学习编程时使用生成式AI,是在培养计算思维,还是主要帮学生完成任务?

生成式AI可以在编程课上支持计算思维,但互动方式——是苏格拉底式提问还是直接给答案——似乎很关键。

直接答案

两者都可能,但平衡很大程度上取决于AI怎么用。对编程课堂的研究报告称,生成式AI支持与更高的计算思维得分相关,尤其是当AI用问题引导学生、而不是直接给出答案时[2][4]。与此同时,一项比较把直接给答案的AI支持与更强的“认知懒惰”联系起来——即倾向于依赖工具而不是自己把问题想透——这正是任务完成那一面[2]。

5篇文献引用

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这些研究说的“计算思维”到底测了什么

计算思维并不是一个抽象的单一考试分数;在这些研究中,它被拆成多个维度,并在编程课程前后分别测量。一项比较评估了五个独立的计算思维维度,同时测量了认知懒惰——即不经过推理就接受答案的习惯[2]。另一项研究则在两个完整班级中追踪了计算思维和元认知意识——学生对自己思维和学习策略的意识[4]。

这对我们这个问题很重要,因为“培养计算思维”被检验的是一组技能和习惯,而不只是完成作业。当实验组在干预后的计算思维和元认知意识上高于对照组时,这是技能增长的证据,而不只是更快完成任务[4]。研究范围是课堂比较,所以它说明的是课程层面的结果,而不是AI聊天机器人的每一次非正式使用。

AI的回应方式为何可能改变学生的收获

最直接的线索来自比较编程学习中两种AI支持方式:一种直接给答案,一种用苏格拉底式提问,以提示推动学生自己推理。那项比较考察了认知懒惰和五个计算思维维度,两种方式之间的差异正是研究重点[2]。通俗地说,直接交出代码的AI可能让学生跳过脑力劳动;而问“你觉得这个循环在做什么?”的AI则把这份脑力劳动留在学生手里。

另一项研究把生成式AI辅助与苏格拉底式提问结合,发现实验组在干预后的计算思维和元认知意识得分高于对照组[4]。合起来看,这些结果与“提问方式起了一部分作用”的想法一致——但这些研究比较的是不同的课堂设置,所以这是证据中的一种模式,而不是已证实的因果关系。

对更小的学生也成立吗?信心又会怎样?

这种模式并不限于年龄较大的编程学生。在一项针对五年级学生的研究中,研究者考察了把Scratch编程与ChatGPT互动结合对数学成绩和计算思维的影响,研究报告称AI可以改善小学教育中的数学成绩和计算思维[3]。这把问题延伸到了儿童身上,不过测量的结果是数学成绩和计算思维的混合,而不只是编程技能。

信心和挫败感是另一条线索。一项研究考察了学生的学习风格与他们在使用生成式AI工具编程时的挫败感和信心之间的关系,使用了VARK框架,即视觉、听觉、读写和动觉偏好[5]。这项研究没有测量计算思维或任务完成速度,所以无法解决“培养还是完成”的问题;它提醒我们,同一个工具对一个学生可能是有支持的,对另一个学生却可能令人沮丧。

那么学习者该让AI给答案,还是让它提问?

对这些研究的实际解读是:AI的角色不是由工具本身固定的,而是由互动方式决定的。当生成式AI支持与苏格拉底式提问结合时,学生表现出比对照组更高的计算思维和元认知意识[4];而一项直接比较给答案与苏格拉底式支持的研究,同时考察了认知懒惰和计算思维维度[2]。任务完成方面的好处是真实的——研究AI帮助正是因为它在支持编程工作——但证据指向提问模式与技能发展的联系更紧密。

这一结论旁边还有一个提醒:这些是关于课堂比较的摘要层面报告,而且研究在年龄组、学科组合和具体测量内容上各不相同。五年级研究把数学成绩与计算思维捆绑在一起[3],而苏格拉底式比较则把认知懒惰与思维维度分开[2]。所以诚实的答案是:生成式AI在用来促使学生推理时可以培养计算思维,在用来提供答案时则主要帮他们完成任务——而这种分化的强度仍在研究中。

本文引用的文献

1

生成式人工智能(AI)工具使用对学生计算思维技能、编程自我效能感和动机的影响

该研究调查了ChatGPT等生成式AI工具在编程教育中如何影响学生的计算思维技能、编程自我效能感和动机。

2

……——编程学习中给答案式与苏格拉底式生成式AI支持的比较:认知懒惰、计算思维和计算思维……的差异

该研究比较了编程学习中给答案式与苏格拉底式生成式AI支持,评估了认知懒惰和五个计算思维维度。

3

评估使用ChatGPT进行Scratch编程与AI互动对五年级学生数学成绩和计算思维的效果

研究考察了把Scratch编程与ChatGPT互动结合对五年级学生数学成绩和计算思维的影响,报告称AI可以改善小学教育中的数学成绩和计算思维。

4

……结合苏格拉底式提问的生成式AI辅助编程学习:对学习成绩、计算思维和元认知意识的影响

在两个完整班级的比较中,结合苏格拉底式提问的生成式AI辅助编程学习在干预后产生了比对照组更高的计算思维和元认知意识得分。

5

生成式AI对编程学生的影响:不同学习风格下的挫败感和信心

该研究考察了学生的学习风格与他们在使用生成式AI工具编程时的挫败感和信心之间的关系,未涉及计算思维或任务完成效率。