermore, among the core technologies of the AI digital textbook, teachers highly valued the necessity of learning diagnostics and teacher reconfiguration functions and had the most positive perception of their usefulness in math lessons, while their perception of interactivity was relatively low. These findings suggest the need for changing teachers' perceptions through professional development and information provision to ensure the successful adoption and use of mathematics AI digital textbooks. Specifically, providing concrete and practical ways to use the AI digital textbook, exploring alternatives to digital overload, and continuing development and research on core technologies.
Sejun Oh;Jungeun Yoon;Yoojin Chung;Yoonjoo Cho;Hyosup Shim;Oh Nam Kwon
The Mathematical Education
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v.63
no.3
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pp.549-571
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2024
As digital·AI-based teaching and learning is emphasized, discussions on the educational use of generative AI are becoming more active. This study analyzed the mathematical performance of ChatGPT 4, Claude 3 Opus, and Gemini Advanced on solving examples and problems from five first-year high school math textbooks. As a result of examining the overall correct answer rate and characteristics of each skill for a total of 1,317 questions, ChatGPT 4 had the highest overall correct answer rate of 0.85, followed by Claude 3 Opus at 0.67, and Gemini Advanced at 0.42. By skills, all three models showed high correct answer rates in 'Find functions' and 'Prove', while relatively low correct answer rates in 'Explain' and 'Draw graphs'. In particular, in 'Count', ChatGPT 4 and Claude 3 Opus had a correct answer rate of 1.00, while Gemini Advanced was low at 0.56. Additionally, all models had difficulty in explaining using Venn diagrams and creating images. Based on the research results, teachers should identify the strengths and limitations of each AI model and use them appropriately in class. This study is significant in that it suggested the possibility of use in actual classes by analyzing the mathematical performance of generative AI. It also provided important implications for redefining the role of teachers in mathematics education in the era of artificial intelligence. Further research is needed to develop a cooperative educational model between generative AI and teachers and to study individualized learning plans using AI.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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