【蘇明允專欄】人工智慧正在進入科學教育，無論準備好與否

2018 年，當約翰尼·張(Johnny Chang) 在伊利諾大學厄巴納-香檳分校開始電腦工程本科課程時，全世界都從未聽說過ChatGPT。當時，大眾對輔助人工智慧(AI) 的了解只是這項技術支援智慧講笑話。揚聲器或有些斷斷續續的智慧型手機助理。但是，Chang 說，到 2023 年他的最後一年，走在校園裡，你不可能不瞥見生成式人工智慧聊天機器人點亮同學的螢幕。莎拉威爾斯 Sarah Wells發表在最新一期《自然》(Nature)的<無論準備好與否，人工智慧正在進入科學教育——學生們有自己的看法>( Ready or not, AI is coming to science education — and students have opinions)指出，當教育工作者爭論是否有可能在研究和教育中安全地使用人工智慧時，學生們正在塑造其負責任的使用方式。(As educators debate whether it’s even possible to use AI safely in research and education, students are taking a role in shaping its responsible use.)
「如果沒有這些工具，我就會迷失方向」
「我正在為課程和考試而學習，當我在圖書館走來走去時，我注意到很多學生都在使用 ChatGPT，」現在是加州史丹佛大學碩士生的 Chang 說道。他研究電腦科學和人工智慧，並且是討論人工智慧在教育中的作用的學生領袖。 “他們到處都在使用它。”
ChatGPT 是過去兩年迅速普及的大型語言模型 (LLM) 工具的一個例子。這些工具的工作原理是，以書面提示或問題的形式獲取使用者輸入，並使用網路作為知識目錄產生類似人類的回應。因此，生成式人工智慧根據它已經看到的資訊產生新數據。
然而，這些新生成的數據——從藝術品到大學論文——往往缺乏準確性和創造性完整性，給教育工作者敲響了警鐘。在學術界，大學很快就禁止在課堂上使用人工智慧工具，以打擊一些人擔心的抄襲和錯誤訊息的衝擊。但其他人警告不要出現這種下意識的反應。
全面的人工智慧禁令正在剝奪學生潛在的革命性教育工具
史丹佛大學數據互動和 STEM 教學實驗室負責人 Victor Lee 表示，數據表明，中學作弊現象並沒有隨著 ChatGPT 和其他人工智慧工具的推出而增加。他說，教育工作者面臨的部分問題是人工智慧帶來的快節奏變化。這些變化可能看起來令人畏懼，但它們並非沒有好處。
李說，教育工作者必須重新思考學生使用「靜態資訊」「精心製作」的書面作業模式。 “這意味著我們的許多教學實踐需要改變——但發展如此之多，以至於很難跟踪最先進的情況。”
儘管面臨這些挑戰，張和其他學生領袖認為，全面的人工智慧禁令正在剝奪學生潛在的革命性教育工具。 「在與講師交談時，我注意到教育工作者認為學生使用 ChatGPT 所做的事情與學生實際所做的事情之間存在差距，」Chang 說。例如，學生可以使用人工智慧工具根據視訊講座製作抽認卡，而不是要求人工智慧撰寫期末論文。 “[校園]發生了很多討論，但總是沒有學生參加。”
為了幫助彌合這種溝通差距，Chang 於 2023 年創辦了AI x Education 會議，將中學生、大學生和教育工作者聚集在一起，就 AI 在學習中的未來進行坦誠的討論。此次虛擬會議包括 60 名演講者和 5,000 多名註冊者。這是學生們發起和領導的多項努力之一，旨在確保他們參與確定負責任的人工智慧在大學中的形象。
在過去的一年裡，在美國、印度和泰國的活動中，學生們紛紛發言，分享他們對人工智慧工具在教育領域的未來的看法。儘管許多學生看到了人工智慧的好處，但他們也擔心人工智慧可能會損害高等教育。
人工智慧可以用來顛覆現有的學習模式
加州舊金山密涅瓦大學經濟學本科生 Leo Wu 與他人共同創立了一個名為AI Consensus的學生團體。吳和他的同事將印度海德拉巴和舊金山的學生和教育工作者聚集在一起，舉行討論小組和黑客馬拉松，收集人工智慧如何協助學習的現實例子。
從這些討論中，學生們一致認為人工智慧可以用來顛覆現有的學習模式，使具有不同學習風格或面臨語言障礙的學生更容易使用人工智慧。例如，吳說，學生分享了使用多種人工智慧工具總結講座或研究論文，然後將內容轉化為影片或圖像集的故事。其他人則使用人工智慧將實驗室課堂上收集的數據點轉換為直覺的視覺化。
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對於使用第二語言學習的人來說，吳說「語言障礙可能會阻礙學生充分交流想法」。他說，使用人工智慧將這些學生用母語撰寫的原創想法或草稿翻譯成英文論文可能是解決這個問題的方法。吳承認，如果學生依靠人工智慧產生想法，而人工智慧則返回不準確的翻譯或乾脆寫論文，這種做法很容易出現問題。
去年 11 月，泰國薩拉亞瑪希隆大學的本科生 Jomchai Chongthanakorn 和 Warisa Kongsantinart 在聯合國教科文組織亞太地區生成人工智慧和教育圓桌會議上發表了他們的觀點。他們指出，人工智慧可以充當客製化導師的角色，為學生提供即時回饋。
即時人工智慧演算法可以監控學生的進步
Chongthanakorn 和 Kongsantinart 在給Nature的電子郵件中寫道： “即時反饋使學生能夠識別並及時糾正錯誤，提高他們的理解力和表現，從而促進迭代學習。” “此外，即時人工智慧演算法可以監控學生的進步，確定需要發展的領域，並建議相關的課程材料作為回應。”
儘管私人導師可以提供相同的學習支持，但一些人工智慧工具提供了免費的替代方案，可能為低收入學生提供公平的競爭環境。
儘管有可能帶來的好處，但學生們也對使用人工智慧可能會對他們的教育和研究產生負面影響表示警惕。 ChatGPT 因「產生幻覺」而臭名昭著——產生不正確的訊息，但卻自信地宣稱它是事實。在賓州匹茲堡的卡內基美隆大學，物理學家魯珀特·克羅夫特(Rupert Croft) 與物理學研究生帕特里克·蕭(Patrick Shaw) 和Yesukhei Jagvaral 一起主持了一個負責任的人工智慧研討會，討論人工智慧在自然科學中的作用。
「在科學中，我們試圖提出可測試的東西——為了測試東西，你需要能夠重現它們，」克羅夫特說。但是，他解釋說，很難知道人工智慧是否可以重現事物，因為軟體操作通常是黑盒子。 “如果你問 [ChatGPT] 某件事三次，你會得到三個不同的答案，因為其中存在隨機性。”
而且由於人工智慧系統容易產生幻覺，並且只能根據已經看到的數據給出答案，因此真正的新訊息，例如尚未發表的研究，往往超出了他們的掌握範圍。
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克羅夫特同意人工智慧可以幫助研究人員，例如幫助天文學家在大量數據中找到行星研究目標。但他強調使用這些工具時需要批判性思考。克羅夫特在研討會上指出，為了負責任地使用人工智慧，研究人員必須了解得出人工智慧結論的推理。僅僅相信工具的回答是不負責任的。
蕭說，在科學探究中，「我們已經在我們理解的邊緣工作」。 “然後你試圖使用我們幾乎不理解的工具來了解一些我們幾乎不理解的東西。”
這些課程也適用於本科科學教育，但蕭表示，他還沒有看到人工智慧在他教授的課程中發揮重要作用。他說，歸根結底，ChatGPT 等人工智慧工具「都是語言模型——它們在定量推理方面確實非常糟糕」。
蕭表示，當學生使用人工智慧解決物理問題時，這一點很明顯，因為他們更有可能得出不正確的解決方案或不一致的邏輯。但隨著人工智慧工具的改進，這些線索可能會變得更難被發現。
人工智慧只能用於輔助教師或作為輔助工具
Chongthanakorn 和 Kongsantinart 表示，他們從聯合國教科文組織圓桌會議上學到的最大教訓之一是人工智慧是一把「雙面刃」。他們說，雖然這可能對學習的某些方面有所幫助，但學生應該警惕過度依賴技術，這可能會減少人際互動以及學習和成長的機會。
「我們認為，人工智慧在幫助學生學習方面有很大潛力，並且可以改善學生的學習曲線，」Chongthanakorn 和 Kongsantinart 在電子郵件中寫道。但他們表示，“這項技術只能用於輔助教師或作為輔助工具”，而不是作為主要教學方法。
Tamara Paris 是加拿大蒙特婁麥基爾大學的碩士生，研究人工智慧和機器人技術的倫理學。她說，學生也應該仔細考慮人工智慧工具造成的隱私問題和不平等。
她說，由於擔心人工智慧公司是否會濫用或出售用戶數據，一些學者避免使用某些人工智慧系統。巴黎指出，如果知識或使用這些工具的機會不平等，人工智慧的廣泛使用可能會在學生之間造成「不公正的差距」。
工智慧如何使我們社會中已經存在的偏見永久化
「有些學生非常清楚人工智慧的存在，而有些學生則不然，」帕里斯說。 “有些學生有能力支付人工智慧的訂閱費用，而其他學生則不能。”
張說，解決這些問題的一種方法是儘早讓學生和教育工作者了解人工智慧的缺陷及其負責任的使用。 「學生們已經在學校通過 Snapchat 等[整合應用程式]訪問這些工具」，Chang 說。
張說，除了了解幻覺和不準確之處之外，還應該教導學生人工智慧如何使我們社會中已經存在的偏見永久化，例如歧視來自代表性不足群體的人。人工智慧的黑盒子性質加劇了這些問題——通常，即使是建構這些工具的工程師也不確切知道人工智慧如何做出決策。
明確的人工智慧使用指南也很關鍵
Lee 表示，除了人工智慧素養之外，積極、明確的人工智慧使用指南也很關鍵。在一些大學，學者們正在自己劃定這些界限，有些大學禁止在某些課程中使用人工智慧工具，有些則要求學生在作業中使用人工智慧。科學期刊也在撰寫論文和同行評審時實施人工智慧使用指南，範圍從徹底禁止到強調透明使用。
Lee 表示，教師應該在人工智慧可以或不可以用於作業時與學生清楚地溝通，重要的是，表明這些決定背後的原因。 “我們還需要學生堅持誠實和披露——對於某些作業，我完全同意學生使用人工智能支持，但我希望他們能夠披露並清楚它是如何使用的。”
例如，李說，他同意學生在數位製造等課程中使用人工智慧——人工智慧生成的圖像用於雷射切割作業——或在探索人工智慧風險和好處的學習理論課程中使用人工智慧。
與其禁止它們，不如考慮圍繞人工智慧的課程
目前，人工智慧在教育中的應用是一個不斷變化的目標，其使用的最佳實踐將隨著其應用的學科而變化和微妙。納入學生的聲音對於幫助高等教育工作者確定這些界限並確保公平和有益地使用人工智慧工具至關重要。畢竟，他們不會消失。
「在學術環境中完全禁止人工智慧的使用是不可能的，」帕里斯說。 “與其禁止它們，更重要的是重新考慮圍繞人工智慧的課程。”