A Machine Learning Prediction of Automatic Text Based Assessment for Open and Distance Learning: A Review

In this systematic literature review, automatic text-based and easy type assessment grading system using Machine Learning and Natural Language Processing (NLP) techniques was investigated. The major focus is on text-based and essay type assessment in ODL courses. Text-based and essay type questions is an important tool for performing quality examination and assessment to help the students gain mastery over the task and widen their horizon of knowledge and increase the learner’s development and learning than, for instance subjective question type, single choice question (SCQ), multiple choice question (MCQ) and true/false question type. Automatic text-based and essay type assessment grading system can be used as an important tool in ODL institutions, where assessment and examination can be quickly and easily evaluated for the purpose of efficient feedback. We carried out this study using quality, exclusion and inclusion criteria by selecting only studies that focuses on NLP and Machine Learning techniques for automatic text-based and essay type assessment grading task. Searches in ACM Digital Library, Semantic Scholar, Scopus, IEEE Xplore, Google Scholar, Microsoft Academic, Learn Tech Library and Springer is performed in order to retrieve important and relevant literature in this research domain. Conference papers, journals and articles between the year 2011 and 2019 were considered in this study. This study found 34 published articles describing automatic text-based and essay type assessment and examination grading task out of a total of 1260 articles that met our search criteria

The Influence of Variance in Learner Answers on Automatic Content Scoring

Automatic content scoring is an important application in the area of automatic educational assessment. Short texts written by learners are scored based on their content while spelling and grammar mistakes are usually ignored. The difficulty of automatically scoring such texts varies according to the variance within the learner answers. In this paper, we first discuss factors that influence variance in learner answers, so that practitioners can better estimate if automatic scoring might be applicable to their usage scenario. We then compare the two main paradigms in content scoring: (i) similarity-based and (ii) instance-based methods, and discuss how well they can deal with each of the variance-inducing factors described before

Analyzing short-answer questions and their automatic scoring - studies on semantic relations in reading comprehension and the reduction of human annotation effort

Short-answer questions are a wide-spread exercise type in many educational areas. Answers given by learners to such questions are scored by teachers based on their content alone ignoring their linguistic correctness as far as possible. They typically have a length of up to a few sentences. Manual scoring is a time-consuming task, so that automatic scoring of short-answer questions using natural language processing techniques has become an important task. This thesis focuses on two aspects of short-answer questions and their scoring: First, we concentrate on a reading comprehension scenario for learners of German as a foreign language, where students answer questions about a reading text. Within this scenario, we examine the multiple relations between reading texts, learner answers and teacher-specified target answers. Second, we investigate how to reduce human scoring workload by both fully automatic and computer-assisted scoring. The latter is a scenario where scoring is not done entirely automatically, but where a teacher receives scoring support, for example, by means of clustering similar answers together. Addressing the first aspect, we conduct a series of corpus annotation studies which highlight the relations between pairs of learner answers and target answers, as well as between both types of answers and the reading text they refer to. We annotate sentences from the reading text that were potentially used by learners or teachers for constructing answers and observe that, unsurprisingly, most correct answers can easily be linked to the text; incorrect answers often link to the text as well, but are often backed up by a part of the text not relevant to answer the question. Based on these findings, we create a new baseline scoring model which considers for correctness whether learners looked for an answer in the right place or not. After identifying those links into the text, we label the relation between learner answers and target answers as well as between reading texts and answers by annotating entailment relations. In contrast to the widespread assumption that scoring can be fully mapped to the task of recognizing textual entailment, we find the two tasks to be only closely related and not completely equivalent. Correct answers do often, but not always, entail the target answer, as well as part of the related text, and incorrect answers do most of the time not stand in an entailment relation to the target answer, but often have some overlap with the text. This close relatedness allows us to use gold-standard entailment information to improve the performance of automatic scoring. We also use links between learner answers and both reading texts and target answers in a statistical alignment-based scoring approach using methods from machine translation and reach a performance comparable to an existing knowledge-based alignment approach. Our investigations into how human scoring effort can be reduced when learner answers are manually scored by teachers are based on two methods: active learning and clustering. In the active learning approach, we score particularly informative items first, i.e., items from which a classifier can learn most, identifying them using uncertainty-based sample selection. In this way, we reach a higher performance with a given number of annotation steps compared to randomly selected answers. In the second research strand, we use clustering methods to group similar answers together, such that groups of answers can be scored in one scoring step. In doing so, the number of necessary labeling steps can be substantially reduced. When comparing clustering-based scoring to classical supervised machine learning setups, where the human annotations are used to train a classifier, supervised machine learning is still in the lead in terms of performance, whereas clusters provide the advantage of structured output. However, we are able to close part of the performance gap by means of supervised feature selection and semi-supervised clustering. In an additional study, we investigate the automatic processing of learner language with respect to the performance of part-of-speech (POS) tagging tools. We manually annotate a German reading comprehension corpus both with spelling normalization and POS information and find that the performance of automatic POS tagging can be improved by spell-checking the data using the reading text as additional evidence for lexical material intended in a learner answer.Short-Answer-Fragen sind ein weit verbreiteter Aufgabentyp in vielen Bildungsbereichen. Die Antworten, die Lerner zu solchen Aufgaben geben, werden von Lehrenden allein auf Grundlage ihres Inhalts bewertet; linguistische Korrektheit wird soweit möglich ignoriert. Diese Doktorarbeit legt ihren Schwerpunkt auf zwei Aspekte im Zusammenhang mit Short- Answer-Fragen und ihrer Bewertung: Zum einen betrachten wir ein Leseverständnisszenario, bei dem Studenten Fragen zu Lesetexten beantworten. Dabei untersuchen wir insbesondere die verschiedenen Beziehungen, die es zwischen Lesetexten, Lernerantworten und vom Lehrer erstellten Musterantworten gibt. Zum anderen untersuchen wir, wie der menschliche Bewertungsaufwand durch voll-automatisches und computergestütztes Bewerten reduziert werden kann. Bei letzterem handelt es sich um ein Szenario, in dem Lehrer bei der Bewertung unterstützt werden, z.B. indem ähnliche Antworten automatisch gruppiert werden. Zur Untersuchung des ersten Aspekts unternehmen wir eine Reihe von Korpusannotationsstudien, die sowohl die Beziehungen zwischen Lerner- und Musterantworten beleuchten, als auch die Beziehung zwischen diesen Antworten und dem Lesetext, auf den sie sich beziehen. Wir annotieren Sätze aus dem Lesetext, die vermutlich bei der Formulierung einer Antwort benutzt wurden und machen die zu erwartende Beobachtung, dass die meisten korrekten Antworten problemlos mit bestimmten Textpassagen in Verbindung gebracht werden können. Inkorrekte Antworten haben ebenfalls oft eine Verbindung zu bestimmten Textpassagen, die aber oft für die jeweilige Frage nicht relevant sind. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse entwerfen wir ein neues Baseline-Bewertungsmodell, das für die Korrektheit einer Antwort nur in Betracht zieht, ob der Lerner die Antwort an der richtigen Stelle im Lesetext gesucht hat oder nicht. Nachdem wir diese Verbindungen in den Text identifiziert haben, annotieren wir die Relation zwischen Lerner- und Musterantworten und zwischen Texten und Antworten mit Entailment- Relationen. Im Gegensatz zur der weitverbreiteten Annahme, dass das Bewerten von Short- Answer-Fragen und das Erkennen von Textual-Entailment-Relationen zwischen Lerner und Musterantworten sich direkt entsprechen, finden wir heraus, dass die beiden Aufgaben nur nahe verwandt aber nicht vollständig äquivalent sind. Korrekte Antworten entailen meistens, aber nicht immer, die Musterantwort und auch den entsprechenden Satz im Lesetext. Inkorrekte Antworten stehen meist in keiner Entailmentrelation mit der Musterantwort, haben aber oft zumindest teilweisen Overlap mit dem Text. Diese nahe Verwandtschaft erlaubt es uns, Goldstandard-Entailmentinformation zu benutzen, um die Performanz beim automatischen Bewerten zu verbessern. Wir benutzen die annotierten Verbindungen zwischen Lesetexten und Antworten auch in einem Scoringansatz, der auf statistischem Alignment basiert und Methoden aus dem Bereich der maschinellen Übersetzung nutzt. Dabei erreichen wir eine Scoringgenauigkeit, die mit Ansätzen, die ein existierendes wissensbasiertes Alignment nutzen, vergleichbar ist. Unsere Untersuchungen, wie der Bewertungsaufwand beim Menschen verringert werden kann, wenn Antworten vom Lehrer manuell bewertet werden, basieren auf zwei Methoden: Active Learning und Clustering. Beim Active-Learning-Ansatz werden besonders informative Antworten vorrangig zur Bewertung ausgewählt, d.h. solche Antworten, von denen ein Klassifikator besonders viel lernen kann. Wir identifizieren solche Antworten durch Uncertainty-Sampling- Methoden und erreichen dadurch mit einer gegebenen Anzahl von Annotationsschritten eine höhere Klassifikationsgenauigkeit als mit zufällig ausgewählten Antworten. In unserem zweiten Forschungszweig nutzen wir Clusteringmethoden um ähnliche Antworten zu gruppieren, so dass Gruppen von Antworten in einem Annotationsschritt bewertet werden können. Dadurch kann die Anzahl der insgesamt nötigen Bewertungsschritte drastisch reduziert werden. Beim Vergleich zwischen clusteringbasierten Bewertungsverfahren und klassischem überwachten maschinellen Lernen, bei dem menschliche Annotationen dazu genutzt werden, einen Klassifikator zu trainieren, erbringen überwachte maschinelle Lernverfahren immer noch eine höhere Bewertungsgenauigkeit. Demgegenüber bringen Cluster den Vorteil eines strukturierten Outputs mit sich. Wir sind jedoch in der Lage, einen Teil diese Genauigkeitslücke zu schließen, in dem wir überwachte Featureauswahl und halbüberwachtes Clustering anwenden. In einer zusätzlichen Studie untersuchen wir die automatische Verarbeitung von Lernersprache im Hinblick auf die Performanz vonWerkzeugen für dasWortarten-Tagging. Wir annotieren ein deutsches Leseverstehenskorpus manuell sowohl mit Normalisierungsinformation in Bezug auf Rechtschreibung als auch mit Wortartinformation. Als Ergebnis der Studie finden wir, dass die Performanz bei der automatischen Wortartenzuweisung durch Rechtschreibkorrektur verbessert werden kann, insbesondere wenn wir den Lesetext als zusätzliche Evidenz dafür verwenden, welche Wörter der Leser in einer Antwort vermutlich benutzen wollte

Irish dependency treebanking and parsing

Despite enjoying the status of an official EU language, Irish is considered a minority language. As with most minority languages, it is a `low-density' language, which means it lacks important linguistic and Natural Language Processing (NLP) resources. Relative to better-resourced languages such as English or French, for example, little research has been carried out on computational analysis or processing of Irish. Parsing is the method of analysing the linguistic structure of text, and it is an invaluable processing step that is required for many different types of language technology applications. As a verb-initial language, Irish has several features that are uncharacteristic of many languages previously studied in parsing research. Our work broadens the application of NLP methods to less studied language structures and provides a basis on which future work in Irish NLP is possible. We report on the development of a dependency treebank that serves as training data for the first full Irish dependency parser. We discuss the linguistic structures of Irish, and the motivation behind the design of our annotation scheme. Our work also examines various methods of employing semi-automated approaches to treebank development. We overcome the relatively small pool of linguistic and technological resources available for the Irish language with these approaches, and show that even in early stages of development, parsing results for Irish are promising. What counts as a sufficient number of trees for training a parser varies according to languages. Through empirical methods, we explore the impact our treebank's size and content has on parsing accuracy for Irish. We also discuss our work in crosslingual studies through converting our treebank to a universal annotation scheme. Finally we extend our Irish NLP work to the unstructured user-generated text of Irish tweets. We report on the creation of a POS-tagged corpus of Irish tweets and the training of statistical POS-tagging models. We show how existing resources can be leveraged for this domain-adapted resource development