Humans ability to transfer knowledge through teaching is one of the essential aspects for human intelligence. A human teacher can track the knowledge of students to customize the teaching on students needs. With the rise of online education platforms, there is a similar need for machines to track the knowledge of students and tailor their learning experience. This is known as the Knowledge Tracing (KT) problem in the literature. Effectively solving the KT problem would unlock the potential of computer-aided education applications such as intelligent tutoring systems, curriculum learning, and learning materials' recommendation. Moreover, from a more general viewpoint, a student may represent any kind of intelligent agents including both human and artificial agents. Thus, the potential of KT can be extended to any machine teaching application scenarios which seek for customizing the learning experience for a student agent (i.e., a machine learning model). In this paper, we provide a comprehensive and systematic review for the KT literature. We cover a broad range of methods starting from the early attempts to the recent state-of-the-art methods using deep learning, while highlighting the theoretical aspects of models and the characteristics of benchmark datasets. Besides these, we shed light on key modelling differences between closely related methods and summarize them in an easy-to-understand format. Finally, we discuss current research gaps in the KT literature and possible future research and application directions.


翻译:人类通过教学传授知识的能力是人类智力的基本方面之一。人类教师可以跟踪学生的知识,以根据学生需要定制教学。随着在线教育平台的兴起,同样需要机器来跟踪学生的知识,并调整他们的学习经验。这在文献中被称为“知识追踪”问题。有效解决KT问题将释放计算机辅助教育应用的潜力,如智能辅导系统、课程学习和学习材料建议。此外,从更普遍的观点看,学生可以代表任何种类的智能代理人,包括人和人工代理人。因此,KT的潜力可以扩大到任何机器教学应用方案,这些应用方案寻求为学生代理人定制学习经验(即机器学习模式)。在本文中,我们提供了对KT文学的全面和系统审查。我们涵盖了从早期尝试到最近使用深层次学习的状态方法等一系列广泛的方法,同时强调模型的理论方面和基准数据集的特征。除了这些外,我们还可以将关键研究方法的模型和今后应用方向放在一个容易的模型上。我们最后在研究中审视了关键的研究模式的差别。

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