mathematical communication

Background The emergence of Generative Artificial Intelligence (GenAI), particularly ChatGPT, offers new possibilities for mathematics learning in higher education. Although ChatGPT can provide explanations, examples, guiding questions, and feedback, its use in Abstract Algebra courses has largely been limited to answering questions and verifying mathematical answers or proofs. This study analyses pre-service mathematics teachers’ mathematical communication when interacting with ChatGPT through seven indicators, including: interpreting formal definitions; using mathematical terms, symbols, variables, and notation appropriately; constructing examples, non-examples, and counter-examples; explaining relationships between algebraic objects and their properties; justifying arguments or proofs; evaluating the validity of mathematical responses; and formulating coherent conclusions. Method A qualitative case study involved 18 pre-service mathematics teachers enrolled in an Abstract Algebra course in the department of mathematics education at a public university in Bandung City, West Java, Indonesia. Data comprised written dialogues between the pre-service mathematics teachers and ChatGPT while solving Abstract Algebra problems and were analysed using the seven indicators. Results The findings indicate that the pre-service mathematics teachers’ mathematical communication generally ranged from developing to adequate. They performed relatively well in using terminology and notation, constructing examples or counter-examples, and explaining relationships among algebraic objects and properties. However, justification, critical evaluation of ChatGPT responses, and independent conclusion-making remained weak. While some pre-service mathematics teachers accepted inaccurate AI responses, others identified and connected them. Conclusion The findings suggest that GenAI should serve as a dialogue partner and scaffolding, rather than an authority on mathematical truth. Mathematics course should emphasise verification, justification, critical evaluation, and argument reconstruction to foster independent mathematical communication skills.

زمینه و هدف: ظهور هوش مصنوعی مولد (GenAI)، به‌ویژه ChatGPT، امکانات جدیدی را برای یادگیری ریاضیات در آموزش عالی فراهم کرده است. اگرچه ChatGPT می‌تواند توضیحات، مثال‌ها، پرسش‌های راهنما و بازخورد ارائه دهد، اما استفاده از آن در درس جبر مجرد عمدتاً به پاسخ‌گویی به سؤالات و تأیید پاسخ‌ها یا اثبات‌های ریاضی محدود شده است. این پژوهش به تحلیل ارتباط ریاضی معلمان ریاضی پیش‌خدمت هنگام تعامل با ChatGPT بر اساس هفت شاخص می‌پردازد که عبارت‌اند از: تفسیر تعاریف رسمی؛ استفاده مناسب از اصطلاحات، نمادها، متغیرها و نشانه‌گذاری ریاضی؛ ساخت مثال، غیرمثال و مثال نقض؛ توضیح روابط بین اشیاء جبری و ویژگی‌های آن‌ها؛ توجیه استدلال‌ها یا اثبات‌ها؛ ارزیابی روایی پاسخ‌های ریاضی؛ و صورت‌بندی نتیجه‌گیری منسجم. روش: این مطالعه کیفی موردی با مشارکت ۱۸ معلم ریاضی پیش‌خدمت که در درس جبر مجرد در گروه آموزش ریاضی یکی از دانشگاه‌های دولتی شهر باندونگ، جاوه غربی، اندونزی ثبت‌نام کرده بودند، انجام شد. داده‌ها شامل مکالمات مکتوب بین معلمان ریاضی پیش‌خدمت و ChatGPT هنگام حل مسائل جبر مجرد بود که با استفاده از هفت شاخص تحلیل گردید. یافته‌ها: نتایج نشان داد که ارتباط ریاضی معلمان ریاضی پیش‌خدمت عموماً در بازه در حال توسعه تا قابل قبول قرار داشت. آن‌ها در استفاده از اصطلاحات و نشانه‌گذاری، ساخت مثال یا مثال نقض، و توضیح روابط بین اشیاء جبری و ویژگی‌ها عملکرد نسبتاً خوبی داشتند. با این حال، توجیه، ارزیابی انتقادی پاسخ‌های ChatGPT و نتیجه‌گیری مستقل همچنان ضعیف باقی ماند. در حالی که برخی معلمان ریاضی پیش‌خدمت پاسخ‌های نادرست هوش مصنوعی را پذیرفتند، برخی دیگر آن‌ها را شناسایی و به هم مرتبط کردند. نتیجه‌گیری: یافته‌ها نشان می‌دهد که GenAI باید به عنوان شریک گفت‌وگو و پشتیبان مورد استفاده قرار گیرد، نه مرجع حقیقت ریاضی. دروس ریاضی باید بر تأکید بر صحت‌سنجی، توجیه، ارزیابی انتقادی و بازسازی استدلال‌ها جهت پرورش مهارت‌های ارتباط ریاضی مستقل تمرکز کنند.

Mathematical communication is essential for effective mathematics learning, yet many students struggle to communicate mathematical ideas. Grounded in Embodied Cognition Theory, Conceptual Metaphor Theory, and the 4E Cognition Framework, this study examined the influence of embodied interaction on mathematical communication among Ghanaian SHS students, with spatial language as a mediator and classroom engagement as a moderator. A cross-sectional survey was conducted with 420 SHS 2 and SHS 3 students selected through multistage sampling. Data were analysed using SEM. Embodied interaction significantly predicted mathematical communication (β = .321, p < .001). Spatial language partially mediated the relationship (indirect effect = .209, 95% BC CI [.114, .293]), whereas classroom engagement did not significantly moderate it (β = .055, p = .131).

ارتباطات ریاضی برای یادگیری مؤثر ریاضیات ضروری است، اما بسیاری از دانش‌آموزان در انتقال ایده‌های ریاضی دچار مشکل می‌شوند. این مطالعه با تکیه بر نظریه شناخت تجسم‌یافته، نظریه استعاره مفهومی و چارچوب شناخت 4E، تأثیر تعامل تجسم‌یافته بر ارتباطات ریاضی در میان دانش‌آموزان دبیرستانی غنایی را با نقش میانجی زبان فضایی و نقش تعدیل‌گر درگیری کلاسی بررسی کرده است. یک پژوهش مقطعی با مشارکت ۴۲۰ دانش‌آموز پایه دوم و سوم دبیرستان با نمونه‌گیری چندمرحله‌ای انجام شد. داده‌ها با استفاده از مدل‌یابی معادلات ساختاری (SEM) تحلیل شدند. تعامل تجسم‌یافته به طور معناداری ارتباطات ریاضی را پیش‌بینی کرد (β = .321, p < .001). زبان فضایی به طور جزئی رابطه را میانجی‌گری کرد (اثر غیرمستقیم = .209، فاصله اطمینان ۹۵٪ BC [.114, .293])، در حالی که درگیری کلاسی نقش تعدیل‌گر معناداری نداشت (β = .055, p = .131).

Developing students’ capacity for mathematical reasoning and communication is a central goal of contemporary mathematics education, yet qualitative evidence on how these competencies are externalized during problem solving remains limited. This study investigates how students’ mathematical reasoning, use of representations, and modes of engagement differ in the ways 19 they become visible during problem solving, even when solutions are mathematically correct. Adopting a qualitative comparative case study design, three secondary school students exhibiting contrasting modes of engagement were examined while solving a non-routine algebraic problem designed to elicit representational transitions and justification. Data were drawn from written solution artefacts and follow-up semi-structured, artifact-based interviews. Thematic analysis focused on reasoning documentation, representational coordination, and forms of mathematical communication, emphasizing processes of externalization rather than evaluative correctness. Although all students produced correct solutions, their reasoning became visible in markedly different ways: one case demonstrated systematic written documentation and coordinated use of representations, another relied primarily on verbal explanation with limited written elaboration, and a third engaged in exploratory trial-and-error with minimal explicit justification. Rather than treating individual differences as fixed traits, these cases illuminate distinct pathways through which reasoning is externalized or remains partially concealed. The study contributes an analytic lens for examining the visibility of mathematical reasoning and offers implications for instructional practices that foreground explanation and representation in heterogeneous mathematics classrooms.

توسعه ظرفیت دانش‌آموزان برای استدلال و ارتباط ریاضی یکی از اهداف محوری آموزش ریاضی معاصر است، اما شواهد کیفی درباره چگونگی برون‌سازی این شایستگی‌ها در حین حل مسئله همچنان محدود است. این پژوهش بررسی می‌کند که چگونه استدلال ریاضی دانش‌آموزان، استفاده از بازنمایی‌ها و شیوه‌های درگیری آن‌ها در نحوه آشکار شدن طی حل مسئله متفاوت است، حتی زمانی که راه‌حل‌ها از نظر ریاضی صحیح باشند. با اتخاذ طرح مطالعه موردی مقایسه‌ای کیفی، سه دانش‌آموز دبیرستانی با شیوه‌های درگیری متضاد، در حین حل یک مسئله جبری غیرروتین که با هدف برانگیختن گذارهای بازنمایی و توجیه طراحی شده بود، مورد بررسی قرار گرفتند. داده‌ها از مصنوعات نوشتاری راه‌حل و مصاحبه‌های نیمه‌ساختاریافته مبتنی بر مصنوعات گردآوری شد. تحلیل تماتیک بر مستندسازی استدلال، هماهنگی بازنمایی‌ها و اشکال ارتباط ریاضی متمرکز بود و بر فرایندهای برون‌سازی به جای صحت ارزشیابانه تأکید داشت. اگرچه همه دانش‌آموزان راه‌حل‌های صحیح ارائه کردند، اما استدلال آن‌ها به شیوه‌های کاملاً متفاوتی آشکار شد: یک مورد مستندسازی نظام‌مند نوشتاری و استفاده هماهنگ از بازنمایی‌ها را نشان داد، دیگری عمدتاً به توضیح شفاهی با بسط نوشتاری محدود متکی بود و سومی با رویکرد آزمون و خطای اکتشافی و حداقل توجیه صریح درگیر شد. به جای تلقی تفاوت‌های فردی به عنوان ویژگی‌های ثابت، این موارد مسیرهای متمایزی را که استدلال از طریق آن‌ها برون‌سازی یا تا حدی پنهان می‌ماند، روشن می‌کند. این پژوهش یک لنز تحلیلی برای بررسی آشکار بودن استدلال ریاضی ارائه می‌دهد و دلالت‌هایی برای شیوه‌های آموزشی که بر توضیح و بازنمایی در کلاس‌های ریاضی ناهمگن تأکید دارند، مطرح می‌کند.