結合框架理論與拼圖法之人工智慧相關社會性科學議題教學對國小高年級學生非形式推理能力與對人工智慧態度的影響

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賴佑庭(Lai, Youting) 查詢紙本館藏

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網路學習科技研究所

論文名稱

結合框架理論與拼圖法之人工智慧相關社會性科學議題教學對國小高年級學生非形式推理能力與對人工智慧態度的影響
(The influence of the teaching of artificial intelligence-related Socio-scientific Issues combining Framing Theory and Jigsaw on the informal reasoning ability and attitudes to the artificial intelligence of senior students in elementary school)

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摘要(中)

人工智慧科技應用層面越來越深入我們的生活當中為人類帶來便利性，同時隨之而來因人工智慧科技產生新的社會性科學議題。經研究卻發現學生在處理社會性科學議題的非形式推理能力是不足的。我們應該重視「人工智慧」、「社會性科學議題」和「非形式推理能力」這三者交織而成會影響未來人類社會發展的重要研究問題。
本研究目的有四：一、試著初探人工智慧相關社會性科學議題基礎教學之研究；二、嘗試設計適合國內的人工智慧基礎課程並實際於國小現場實施教學；三、尋找能增進培養學生非形式推理能力之教學方式；四、了解國小高年級學生對人工智慧態度的影響。
本研究採用實驗研究法之準實驗設計，研究對象為兩班國小五年級學生，一班為實驗組共二十六人，一班為控制組共二十三人。本研究分別對兩班實施半學期共九週，進行一套「結合框架理論與拼圖法之合作學習」與「一般合作學習」學習活動，之後在對兩班學生的非形式推理能力與對人工智慧的態度進行評量。在非形式推理能力評量方面，研究者是研究處理前後分別以「國小高年級學生對人工智慧相關社會性科學議題非形式推理能力問卷」進行前、後測各一次，再利用Wu & Tsai (2007) 「社會性科學議題非形式推理綜合分析析架構」進行質性資料和量化資料的分析；在對人工智慧的態度評量方面，研究者在研究處理前後分別以「國小高年級學生對人工智慧的態度量表」進行前、後測各一次。
研究結果發現本研究此兩種的「合作學習」學習表現效果都好，而「基於框架理論及拼圖法之合作學習」在社會性科學議題非形式推理的「推理模式」、「論證品質」有顯著的提升及成長。本研究還發現實驗組和控制組的學生對人工智慧的相關態度意願有顯著差異存在，實驗組和控制組態度意願均為正向支持，但前測意願分數均大於後測，代表學生認知到人工智慧科技在未來的重要性，而他們選擇輕鬆的當人工智慧的「使用者」，而課程後對當人工智慧的「學習者」或「從業者」意願又下降，而這樣的態度令研究者擔憂。
本研究教學建議：一、非形式推理教學活動加入角色扮演讓學生突破自己立場的框架。二、論證活動應先「重質」再「重量」。未來研究建議：一、在尋找更佳的非形式推理能力的教學方式。二、對人工智慧科技相關態度的研究意願偏低之原因待後面研究者接續探究。

摘要(英)

The application level of artificial intelligence technology is getting deeper and deeper into our lives to bring convenience to mankind, and at the same time, new Socio-scientific issues have arisen due to artificial intelligence technology. After research, it is found that students′ informal reasoning ability in dealing with Socio-scientific Issues is insufficient. We should attach importance to "artificial intelligence", " socio-scientific Issues " and "informal reasoning ability" intertwined with important research issues that will affect the future development of human society.
The purpose of this research is four: Try to explore the basic teaching of artificial intelligence-related Socio-scientific Issues. Try to design a basic course of artificial intelligence suitable for Taiwan and implement teaching on the spot in elementary schools. Find ways to improve the training of students Teaching methods of informal reasoning ability. Understand the influence on senior elementary school students’ attitudes towards artificial intelligence.
This research adopts the quasi-experimental design of experimental research. The research objects are two classes of fifth-grade students in elementary school. This study was implemented for two classes for a half-semester and a total of nine weeks. Conduct a set of "Cooperative Learning Combining Framework Theory and Jigsaw Method" and "General Cooperative Learning" learning activities. After that, the research will evaluate the informal reasoning ability of the two classes of students and their attitude towards artificial intelligence. Regarding the assessment of informal reasoning ability, the researcher will conduct a pre-test and post-test with the "Informal Reasoning Ability Questionnaire for Senior Elementary School Students on Socio-scientific Issues Related to Artificial Intelligence" before and after the research and processing. Then use Wu & Tsai (2007) "An integrated framework for analyzing learners’ informal reasoning′′ to analyze qualitative and quantitative data. Regarding the assessment of attitudes towards artificial intelligence, the researchers conducted pre-test and post-test using the "Elementary School Seniors′ Attitudes Towards Artificial Intelligence Scale" before and after the research and processing.
The results of the study showing that the two types of "cooperative learning" in this study performed well. And "cooperative learning based on frame theory and jigsaw method" has significantly improved and grown in the "Reasoning modes" and " Reasoning quality" of informal reasoning on Socio-scientific issues. This study also found that the experimental group and the control group have significant differences in their attitudes and willingness to artificial intelligence. The attitude and willingness of the experimental group and the control group are both positive support. However, the scores of pre-test willingness are greater than those of post-test, indicating that students recognize the importance of artificial intelligence technology in the future. And they choose to be "users" of artificial intelligence easily, and their willingness to be "learners" or "practitioners" of artificial intelligence declines after the course and this attitude worries the researcher.

The teaching suggestions of this research are as follows:
1. Adding role-playing to the informal reasoning teaching activities allows students to break through the framework of their own position.
2. The argumentation activities should "focus on quality" and then " quantity".

Future research recommendations are as follows:
1. We are looking for better teaching methods for informal reasoning.
2. The reasons for the low willingness to study attitudes related to artificial intelligence technology will be explored by later researchers.

關鍵字(中)

★ 人工智慧
★ 社會性科學議題
★ 非形式推理能力
★ 框架理論
★ 拼圖法
★ 角色扮演
★ 合作學習

關鍵字(英)

★ artificial intelligence
★ Socio-scientific Issues
★ informal reasoning ability
★ framing theory
★ jigsaw
★ role playing
★ cooperative learning

論文目次

論文摘要 i
Abstract iii
致謝 v
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xi
第一章緒論 1
第一節研究背景 1
第二節研究動機 4
第三節研究目的 5
第四節研究問題 6
第五節名詞解釋 7
壹、人工智慧 7
貳、社會性科學議題 7
參、非形式推理 8
肆、流動推理 8
伍、框架理論 9
陸、拼圖法 10
柒、國小高年級學生 10
捌、質性資料 10
玖、量化資料 10
第六節研究範圍與限制 11
第二章文獻探討 12
第一節人工智慧 12
壹、人工智慧之定義 12
貳、人工智慧發展簡史 13
參、人工智慧之生活應用 15
肆、對人工智慧的隱憂 17
第二節社會性科學議題 19
壹、社會性科學議題之定義 19
貳、社會性科學議題之教學設計重要性與相關研究 20
第三節非形式推理能力 25
壹、推理 25
貳、非形式推理相關研究 26
第四節合作學習與拼圖法 28
壹、透過合作學習培養非形式推理能力 28
貳、合作學習教學法之比較 30
第五節框架理論 34
壹、框架理論之定義 34
貳、框架概念之相關研究 35
第三章研究方法 37
第一節研究參與人員 37
壹、教學者 37
貳、教學對象 38
第二節研究設計 39
壹、實驗設計 39
貳、研究架構 39
第三節研究流程 42
第四節研究工具 43
壹、國小高年級學生對人工智慧的態度量表 43
貳、國小高年級學生社會性科學議題之非形式推理能力論證問卷 44
第五節教學活動設計 46
壹、教學模式之設計 46
貳、教材內容之選取 49
參、教學課程之架構與實施教學流程 50
第六節資料蒐集 58
壹、社會性科學議題非形式推理綜合分析架構的理論背景 58
貳、「社會性科學議題非形式推理綜合分析問卷」與「對人工智慧的態度量表」之實施流程 58
第七節資料分析 60
壹、社會性科學議題非形式推理綜合分析架構的進行流程 60
貳、社會性科學議題非形式推理綜合分析架構的信度 68
參、統計分析 70
第四章研究結果與討論 71
第一節實驗組和控制組在教學活動前後之狀況分析 73
壹、兩組學生非形式推理能力之綜合表現前、後測分析 73
貳、「基於框架理論與拼圖法之合作學習」教學對學生「對人工智慧相關議題之非形式推理表現」之影響 75
參、「一般合作學習」教學對學生「對人工智慧相關議題之非形式推理表現」之影響 78
肆、兩種教學對於國小高年級學生「對人工智慧相關議題之非形式推理表現」的影響 80
第二節實驗組和控制組學生對人工智慧的態度分析 83
壹、兩組學生對人工智慧的態度前、後測分析 83
貳、「基於框架理論與拼圖法之合作學習」的學習活動對於國小高年級學生「對人工智慧的相關態度」的影響 85
參、「一般合作學習」的學習活動對於國小高年級學生「對人工智慧的相關態度」的影響 86
肆、兩種教學對於學生「對人工智慧的相關態度」（包括：對AI的態度、對AI的學習態度、未來從事AI相關職業）之影響 88
第五章結論與建議 90
第一節結論 90
第二節建議 91
壹、對於教學的建議 91
貳、對於研究的建議 94
參考文獻 95
中文 95
英文 99
附錄一.「國小高年級學生對人工智慧的態度量表」 105
附錄二.「國小高年級學生社會性科學議題之非形式推理能力論證問卷」 107
附錄三.課程教學簡報 109
課程0-1 SSI活動任務說明 109
課程0-3 人工智慧導論課程 112
課程1-1 學習情境導入 122
課程1-1-2 AI議題基礎知識-推薦系統 125
課程2-1 角色分配說明 136
課程4 議題角色扮演 142
課程6投票決策 148
附錄四.課程學習單 151
課程4-1拼圖法階段一：專家小組彙整說帖 151
課程4-2拼圖法階段二：各小組彙整說帖 153
附錄五.學習歷程成果 155
課程4-1拼圖法階段一：專家小組彙整說帖 155
課程4-1拼圖法階段二：各小組彙整說帖 167
課程8 人工智慧相關非形式推理能力問卷 177

參考文獻

中文
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指導教授

吳穎沺(Wu, Ying-Tien)

審核日期

2021-7-19

推文