AI在培养学生科学思维中的作用

人工智能（AI）作为提高学生科学思维素养的一种手段，已被探索整合到各种环境中。Rusandi 等人（2023 年）的文章指出，人工智能如果以合乎道德和负责任的方式使用，可以对学习和研究过程起到补充作用，特别是在培养批判性思维能力方面，这取决于学生和研究人员能否批判性地使用人工智能，区分准确信息和错误信息。

具体来说，在教育环境中使用人工智能已被证明会对学生的批判性思维能力产生积极影响，因为基于人工智能的教学可以培养学习者的信任、自信、开放性思维和成熟度(Muthmainnah 等人，2022 年）。在考虑通过与人工智能对话发展科学思维时，这一点尤为重要，因为这些属性对于参与有意义的科学对话至关重要。

麻省理工学院和康奈尔大学的研究者在2024年4月底发表一项新研究 ，通过上千人规模的实验，发现AI（具体的模型是GPT-4 Turbo）可以消解人们头脑中的「阴谋论」等伪科学信念，进而提升科学思维。

一、AI 如何通过对话消解阴谋论

麻省理工学院和康奈尔大学的研究者Costello, T. H., Pennycook, G., & Rand, D. G.的Durably reducing conspiracy beliefs through dialogues with AI论文详细讨论了阴谋论的普遍性和对公共关注及学术研究的重要性。作者指出，尽管许多阴谋论看似荒谬，但仍有很多人相信。论文回顾了有关阴谋论信仰形成的心理理论，并提出了一种新方法，即使用大型语言模型(Large Language Models, LLMs)来反驳阴谋论。研究者开发了一个实验流程，让参与者与AI进行实时对话，AI根据参与者提供的阴谋论和证据进行个性化回应，旨在减少参与者的阴谋论信念。实验结果表明，这种方法在不同种类的阴谋论和不同个体中都显示出了稳健的效果。文章主要研究的问题是如何有效地减少人们对阴谋论的信念。作者在当前社会中阴谋论广泛存在并对社会产生重大影响的背景下提出了这个问题。阴谋论在很多情况下会导致公众对重要社会事件和科学事实的误解，增加社会分裂和不信任，因此，找到有效减少阴谋论信念的方法具有重要的现实意义。作者提出这个问题的原因可能包括：

1. 阴谋论的普遍性和顽固性：阴谋论一旦被接受，就很难通过传统的证据或论证来改变人们的信仰。
2. 社会心理学理论的挑战：现有的理论认为阴谋论信仰者的心理需求和动机使他们对反证具有抵抗力，这使得改变这些信念变得更加困难。
3. 人工智能技术的发展：随着生成型人工智能（AI）技术的进步，AI在处理大量信息和进行个性化交流方面展现出巨大潜力，这为解决传统方法难以克服的问题提供了新的可能性。

本文的研究对象是潜在的阴谋论信仰者。研究共进行了两项实验，第一项实验（Study 1）的样本量为1,055名美国参与者，这些参与者是从CloudResearch的Connect参与者库中选取的，并按照年龄、性别、种族和民族与美国人口普查相匹配的配额进行选择。第二项实验（Study 2）的样本量更大，包括两个子样本（Study 2a 和 Study 2b），总共有2,286名美国参与者。实验的具体做法：

• 实验设计：这是一项实验性研究，涉及随机分配参与者与AI进行对话。研究包括预处理测试、实验干预和后处理测试。
• 数据类型：数据是横截面和纵向结合的。预处理和后处理测试提供了横截面的数据，而10天和2个月后的跟踪调查提供了纵向数据。
• 实验流程：参与者首先完成了关于他们对多种阴谋论信仰的自我报告量表。然后，他们被要求描述一个他们认为可信的阴谋论，并提供支持该理论的证据。接着，参与者与AI模型（GPT-4 Turbo）进行了三轮对话，AI模型被指示使用其知识库来反驳参与者提出的特定阴谋论。控制组的参与者则与AI讨论了一个无关的话题。
• 数据处理：研究者使用线性回归模型来分析实验前后参与者对特定阴谋论信仰的变化。此外，还使用了混合效应模型来评估干预效果的持久性。

（该图展示了与AI模型简短对话后，参与者对阴谋论信仰的平均信念变化。顶部图表显示了在对话前后，治疗组（AI试图反驳阴谋论）和控制组（AI讨论不相关话题）的参与者对各自焦点阴谋论的平均信念。底部图表展示了对话后，按参与者焦点阴谋论的主题分类的平均信念变化。）

（该图展示了AI在对话中使用的说服策略。图中显示了AI在每次对话中使用11种不同说服策略的频率和普遍性，这些策略包括基于逻辑的策略和基于心理的策略。）每一个研究或实验的结果：

• Study 1的结果显示，与AI的对话使参与者对特定阴谋论的信念平均减少了16.8个百分点，比对照组多减少了21.43%的信念。
• Study 2复制了Study 1的结果，参与者在对话后对特定阴谋论的信念平均减少了12.3个百分点，比对照组多减少了19.41%的信念。
• 两项研究都发现，AI对话的效果在不同种类的阴谋论之间是稳健的，并且对参与者的一般阴谋论世界观和其他相关行为也有影响。

综合结论：

1. AI对话有效性：无论是Study 1还是Study 2，都证明了AI对话在减少阴谋论信念方面是有效的，效果在不同研究中保持一致。

2. 持久性：信念的减少不仅在短期内有效，在2个月后的长期跟踪中也显示出持久性。

3. 广泛适用性：AI对话的效果不仅限于特定的阴谋论，还能够减少对其他未讨论的阴谋论的信念，表明这种干预可能对阴谋论世界观有普遍的减少作用。

4. 行为意图影响：AI对话还影响了参与者的行为意图，包括减少了在社交媒体上关注宣扬阴谋论的账户的意图，以及增加与他人辩论阴谋论的意愿。

5. 策略使用：AI在对话中主要使用了基于逻辑和证据的策略来说服参与者，而不是依赖心理策略或其他手段。

6. 对真实事件的态度：对于真实发生过的阴谋事件，AI的对话并没有减少相关的信念，这表明AI的效果可能特定于那些缺乏事实依据的阴谋论。

二、对培养科学思维的作用

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人工智能模型能够通过提供反驳证据和鼓励批判性思维来有效地减少人们对阴谋论的相信。研究发现，人工智能主要依靠基于推理的策略，例如提供基于证据的替代观点，并鼓励批判性思维，而不是依赖于建立融洽关系或诉诸情感的策略。这表明，即使是那些强烈认同自己信念的人，在面对令人信服的相反论点时，也确实会改变自己的观点。虽然这项研究的重点是阴谋论，

但结果表明，人工智能模型可以应用于广泛的信念，特别是那些容易受到推理错误影响的信念。这包括迷信、超自然信仰、错误信息，甚至是对貌似深刻的废话的相信。未来的研究可以探索人工智能在减少对其他类型信念的影响方面的有效性，帮助我们了解哪些信念更容易、哪些信念更难改变。

利用本文提供的研究结果和对策，可以在一定程度上达成“AI在培养科学思维”这一目标，但可能无法称之为“完美”。以下是几个关键点，以及它们如何与培养科学思维相关联：

1.个性化的教育对话：本文展示了AI能够与个体进行个性化的对话，这种能力可以用来适应不同学生的学习风格和需求。在科学思维的培养中，个性化的反馈和指导是非常重要的。原文佐证：“Participants then engaged in a back-and-forth conversation with an artificial intelligence (AI) implemented using the LLM GPT-4 Turbo, in which the AI uses its store of knowledge to try to respond to the specific evidence raised by the participant...”（文档第3页）2.基于证据的论证：研究中AI使用的基于证据的论证策略，鼓励参与者批判性地思考和分析证据，这是科学思维的核心组成部分。原文佐证：“...evidence-based alternative perspectives were used ‘extensively’ in a large majority of conversations (83%)...”（文档第12页）3.持久的效果：研究表明，AI对话的效果在2个月后仍然显著，这表明AI可以对学生的学习和思维方式产生长期影响。原文佐证：“...the change in beliefs we observe is remarkably persistent.”（文档第5页）
然而，要完美达成目标，还需要考虑以下潜在的挑战和限制：

• 内容的准确性：确保AI提供的信息和论据在科学教育中是准确无误的，这需要对AI进行严格的内容审查和事实核查。
• 学生的接受度：学生可能对AI的干预有不同的反应，有些学生可能更倾向于人与人之间的互动。
• 深度和广度：科学思维的培养不仅需要批判性思维，还需要创造性思维、逻辑推理和实验设计等多方面的能力，AI的角色可能需要进一步扩展以覆盖这些领域。

综上所述，虽然本文的研究结果表明AI在改变信念和促进批判性思维方面具有潜力，但要完美实现在教育中培养科学思维的目标，还需要进一步的研究和实践来解决上述挑战。参考文献：

Ahman, -, Mutmainnah, -, Rusandi, M. A., Khairun, D. Y., & Saripah, I. (2023). No worries with ChatGPT: building bridges between artificial intelligence and education with critical thinking soft skills. Journal of Public Health (Oxford, England), 45. https://doi.org/10.1093/pubmed/fdad049

Costello, T. H., Pennycook, G., & Rand, D. G. (2024, April 3). Durably reducing conspiracy beliefs through dialogues with AI. https://doi.org/10.31234/osf.io/xcwdn

Oteir, I., Ibna Seraj, P. M., Balakrishnan, B., & Muthmainnah, -. (2022). Playing with AI to Investigate Human-Computer Interaction Technology and Improving Critical Thinking Skills to Pursue 21st Century Age.Education Research International,2022. https://doi.org/10.1155/2022/6468995