生成式AI於資料科學課程的導入時長效應：比較不同介入週數對非資訊背景大學生學習成效之影響

內容摘述

在人工智慧浪潮席捲各專業領域的當下,資料科學與程式設計已然成為高等教育不可或缺的核心素 養。然而,對於非資訊背景的大學生,尤其是初入大學階段者,學習程式設計的抽象性與複雜性常 構成顯著的學習障礙,進而影響其學習動機與最終成效。近年興起的生成式 AI(Generative AI, GenAI),特別是大型語言模型(LLMs),憑藉其在輔助程式碼生成、概念釐清、即時除錯及個人 化教學支援等面向展現的潛力,被視為革新程式設計教育的關鍵技術。既有文獻雖已初步探索 GenAI 作為教學輔具的應用效益,但對於如何將此類工具最適切地融入課程結構,尤其 GenAI 教學 介入的「時長」此一影響是否對學習成效具有調節作用仍有待釐清。 基於此背景與理論考量,本研究探討在一門大學入門級「資料科學與問題解決」課程中,不同時長 的 AI 虛擬學習夥伴介入對非資訊背景大學一年級學生Python 程式設計學習成效的差異性影響。我 們假設,相較於較短時程,較長的AI導入與應用指導(12週)更能促進學生有效運用AI輔助,克 服學習難點,從而在學期末展現更佳的程式設計能力。 本研究採準實驗研究設計,以中部一所大學修習該課程之195 名非資訊背景大學一年級學生為研究 對象。研究者以其任教之兩個已分班的大學一年級班級為研究單位。實驗組(長時介入組, n = 105)接受為期12 週(自第 4 週至第15 週)的AI 虛擬學習夥伴導入與應用指導;對照組(短時介 入組,n = 90 )則接受為期8 週(自第8 週至第 15 週)的相同指導,其第4 至 7 週採傳統教學模 式。兩組課程內容(含 Python 基礎、資料處理、視覺化、分析概念)、教學目標、評量標準均維 持一致,且使用相同的、基於LINE 平台、整合 Google Gemini 生成式 AI 技術的 AI 虛擬學習夥伴 作為學習輔助工具。學習成效採修改自「大學程式能力檢定(APCS)」Python官方題庫之前、後測 卷。在正式介入開始前一週(第 3 週),所有學生均接受課堂教學活動,學習如何有效對 AI 虛擬 學習夥伴提問(提問工程技巧)。實驗組自第…