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AI給答案還是給提示?高中生關掉AI後,數學成績有何差別

媒角抵加News/林承志
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AI生成情境示意。學生在教室用鉛筆寫數學題,桌上的筆電已闔上。

(媒角抵加/林承志綜合報導)同一道數學題,AI可以直接給解法,也可以只提示下一步。一項2025年發表的土耳其高中實驗發現,通用GPT組練習得分較高,拿掉AI後,獨立測驗卻比對照組低17%。依教師提供的解法與常見錯誤來提示的AI導師組,獨立測驗與對照組沒有顯著差異。11月13日,臺師大與中研院資創中心舉辦研討會,中央大學教授劉晨鐘以AI用於科學教育的機會與威脅為題演講。臺師大校方新聞、PNAS高中數學實驗

關鍵資訊

  • 實驗怎麼比:土耳其一所高中按班級隨機分組。學生用課本與筆記練習,其中兩組另可使用不同版本的GPT-4,三組最後都獨立應試。
  • 兩種AI有何差別:通用版可以直接回覆解法。導師版按教師提供的正解、常見錯誤和回饋方式給提示,將解題步驟留給學生。
  • 研究測到什麼:兩組使用AI時的練習成績都高於對照組。獨立測驗時,通用版組低17%,導師版組與對照組的差異未達統計顯著。研究觀察的是短期表現。

練習答對的題目,換一道相似的還會做嗎?

11月13日的「AI時代的教育展望」研討會在臺師大圖書館國際會議廳舉行。上午第二場專題演講由中央大學資工系講座教授劉晨鐘主講,談AI進入科學課堂可能帶來的機會和風險。主辦方研討會議程、臺師大校方新聞

在一項2025年刊於《美國國家科學院院刊》(PNAS)的研究中,近千名學生在土耳其一所高中參加數學實驗。實驗於2023年秋季進行。每次先由老師複習上過的內容,接著讓學生做練習。對照組可翻課本和筆記,另外兩組也能向各自的AI工具求助。交卷後,老師會帶全班看過練習的解答。接下來是閉卷測驗,學生得自己寫,題目考的觀念和剛才練習相近。PNAS論文的實驗設計

研究團隊以班級為單位隨機分組,發現通用GPT組的練習分數比對照組高48%,AI導師組高127%。到了閉卷測驗,通用GPT組的估計分數比對照組低17%,相當於在滿分100的量尺上少約5.4分。AI導師組與對照組則沒有顯著差異。這些分數比較來自同一所學校的數學複習與隨堂測驗,觀察的是短期表現。PNAS論文表1與結果

AI生成資訊圖。通用版可給完整解法,導師版依教師資料給提示。
AI生成資訊圖。依PNAS研究的實驗設計整理,左側示意通用版給完整解法,右側示意導師版按教師提供的資料給提示。圖中方程式為示意例題。

同樣用GPT-4,學生問的問題變了

研究團隊用GPT-4做出兩種聊天工具。通用版模仿一般ChatGPT的對話方式,可以回覆完整解法。導師版由教師事先為題目提供參考解法,列出學生容易出錯的地方,以及遇到各種錯法時可以怎麼提示。學生也可以拿自己算出的答案請AI檢查。這套安排同時改變了AI提供的資訊和回饋方式。PNAS論文的兩種AI設計

研究團隊回頭看學生的對話紀錄。使用通用版的學生最常直接問答案。使用導師版的學生隨著練習,較常提出自己的解法或請求協助。作者據此認為,學生怎麼向AI求助,可能是獨立作答表現不同的原因之一。PNAS論文的對話分析

學生先試過,老師才有解法可以一起比較

如果要讓學生保留自己試一遍的機會,接下來還要安排回饋。教育研究中的「生產性失敗」通常分成兩段。學生先用已知的方法試解新問題,老師再拿學生提出的解法來比較,帶出目標概念。2021年一項整合53項研究的分析發現,學新概念時,先試解再教學整體較有利。不過,分析中的國小二至五年級學生,以及學習通用技能的情境,結果偏向先教再練。Sinha與Kapur的教育研究綜合分析

在台灣,劉晨鐘團隊的研究計畫提出結合CoSci科學模擬與因材網教材,開發能一對一引導學生的科學AI導師。老師和家長陪學生練習時,可以把AI的提示放在學生已經試算之後。學生可以先寫下自己的做法,遇到不會的步驟時,請AI指出哪個條件還沒用上。回頭看過解法後,再換一道考相同觀念的新題,讓學生自己寫出第一步和理由。中央大學科學AI導師計畫、延伸閱讀:如何看孩子能否獨立做新題

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