Штучний інтелект і трансформація освітнього оцінювання: від перевірки відповіді до реконструкції мислення
В. Залізко
Міжнародний інноваційний центр штучного інтелекту, ETH
https://orcid.org/0000-0001-5362-8270
Анотація
У статті розглядається проблема епістемічної валідності сучасного освітнього оцінювання в умовах стрімкого розвитку генеративного штучного інтелекту. Показано, що традиційна модель стандартизованих іспитів, орієнтована на перевірку кінцевого результату, втрачає інформативність у ситуації, коли великі мовні моделі здатні продукувати коректні відповіді без відображення реальної когнітивної діяльності суб’єкта навчання. Обґрунтовується необхідність переходу від результат-центричної до процес-центричної парадигми оцінювання, у якій ключовим об’єктом аналізу є структура міркування. Особлива увага приділяється STEM-освіті, де логічна послідовність доведення становить основу предметної компетентності. Запропоновано концепцію епістемічної прозорості оцінювання, що передбачає фіксацію рукописного процесу розв’язування задач із подальшою цифровою реконструкцією логічної структури за допомогою STEM-OCR та інструментів освітньої аналітики. Стверджується, що поєднання рукописного мислення та алгоритмічного аналізу може відновити довіру до систем онлайн-оцінювання та підвищити їхню валідність у добу генеративного ШІ.
Ключові слова: епістемічна валідність; процес-центричне оцінювання; STEM-освіта; генеративний ШІ; великі мовні моделі; EdTech; STEM-OCR; рукописний текст; аналіз почерку; логічна структура доведення; когнітивна траєкторія; аргументаційний аналіз; цифрова реконструкція мислення; high-stakes assessment; освітня аналітика.
Вступ. Сучасні стандартизовані іспити засновані на редукції знання до результату. Такий підхід історично виправданий із позиції масовості, масштабованості та адміністративної стандартизації: система повинна швидко перевіряти великі масиви відповідей і забезпечувати формальну об’єктивність. Однак ця модель не враховує природу математичного та наукового мислення як послідовного логічного процесу, що складається з гіпотез, перетворень, аргументаційних переходів та перевірки припущень. У класичній освітній парадигмі кінцевий результат розглядався як репрезентант внутрішньої когнітивної діяльності. Проте в умовах цифрової трансформації освіти ця відповідність більше не є очевидною.
У контексті розвитку великих мовних моделей виникає принциповий парадокс:
чим точніше ШІ генерує правильні відповіді, тим менш інформативним стає результат-центричне тестування. Якщо система оцінює лише фінальну відповідь, вона не здатна відрізнити самостійне розв’язання від алгоритмічної генерації.
Таким чином, виникає структурна епістемологічна проблема: оцінювання перестає вимірювати знання як когнітивну здатність і починає вимірювати доступ до інструментів генерації відповіді. Автор обґрунтовує необхідність переходу від моделі: «правильність відповіді = знання» до моделі: «структура міркування = рівень сформованості компетентності».
У STEM-освіті це особливо актуально, оскільки саме логічна послідовність доведення, обґрунтування формул та причинно-наслідкові зв’язки становлять ядро предметної компетентності. Математичний доказ, фізичне пояснення або алгоритмічне перетворення не можуть бути редуковані до кінцевого числового результату без втрати змісту. У цьому контексті ключового значення набуває фіксація процесу мислення. Найприроднішою формою такої фіксації залишається рукописний запис. На відміну від друкованого або автоматично згенерованого тексту, рукопис відображає:
темп мислення,
послідовність кроків,
виправлення та сумніви,
структуру просторового розміщення формул,
індивідуальну логіку побудови доведення.
Аналіз почерку має не лише графологічний, а насамперед когнітивний вимір. Просторова організація розв’язку, спосіб групування перетворень, використання допоміжних позначень — усе це формує топологію мислення. Саме вона може бути об’єктом цифрової реконструкції. У межах сучасного EdTech-середовища відкривається можливість поєднати рукописну форму з інструментами автоматизованої обробки даних. Розвиток OCR-систем для STEM (Optical Character Recognition із підтримкою формул, символічної нотації та структурного аналізу) дозволяє здійснювати:
автоматизоване розпізнавання рукописних формул;
сегментацію математичних блоків;
побудову символічних графів залежностей;
аналіз топології розв’язку;
виявлення логічних розривів;
оцінювання аргументаційної структури.
На відміну від традиційного тестування, така модель не зосереджується на фінальному числі чи формулі, а аналізує шлях до нього. ШІ виступає не генератором відповіді, а інструментом реконструкції когнітивної траєкторії. Особливу роль у цьому процесі відіграє аналіз почерку як динамічного сліду мислення. Навіть у статичному зображенні рукопису можна виявити:
повернення до попередніх кроків;
виправлення помилкових гіпотез;
альтернативні спроби розв’язання;
локальні зони невпевненості.
Ці елементи є маркерами глибини розуміння. Вони формують когнітивний профіль розв’язування задачі та дозволяють оцінити не лише правильність, а й якість мислення. Запропонована концепція оцінювання передбачає інтеграцію:
рукописного виконання завдання;
STEM-OCR-аналізу;
алгоритмів структурної верифікації;
людського експертного контролю.
Така модель поєднує людський педагогічний досвід із машинною аналітикою, забезпечуючи баланс між масштабованістю та глибиною оцінювання. Показано, що саме цифрова обробка рукописного тексту може стати відповіддю на кризу довіри до онлайн-оцінювання. Парадоксально, але в добу генеративного ШІ повернення до письмового розв’язування задач із подальшим алгоритмічним аналізом дозволяє відновити прозорість мислення. Отже, у центрі нової парадигми перебуває не відповідь як продукт, а мислення як процес. Освітні технології (EdTech) та системи OCR стають не інструментами спрощення перевірки, а засобами підвищення епістемічної валідності оцінювання.
Важливо зазначити, що запропонована концепція процес-центричного оцінювання вже частково реалізована в освітньому додатку «Мрія+», де інтегровано модулі розпізнавання рукописного STEM-тексту, структурного аналізу розв’язків і реконструкції логіки міркування. Платформа поєднує рукописне виконання завдань із алгоритмічною перевіркою послідовності кроків, що дозволяє оцінювати не лише кінцевий результат, а й якість аргументаційної структури. Це створює практичну основу для впровадження епістемічно прозорої моделі оцінювання в цифровому освітньому середовищі
Висновки
Сучасна система стандартизованого оцінювання, орієнтована на перевірку кінцевого результату, втрачає епістемічну валідність в умовах розвитку генеративного штучного інтелекту.
Правильна відповідь більше не є достатнім індикатором сформованості компетентності, оскільки вона може бути згенерована без реального когнітивного процесу.
У STEM-освіті ключовим об’єктом оцінювання має стати структура міркування, а не лише фінальний результат.
Рукописний розв’язок є природною формою фіксації когнітивної траєкторії та дозволяє відновити послідовність логічних переходів.
Використання STEM-OCR, освітньої аналітики та алгоритмічної реконструкції доведення створює підґрунтя для процес-центричної моделі оцінювання.
Майбутнє освітнього оцінювання полягає у поєднанні людського експертного контролю та машинної аналітики, що забезпечує епістемічну прозорість і підвищення довіри до систем оцінювання в добу ШІ.
Artificial intelligence and the transformation of educational assessment: from checking answers to reconstructing thinking
Modern standardised examinations are based on reducing knowledge to a result. This approach is historically justified from the point of view of mass appeal, scalability and administrative standardisation: the system must quickly check large arrays of answers and ensure formal objectivity. However, this model does not take into account the nature of mathematical and scientific thinking as a sequential logical process consisting of hypotheses, transformations, argumentative transitions, and verification of assumptions.
In the classical educational paradigm, the final result was considered representative of internal cognitive activity. However, in the context of the digital transformation of education, this correspondence is no longer obvious.
In the context of the development of large language models, a fundamental paradox arises:
the more accurately AI generates correct answers, the less informative result-centred testing becomes. If the system evaluates only the final answer, it is unable to distinguish between independent problem solving and algorithmic generation.
This raises a structural epistemological problem: assessment ceases to measure knowledge as a cognitive ability and begins to measure access to answer generation tools.
The author justifies the need to move from the model:
“correct answer = knowledge”
to the model:
“structure of reasoning = level of competence development”.
This is particularly relevant in STEM education, as it is the logical sequence of proof, justification of formulas, and cause-and-effect relationships that form the core of subject competence. Mathematical proof, physical explanation, or algorithmic transformation cannot be reduced to a final numerical result without losing meaning.
In this context, recording the thought process becomes crucial. The most natural form of such recording remains handwriting. Unlike printed or automatically generated text, handwriting reflects:
the pace of thinking,
the sequence of steps,
corrections and doubts,
the spatial arrangement of formulas,
the individual logic of the proof.
Handwriting analysis has not only a graphological but, above all, a cognitive dimension. The spatial organisation of the solution, the method of grouping transformations, the use of auxiliary symbols — all this forms the topology of thinking. It is this topology that can be the object of digital reconstruction.
Within the modern EdTech environment, it is possible to combine handwritten forms with automated data processing tools. The development of OCR systems for STEM (Optical Character Recognition with support for formulas, symbolic notation, and structural analysis) allows for:
automated recognition of handwritten formulas;
segmentation of mathematical blocks;
construction of symbolic dependency graphs;
analysis of solution topology;
detection of logical gaps;
evaluation of argumentation structure.
Unlike traditional testing, this model does not focus on the final number or formula, but analyses the path to it. AI acts not as a generator of answers, but as a tool for reconstructing the cognitive trajectory.
Handwriting analysis as a dynamic trace of thinking plays a special role in this process. Even in a static image of a manuscript, it is possible to detect:
returns to previous steps;
corrections of false hypotheses;
alternative attempts at solutions;
local areas of uncertainty.
These elements are markers of depth of understanding. They form a cognitive profile of problem solving and allow us to evaluate not only the correctness but also the quality of thinking.
The proposed assessment concept involves the integration of:
handwritten task completion;
STEM-OCR analysis;
structural verification algorithms;
human expert control.
This model combines human pedagogical experience with machine analytics, ensuring a balance between scalability and depth of assessment.
It has been shown that digital processing of handwritten text may be the answer to the crisis of confidence in online assessment. Paradoxically, in the age of generative AI, a return to written problem solving followed by algorithmic analysis allows for the restoration of transparency in thinking.
Thus, at the heart of the new paradigm is not the answer as a product, but thinking as a process. Educational technologies (EdTech) and OCR systems are becoming not tools for simplifying verification, but means of increasing the epistemic validity of assessment.
The proposed concept of process-centred assessment has already been partially implemented in the educational application “Mriya+”, which integrates modules for recognising handwritten STEM text, structural analysis of solutions, and reconstruction of reasoning logic. The platform combines handwritten task completion with algorithmic verification of the sequence of steps, allowing for the assessment of not only the final result but also the quality of the argumentation structure. This creates a practical basis for the implementation of an epistemically transparent assessment model in the digital educational environment.
Conclusions
- The current system of standardised assessment, focused on testing the final result, loses its epistemic validity in the context of thedevelopment of generative artificial intelligence.
- The correct answer is no longer a sufficient indicator of competence, as it can be generated without any real cognitive process.
In STEM education, the key object of assessment should be the structure of reasoning, not just the final result. - Handwritten solutions are a natural way to record the cognitive trajectory and allow the sequence of logical transitions to be reconstructed.
- The use of STEM-OCR, educational analytics, and algorithmic reconstruction of proof creates the basis for a process-centric assessment model.
The future of educational assessment lies in combining human expert control and machine analytics, which ensures epistemic transparency and increases trust in assessment systems in the age of AI.
Artificial intelligence and the transformation of educational assessment: from checking answers to reconstructing thinking
V. Zalizko
International Innovation Centr for Artificial Intelligence, ETH
https://orcid.org/0000-0001-5362-8270
Abstract
The article discusses the problem of epistemic validity of modern educational assessment in the context of rapid development of generative artificial intelligence. It is shown that the traditional model of standardised exams, focused on testing the final result, loses its informative value in a situation where large language models are capable of producing correct answers without reflecting the real cognitive activity of the learner. The need to move from a result-centred to a process-centred assessment paradigm, in which the key object of analysis is the structure of reasoning, is justified.
Particular attention is paid to STEM education, where logical sequence of reasoning forms the basis of subject competence. The concept of epistemic transparency of assessment is proposed, which involves recording the handwritten process of solving problems with subsequent digital reconstruction of the logical structure using STEM-OCR and educational analytics tools. It is argued that the combination of handwritten thinking and algorithmic analysis can restore trust in online assessment systems and increase their validity in the era of generative AI.
Keywords: epistemic validity; process-centred assessment; STEM education; generative AI; large language models; EdTech; STEM-OCR; handwritten text; handwriting analysis; logical structure of reasoning; cognitive trajectory; argumentation analysis; digital reconstruction of thinking; high-stakes assessment; educational analytics.






