设计支架卡片以促进基于LLM的苏格拉底式教学：响应策略支持学习的探索性研究

文献标题

Designing Scaffolding Cards to Facilitate LLM-Based Socratic Instruction: An Exploratory Study of Response Strategies to Support Learning

出版信息

• 主题领域: 使用脚手架策略提升学习者与LLM在苏格拉底式教学中的互动。
• 关键词: 脚手架卡片, 苏格拉底式教学, 基于LLM的辅导, 批判性思维, 认知负荷, 学习满意度, 响应策略, 个性化脚手架, 学习者自主性。

背景与问题

• 问题/挑战: 在基于LLM的苏格拉底式教学中，学习者对开放性问题的回答往往较为表面化，削弱了批判性思维和学习效果。现有研究主要关注LLM的提问设计，而忽视了学习者的回答策略。
• 重要性: 解决这一问题对于促进深度参与、批判性思维以及学习者在LLM驱动的教育环境中的自主性至关重要。
• 动机与相关研究: 苏格拉底式方法提倡反思性对话，但其成功依赖于学习者构建有意义回答的能力。现有研究强调导师驱动的脚手架，而对如何支持学习者的回答构建缺乏深入理解。

解决方案

• 提出的方法: 脚手架卡片——18种句子框架响应策略，分为三个类别（结构化表达、构建推理、激活思维），用于指导学习者在基于LLM的苏格拉底式教学中构建深思熟虑的回答。
• 创新点:
  1. 引入以响应为中心的脚手架方法，针对学习者的即时响应状态。
  2. 开发了保留自主性的脚手架，提供句法支持而不限定内容。
  3. 设计了功能透明的脚手架，明确传达其目的和应用方式。
  4. 通过混合方法研究评估卡片对批判性思维、认知负荷和学习满意度的影响。
• 流程与关键技术:
  1. 进行形成性研究（N=20），从对话记录和访谈中提取响应策略。
  2. 基于Bloom修订的分类法和学习者反馈设计脚手架卡片。
  3. 在混合方法用户研究（N=34）中评估卡片，采用被试内设计，比较实验组与对照组在批判性思维、认知负荷和学习满意度指标上的表现。

结果

• 具体发现:
  • 实验组的批判性思维得分显著更高（t33 = 6.675, p < .05）。
  • 外在认知负荷显著降低（t33 = -2.753, p < .05），而内在认知负荷略有增加（t33 = 1.904, p = .066）。
  • 学习满意度在实验组显著更高（t33 = 3.067, p < .05）。
• 相较基线的优势: 脚手架卡片在学习者回答的分析广度、推理深度和重点聚焦方面优于无脚手架对照组。
• 实验/评估:
  • 参与者广泛使用卡片，其中简化、提问和推测策略最为频繁。
  • 访谈揭示了策略使用的目的性，受对话背景、知识熟练度和个人偏好影响。
  • 问卷结果证实了认知负荷的降低以及学习体验满意度的提升。
• 局限性与未来工作:
  • 缺乏个性化推荐以帮助选择卡片。
  • 长期使用可能存在对脚手架的过度依赖风险。
  • 需要探索脚手架在不同学习环境和阶段的效果。

总结

本研究开发并评估了脚手架卡片，以解决基于LLM的苏格拉底式教学中学习者回答表面化的问题。这些卡片分为三个类别，提供结构化但灵活的支持，用于构建有意义的回答。混合方法评估显示，与无脚手架基线相比，批判性思维显著提高，外在认知负荷降低，学习满意度更高。研究结果突出了基于状态感知、保留自主性和功能透明的脚手架在增强学习者与LLM互动方面的潜力，并对设计响应性和个性化教育工具具有重要意义。