基于ChatGPT的大學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育研究

葉小嬌

（皖南醫(yī)學院圖書館，安徽 蕪湖 241003）

0 引言

《國際圖聯(lián)趨勢2021年報告最新動態(tài)》（《IFLA Trend Report 2021 Update》）指出，人們越來越有必要提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)來順應數(shù)字時代要求［1］。大數(shù)據(jù)時代，每個人都應該具備一定的數(shù)據(jù)素養(yǎng)，以便能更好地解讀數(shù)據(jù)、利用數(shù)據(jù)并用數(shù)據(jù)去驅(qū)動決策。可見，數(shù)據(jù)素養(yǎng)將成為21世紀最重要的技能之一，美國、英國、加拿大等發(fā)達國家都非常重視本國公民的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育。2015年國務院印發(fā)了《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》［2］，提出要加強大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)。大學生是社會的中堅力量，提升大學生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)對其適應未來社會和應對挑戰(zhàn)都具有重要意義。

數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育是推動大學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)提升必不可少的途徑。然而數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育涵蓋多個學科，國內(nèi)缺乏針對性的教學體系，且教學資源和教師都缺乏，學生學習難度大。如何提高數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育效率和質(zhì)量，讓更多的學生輕松掌握數(shù)據(jù)相關知識和技能，是一個值得研究的問題。ChatGPT的問世為大學生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育提供了新的契機。ChatGPT是一種基于人工智能技術的聊天機器人，自2022年11月發(fā)布以來受到了各界的關注。《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》［3］等文件的頒布也表明國家支持將人工智能創(chuàng)新應用到各個領域。本文將Chat-GPT引入到數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育中，探討基于ChatGPT的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育的優(yōu)勢和實踐方案，力求提高數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育效率，以滿足學生在大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展需求，為今后的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育提供一種新的思路和方法。

1 相關文獻研究

1.1 數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育研究現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)素養(yǎng)（data literacy）的定義學界目前尚無統(tǒng)一認識。Hegarty等［4］認為數(shù)據(jù)素養(yǎng)是一種能對數(shù)據(jù)進行有效使用、管理、創(chuàng)造、引用和分享的能力，是信息素養(yǎng)的子集；黃如花等［5］認為數(shù)據(jù)素養(yǎng)是信息素養(yǎng)的一種擴展，包括數(shù)據(jù)意識、數(shù)據(jù)能力和數(shù)據(jù)倫理；張靜波［6］指出數(shù)據(jù)素養(yǎng)是科研人員在數(shù)據(jù)的采集、組織管理、處理分析、共享協(xié)作、利用等方面的能力，以及在各個過程中應遵守的規(guī)范道德。總的來說，數(shù)據(jù)素養(yǎng)就是要具有數(shù)據(jù)思維，掌握一定的數(shù)據(jù)技能，能夠閱讀數(shù)據(jù)、理解數(shù)據(jù)并利用數(shù)據(jù)，同時還要具備一定的數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)倫理知識。

數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育成為大數(shù)據(jù)時代的研究熱點。國外數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育開展得較早，美國早在2012年就率先從國家層面啟動了數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育相關措施，強調(diào)要重視國民的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育。Mandinach等［7］的研究形成了豐富的理論成果，包括數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育培養(yǎng)模型、課程教學設計、教育評價工具的開發(fā)［8］等方面。在教學實踐方面，高校也積累了豐富的經(jīng)驗，劍橋大學、羅格斯大學、哈佛大學、普渡大學、印度理工學院等圖書館針對不同的對象開展了教學活動，教學內(nèi)容規(guī)范科學且教學方式多樣［9］，采用建立科學數(shù)據(jù)管理資源導航、數(shù)據(jù)素養(yǎng)通識教育、學科數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育等教學模式［10］。國內(nèi)數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育起步晚，理論研究主要集中在對數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育理論探討、現(xiàn)狀調(diào)查及策略研究等，如萬文娟［11］從重視程度、教育形式、教育內(nèi)容、教育對象、教育主體等方面對“雙一流”高校圖書館數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育的現(xiàn)狀進行調(diào)查分析；張群等［12］提出了高校圖書館科學數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育體系5W模型。在教學實踐方面，北京大學、清華大學、上海交通大學等高校針對數(shù)據(jù)相關專業(yè)開展了嵌入式教學模式，但針對普通大學生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育主要由圖書館開展，目前處在初期摸索階段。絕大多數(shù)圖書館是以講座、培訓等教育形式為主［11］，教學內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性，大多僅涉及數(shù)據(jù)素養(yǎng)的某一方面，僅武漢大學圖書館［13］、北京大學圖書館［14］、北京大學醫(yī)學部［15］等少數(shù)幾個學校開設數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育通識課，為國內(nèi)的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育提供了有益的實踐參考。綜上所述，數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育在歐美國家已經(jīng)非常普及，與實踐活動聯(lián)系緊密，并形成了橫跨多個學科、教育主體多元化、面向不同層次受眾群體的多樣化的教學培養(yǎng)體系，國內(nèi)則更多地停留在理論探討階段，缺乏頂層設計和總體框架，實踐案例較少且教學方式單一，大多依托信息素養(yǎng)課程進行教學。

1.2 ChatGPT概述

ChatGPT是美國OpenAI公司開發(fā)的一種基于人工智能技術的聊天機器人，是GPT系列的3.5版本，ChatGPT的成功由算力+算法+數(shù)據(jù)的合成效應所致。GPT模型是基于Transformer神經(jīng)網(wǎng)絡架構(gòu)的改進模型，這是一種用于處理大量文本數(shù)據(jù)的編碼器和解碼器塊的集成系統(tǒng)，能夠從海量的文本數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，并通過訓練來提高模型的準確性和可靠性。ChatGPT具有啟發(fā)性內(nèi)容生成能力、對話情境理解能力、序列任務執(zhí)行能力和程序語言解析能力［16］，特別是目前的最新版本GPT-4支持多模態(tài)預訓練，實現(xiàn)了對視頻、語音、圖片等信息的整合，功能更加強大。

ChatGPT的飛速發(fā)展也引起了全球教育工作者的關注。王洪才等［17］認為ChatGPT將成為未來學校教育的重新定義者，它可能直接改變原有的學習方式，使得教育活動突破既定時空邊界，帶來教育形態(tài)的整體變革；焦建利［18］認為ChatGPT能助推學校教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。ChatGPT強大的文本處理、即時交互、智能語義分析、智能問答等特點，不僅使個性化因材施教成了可能，而且還能減輕教師的常規(guī)教學工作負擔，提升學習與教學效率。有些教師和學生開始借助ChatGPT開展一些工作。我國臺灣多所大學擬制定善用ChatGPT指引辦法，引導師生合理使用ChatGPT［19］。據(jù)調(diào)查，美國有89%的學生選擇用ChatGPT寫作業(yè)［20］。有些學者擔心長期使用ChatGPT會使學生產(chǎn)生惰性思維，不利于其批判性思維的培養(yǎng)；同時，ChatGPT可能存在錯誤答案和偏見，學生缺乏判斷力很容易被其誤導；另外，Chat-GPT還涉及倫理道德、隱私等問題。因此一些教育機構(gòu)明確禁止使用ChatGPT，如紐約市教育局阻止本部門設備和網(wǎng)絡訪問ChatGPT，香港大學發(fā)郵件禁止在課堂、作業(yè)和評估中使用ChatGPT。目前絕大多數(shù)高校對于ChatGPT還處于觀望狀態(tài)，不鼓勵也不反對。

1.3 ChatGPT+數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育的優(yōu)勢

目前的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育存在以下問題：（1）教育資源匱乏。數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育跨多學科交叉知識，對教師隊伍建設要求高，高校可開展該課程教學的師資團隊少。另外，數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育是一門新興學科，目前沒有相應的教材參考書［21］，教學資源主要依靠教師通過網(wǎng)絡資源自行收集整理，教學資源嚴重不足。（2）課程教學內(nèi)容設計缺乏系統(tǒng)性、針對性和學科性。目前圖書館開展的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育內(nèi)容系統(tǒng)性不強，存在重技能而輕意識等問題［22］，傳統(tǒng)的教學設計只能針對大多數(shù)人的學習需求，無法滿足學生個性化的需求，學習效果不明顯。（3）學生學習難度大，學習時間成本高。數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育涉及統(tǒng)計學、生物信息學、信息科學、圖書情報學等多學科知識，特別是對數(shù)據(jù)的清洗、分析及利用能力的學習，需要一定的編程基礎，對于普通學生學習難度大。

將ChatGPT應用到數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育中具有以下優(yōu)勢：（1）ChatGPT跨學科知識助力教學資源供給。大數(shù)據(jù)時代豐富的數(shù)據(jù)資源使ChatGPT成為精通所有學科的智者。教師在制定教學大綱、備課、上課及作業(yè)考核等各個教學環(huán)節(jié)中都可以向這個智能助教求助，ChatGPT能根據(jù)教師的需求生成學習和教學材料，一定程度上增加了教學資源供給，解決了師資隊伍及教學資源不足的問題。（2）智能問答助力教學個性化學科化。學生根據(jù)課堂中教師提供的知識點提示詞，再結(jié)合自身的專業(yè)知識，有針對性地去訓練ChatGPT，使其提供符合自身需要的個性化答案。通過對相關內(nèi)容的自主學習，使數(shù)據(jù)素養(yǎng)教學的針對性、學科性和個性化成為可能。同時它還實現(xiàn)了對學習問題和狀況的精準分析，為學生提供個性化的指導。（3）即時問答助力學生學習效率。ChatGPT在學生學習過程中可充當24小時免費智能助教，任何問題都有問必答，反饋及時且答案準確度較好，好的體驗利于激發(fā)其學習興趣。Nvidia創(chuàng)始人黃仁勛曾認為在GPT的輔助之下，人人都可以成為程序員。ChatGPT擅長的文本處理、數(shù)據(jù)分析和編程能力能有效地提高學生數(shù)據(jù)技能方面的學習效率，解決大部分學生由于缺乏編程知識導致數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化等知識點的學習困難問題。天津師范大學的王樹義老師在利用ChatGPT進行數(shù)據(jù)分析、可視化和科學研究方面做了很多有益的嘗試。

2 基于ChatGPT的大學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育研究

ChatGPT的應用需要對整個教育制度、教育管理及教育理念的變革，更要教師轉(zhuǎn)變教育觀念，調(diào)動其在教育實踐中的創(chuàng)造性。本文將從課程設計、教學應用場景及教育保障3方面論述ChatGPT如何融合到大學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育中（圖1）。

圖1 基于ChatGPT的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育框架圖

2.1 數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育課程設計

大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)素養(yǎng)教學的目標首先除了培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)知識、數(shù)據(jù)技能及數(shù)據(jù)倫理外，更應注重培養(yǎng)他們的數(shù)據(jù)意識和數(shù)據(jù)思維能力，引導學生在碰到問題時能從數(shù)據(jù)的角度看待分析，挖掘?qū)嵸|(zhì)，形成良好的思辨能力。其次重點發(fā)展其跨學科多元思維和批判性思維，提出問題和解決問題的能力。最后還要培養(yǎng)學生的自主學習能力，持續(xù)學習新知識以應對科技的變化。

大學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育的課程設計理念要體現(xiàn)層次化、漸進式、學科性和目標差異性的教學特征，采用分層化、模塊化、案例化和項目化的教育思想，以基于科研生命周期的數(shù)據(jù)管理為順序進行設置。本科生的課程以基礎性和導向性為主，立足于建立數(shù)據(jù)意識。研究生的課程更側(cè)重專業(yè)性，注重學科領域數(shù)據(jù)知識和相關技能的學習。

基于ChatGPT的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育內(nèi)容分為2大部分，一部分是ChatGPT的基本知識，包括ChatGPT的基本原理、使用技巧（提示詞）及注意事項等。目的是提高學生對ChatGPT及人工智能的認識，了解其利弊，教育和引導學生合理合法使用，遵守學術誠信，注意數(shù)字安全，防止個人或他人隱私的泄露。這部分內(nèi)容的教學貫徹到整個課程教學中。另一部分是數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)意識、數(shù)據(jù)知識、數(shù)據(jù)技能和數(shù)據(jù)倫理4大部分（圖2）。數(shù)據(jù)意識是指對于數(shù)據(jù)的敏銳感知和理解、在日常生活和工作中運用數(shù)據(jù)進行決策和解決問題的能力。數(shù)據(jù)知識是指在數(shù)據(jù)的整個生命周期中，對數(shù)據(jù)進行有效管理和維護的技能和方法，如數(shù)據(jù)的管理計劃、創(chuàng)建、保存的方式等。數(shù)據(jù)技能主要是在數(shù)據(jù)的獲取、清洗、分析、可視化、利用與共享方面的技能以及在數(shù)據(jù)分析中一些常用工具的使用介紹。該模塊知識點的介紹應充分利用ChatGPT的編程優(yōu)勢，在教學中需要更加強調(diào)計算思維與算法思維的培養(yǎng)，減少對程序語言中語法細節(jié)的記憶性學習。數(shù)據(jù)倫理就是要讓學生了解數(shù)據(jù)采集、使用、分享中所涉及的道德和倫理問題，熟悉政策法規(guī)和引用規(guī)則，尊重他人的數(shù)據(jù)成果。在對各個知識點講解過程中，教師應教授如何向ChatGPT提問該知識點的內(nèi)容，為學生提供可參考的提示詞，并引導學生根據(jù)自身專業(yè)的不同擴充提示詞，方便學生課后復習或個性化擴展學習需求。

圖2 數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育內(nèi)容

教育方式采用“線上+線下”混合式教育，融合多種教育形式，如課堂教學、微課、慕課（massive open online course，MOOC）、比賽及活動等。本科生的教學以通識課的形式更為合適，以課堂教學為主，注重實驗教學。研究生的課程可根據(jù)實際需要進行模塊化選擇學習，以講座、短期培訓或線上自主學習方式為主。

考核形式上教師需要改變傳統(tǒng)的考試模式，盡量避開以記憶為主的事實問題，而應關注學生如何使用數(shù)據(jù)、尋找數(shù)據(jù)解決問題等能力。考核形式可采用試卷考評、案例分析、數(shù)據(jù)報告、項目報告、數(shù)據(jù)競賽、發(fā)表論文等形式。教師根據(jù)教學對象及課程知識點的特點，自由組合多種考核形式。教師可以利用提示語借助ChatGPT來協(xié)助設計隨堂練習、測驗題、數(shù)據(jù)研究課題等，作業(yè)設計盡量做到情境化。教師也可通過舉辦小型的數(shù)據(jù)素養(yǎng)競賽或鼓勵學生參與各種數(shù)據(jù)素養(yǎng)競賽如“全國高校數(shù)據(jù)驅(qū)動創(chuàng)新研究大賽”“慧源共享”數(shù)據(jù)大賽等形式來實現(xiàn)對學生能力的綜合測評。

在實際教學中，教師要根據(jù)教育對象設置不同的教育模式，確定其教育目標、教學內(nèi)容、教育方式及教學評價等。

2.2 ChatGPT助力教學應用場景

ChatGPT的實時交互、智能問答等功能在教育領域中具有很多潛在的優(yōu)勢和應用前景。教師將其嵌入到整個課程教學過程中，助力教學實踐。以下介紹在課前、課中和課后3個階段如何利用Chat-GPT進行教學輔助和個性化指導。

1）課前——教師備課好幫手。教師可以通過與ChatGPT對話來整理相關知識點，為教學思路提供一些靈感和參考。在備課過程中碰到不熟悉的知識點，可直接向ChatGPT提問獲取相關的解釋和例子。教師通過在ChatGPT中不斷地嘗試提示詞訓練，尋找該知識點的最優(yōu)提示詞，為課堂中的教學演示及學生課后復習實踐自學做準備。當教師需要制作課件時，ChatGPT可以通過快速生成教學素材，如圖片和文本等，來提高教師的效率。教師還可利用ChatGPT生成數(shù)據(jù)可視化知識點的練習題或數(shù)據(jù)案例來考核學生。

2）課中——師生教學實踐工具人。教師通過ChatGPT調(diào)用圖片、視頻、文字等信息模擬實際應用場景和問題，使課堂變得更加有趣生動。對于一些編程抽象的知識點，教師利用事先確定好的提示詞，在課堂中進行實踐演示，加深學生對知識的理解。教師還可借助ChatGPT搜索不同學科專業(yè)數(shù)據(jù)案例進行數(shù)據(jù)分析可視化操作實現(xiàn)數(shù)據(jù)素養(yǎng)教學學科化個性化。教師在課堂中要時刻引導學生合理辯證地利用ChatGPT，規(guī)避其在技術、安全、知識產(chǎn)權、信息真?zhèn)蔚确矫娴牟蛔恪Ｃ刻谜n結(jié)束后，教師必須提供本節(jié)課相關知識點的ChatGPT提示詞和課堂小練習，方便學生課后去實踐復習鞏固知識。例如，面對不同數(shù)據(jù)展示需求如何選擇合適的圖表類型，結(jié)合自己的專業(yè)特點找一篇公開數(shù)據(jù)集的論文，復現(xiàn)論文中的圖表。

3）課后——學生實時智能助教。學生溫習老師上課的知識點并把老師上課的例子重新實踐運行一遍，碰到問題可隨時向ChatGPT提問。學生可根據(jù)老師提供的提示詞進行實踐練習，體驗不同圖表類型所表達數(shù)據(jù)展示效果。如箱線圖常用于展示數(shù)據(jù)的大致分布特征，練習題“比較數(shù)據(jù)集birthwt里不同人種新生兒體質(zhì)量的情況”，散點圖矩陣可以用來展示多個變量兩兩之間的關系，練習題“繪制數(shù)據(jù)集iris鳶尾花里各項測量指標之間的散點圖矩陣”。學生可以自行編寫Python程序代碼，出現(xiàn)運行錯誤的時候，直接復制代碼向ChatGPT提問，它會找出錯誤，并返回修改過的程序，對一些關鍵點它還會提供代碼解釋說明。ChatGPT還可以根據(jù)學生的學習情況和反饋，向?qū)W生推薦一些相關論文里面圖表的制作，以幫助學生進一步鞏固和拓展所學知識。

雖然ChatGPT有很多優(yōu)勢，但其智能水平取決于訓練的數(shù)據(jù)集和算法，質(zhì)量不高的數(shù)據(jù)集可能會使其答案存在一些錯誤或偏見，學生只有掌握一定的數(shù)據(jù)素養(yǎng)知識后，才能對ChatGPT提供的答案進行批判性認識。因此在教學中教師要注重基礎知識的傳授、注重整個知識體系的講解，培養(yǎng)數(shù)據(jù)思維，讓學生掌握判別答案對錯所需的知識儲備。

2.3 數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育支撐保障

要保證基于ChatGPT的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育順利開展，必須構(gòu)建一定的保障體系，包括ChatGPT相關政策的制定、教師團隊建設、教育平臺構(gòu)建等內(nèi)容，以提高數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育的可操作性與可實施性。

1）ChatGPT相關政策的制定。盡管AI技術能夠給教育帶來很多好處，但需要意識到其中的風險和挑戰(zhàn)，并采取相應的措施來保護學生和教師的權益。需要加強對教育人工智能的監(jiān)管和研究，并制定具體可執(zhí)行的規(guī)范和建議；關注AI相關技術倫理、隱私保護以及數(shù)字鴻溝問題；引進人工智能檢測工具，幫助學校和教師防止學生濫用；加強師資培訓，讓教師掌握如何正確使用AI工具以及利用它們來協(xié)助教學。只有這樣，才能最大限度地發(fā)揮AI技術的優(yōu)勢。

2）教師團隊組建。黃如花等［5］認為數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育除了圖書情報學外，還涉及統(tǒng)計學、生物信息學、信息科學、商學、教育學等。數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育內(nèi)容比較寬泛，教師團隊成員不僅需要具備扎實的數(shù)據(jù)管理知識與統(tǒng)計分析能力，還要掌握數(shù)據(jù)服務的相關知識與技能。高校的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育建議采取多方協(xié)同發(fā)展的管理機制，圖書館員、計算機教師、統(tǒng)計學教師、實驗員、科研管理人員等開展合作，共同探討數(shù)據(jù)素養(yǎng)的教學內(nèi)容，根據(jù)各自的特長，共同分擔課程任務。另外還可以建立一些專題數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育團隊形式增加其學科性，作為數(shù)據(jù)素養(yǎng)教學團隊的補充。例如，美國弗吉尼亞大學建立了針對工程學、人文科學、生命科學、物理學和社會科學數(shù)據(jù)管理教育團隊。

3）教育實踐平臺的建設。高校可通過建立數(shù)據(jù)共享空間，吸引大學生加入。例如北京大學圖書館建立了北京大學開放研究數(shù)據(jù)平臺，為研究人員提供數(shù)據(jù)存儲、管理與共享系統(tǒng)，復旦大學設立大數(shù)據(jù)與知識工程實驗室等。一方面建立大數(shù)據(jù)應用平臺或大數(shù)據(jù)收集和分析實驗室等能為學生創(chuàng)造盡可能多的實踐機會，加強知識學習轉(zhuǎn)化，提高學生的數(shù)據(jù)操作技能；另一方面搭建交流與互動平臺能掌握用戶的數(shù)據(jù)服務需求，調(diào)整數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育內(nèi)容使其更符合學生的學習需求，利于提高大學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)教學質(zhì)量。

3 結(jié)束語

數(shù)據(jù)已深度融合到日常的生活、工作和學習中，數(shù)據(jù)素養(yǎng)正成為人們適應大數(shù)據(jù)智能時代的重要能力。高校通過數(shù)據(jù)素養(yǎng)教學的目的在于培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)思維能力，提升其用數(shù)據(jù)認識世界、改造世界及解決問題的能力。ChatGPT在編程、閱讀和寫作方面的效率，以及其通過智能交互、分析和解釋層給用戶帶來的優(yōu)越體驗，對數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育資源的普及、教學效率的提高、學生全面發(fā)展和個性化成長的促進等方面有很大的幫助。