基于ChatGPT的大學生數據素養教育研究

葉小嬌

（皖南醫學院圖書館，安徽 蕪湖 241003）

0 引言

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

數據素養教育是推動大學生數據素養提升必不可少的途徑。然而數據素養教育涵蓋多個學科，國內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。如何提高數據素養教育效率和質量，讓更多的學生輕松掌握數據相關知識和技能，是一個值得研究的問題。ChatGPT的問世為大學生的數據素養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月發布以來受到了各界的關注?！陡叩葘W校人工智能創新行動計劃》［3］等文件的頒布也表明國家支持將人工智能創新應用到各個領域。本文將Chat-GPT引入到數據素養教育中，探討基于ChatGPT的數據素養教育的優勢和實踐方案，力求提高數據素養教育效率，以滿足學生在大數據時代的發展需求，為今后的數據素養教育提供一種新的思路和方法。

1 相關文獻研究

1.1 數據素養教育研究現狀

數據素養（data literacy）的定義學界目前尚無統一認識。Hegarty等［4］認為數據素養是一種能對數據進行有效使用、管理、創造、引用和分享的能力，是信息素養的子集；黃如花等［5］認為數據素養是信息素養的一種擴展，包括數據意識、數據能力和數據倫理；張靜波［6］指出數據素養是科研人員在數據的采集、組織管理、處理分析、共享協作、利用等方面的能力，以及在各個過程中應遵守的規范道德?？偟膩碚f，數據素養就是要具有數據思維，掌握一定的數據技能，能夠閱讀數據、理解數據并利用數據，同時還要具備一定的數據管理以及數據倫理知識。

數據素養教育成為大數據時代的研究熱點。國外數據素養教育開展得較早，美國早在2012年就率先從國家層面啟動了數據素養教育相關措施，強調要重視國民的數據素養教育。Mandinach等［7］的研究形成了豐富的理論成果，包括數據素養教育培養模型、課程教學設計、教育評價工具的開發［8］等方面。在教學實踐方面，高校也積累了豐富的經驗，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，教學內容規范科學且教學方式多樣［9］，采用建立科學數據管理資源導航、數據素養通識教育、學科數據素養教育等教學模式［10］。國內數據素養教育起步晚，理論研究主要集中在對數據素養教育理論探討、現狀調查及策略研究等，如萬文娟［11］從重視程度、教育形式、教育內容、教育對象、教育主體等方面對“雙一流”高校圖書館數據素養教育的現狀進行調查分析；張群等［12］提出了高校圖書館科學數據素養教育體系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據相關專業開展了嵌入式教學模式，但針對普通大學生的數據素養教育主要由圖書館開展，目前處在初期摸索階段。絕大多數圖書館是以講座、培訓等教育形式為主［11］，教學內容缺乏系統性，大多僅涉及數據素養的某一方面，僅武漢大學圖書館［13］、北京大學圖書館［14］、北京大學醫學部［15］等少數幾個學校開設數據素養教育通識課，為國內的數據素養教育提供了有益的實踐參考。綜上所述，數據素養教育在歐美國家已經非常普及，與實踐活動聯系緊密，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體系，國內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，大多依托信息素養課程進行教學。

1.2 ChatGPT概述

ChatGPT是美國OpenAI公司開發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+數據的合成效應所致。GPT模型是基于Transformer神經網絡架構的改進模型，這是一種用于處理大量文本數據的編碼器和解碼器塊的集成系統，能夠從海量的文本數據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具有啟發性內容生成能力、對話情境理解能力、序列任務執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支持多模態預訓練，實現了對視頻、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，帶來教育形態的整體變革；焦建利［18］認為ChatGPT能助推學校教育數字化轉型。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］。據調查，美國有89%的學生選擇用ChatGPT寫作業［20］。有些學者擔心長期使用ChatGPT會使學生產生惰性思維，不利于其批判性思維的培養；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。因此一些教育機構明確禁止使用ChatGPT，如紐約市教育局阻止本部門設備和網絡訪問ChatGPT，香港大學發郵件禁止在課堂、作業和評估中使用ChatGPT。目前絕大多數高校對于ChatGPT還處于觀望狀態，不鼓勵也不反對。

1.3 ChatGPT+數據素養教育的優勢

目前的數據素養教育存在以下問題：（1）教育資源匱乏。數據素養教育跨多學科交叉知識，對教師隊伍建設要求高，高?？砷_展該課程教學的師資團隊少。另外，數據素養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絡資源自行收集整理，教學資源嚴重不足。（2）課程教學內容設計缺乏系統性、針對性和學科性。目前圖書館開展的數據素養教育內容系統性不強，存在重技能而輕意識等問題［22］，傳統的教學設計只能針對大多數人的學習需求，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。數據素養教育涉及統計學、生物信息學、信息科學、圖書情報學等多學科知識，特別是對數據的清洗、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應用到數據素養教育中具有以下優勢：（1）ChatGPT跨學科知識助力教學資源供給。大數據時代豐富的數據資源使ChatGPT成為精通所有學科的智者。教師在制定教學大綱、備課、上課及作業考核等各個教學環節中都可以向這個智能助教求助，ChatGPT能根據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。學生根據課堂中教師提供的知識點提示詞，再結合自身的專業知識，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。通過對相關內容的自主學習，使數據素養教學的針對性、學科性和個性化成為可能。同時它還實現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，好的體驗利于激發其學習興趣。Nvidia創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、數據分析和編程能力能有效地提高學生數據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據分析、數據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進行數據分析、可視化和科學研究方面做了很多有益的嘗試。

2 基于ChatGPT的大學生數據素養教育研究

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，更要教師轉變教育觀念，調動其在教育實踐中的創造性。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據素養教育中（圖1）。

圖1 基于ChatGPT的數據素養教育框架圖

2.1 數據素養教育課程設計

大數據時代，數據素養教學的目標首先除了培養學生的數據知識、數據技能及數據倫理外，更應注重培養他們的數據意識和數據思維能力，引導學生在碰到問題時能從數據的角度看待分析，挖掘實質，形成良好的思辨能力。其次重點發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。最后還要培養學生的自主學習能力，持續學習新知識以應對科技的變化。

大學生數據素養教育的課程設計理念要體現層次化、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據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，立足于建立數據意識。研究生的課程更側重專業性，注重學科領域數據知識和相關技能的學習。

基于ChatGPT的數據素養教育內容分為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，注意數字安全，防止個人或他人隱私的泄露。這部分內容的教學貫徹到整個課程教學中。另一部分是數據素養教育內容，包括數據意識、數據知識、數據技能和數據倫理4大部分（圖2）。數據意識是指對于數據的敏銳感知和理解、在日常生活和工作中運用數據進行決策和解決問題的能力。數據知識是指在數據的整個生命周期中，對數據進行有效管理和維護的技能和方法，如數據的管理計劃、創建、保存的方式等。數據技能主要是在數據的獲取、清洗、分析、可視化、利用與共享方面的技能以及在數據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的編程優勢，在教學中需要更加強調計算思維與算法思維的培養，減少對程序語言中語法細節的記憶性學習。數據倫理就是要讓學生了解數據采集、使用、分享中所涉及的道德和倫理問題，熟悉政策法規和引用規則，尊重他人的數據成果。在對各個知識點講解過程中，教師應教授如何向ChatGPT提問該知識點的內容，為學生提供可參考的提示詞，并引導學生根據自身專業的不同擴充提示詞，方便學生課后復習或個性化擴展學習需求。

圖2 數據素養教育內容

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據、尋找數據解決問題等能力?？己诵问娇刹捎迷嚲砜荚u、案例分析、數據報告、項目報告、數據競賽、發表論文等形式。教師根據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來協助設計隨堂練習、測驗題、數據研究課題等，作業設計盡量做到情境化。教師也可通過舉辦小型的數據素養競賽或鼓勵學生參與各種數據素養競賽如“全國高校數據驅動創新研究大賽”“慧源共享”數據大賽等形式來實現對學生能力的綜合測評。

在實際教學中，教師要根據教育對象設置不同的教育模式，確定其教育目標、教學內容、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生成數據可視化知識點的練習題或數據案例來考核學生。

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搜索不同學科專業數據案例進行數據分析可視化操作實現數據素養教學學科化個性化。教師在課堂中要時刻引導學生合理辯證地利用ChatGPT，規避其在技術、安全、知識產權、信息真偽等方面的不足。每堂課結束后，教師必須提供本節課相關知識點的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，面對不同數據展示需求如何選擇合適的圖表類型，結合自己的專業特點找一篇公開數據集的論文，復現論文中的圖表。

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據展示效果。如箱線圖常用于展示數據的大致分布特征，練習題“比較數據集birthwt里不同人種新生兒體質量的情況”，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“繪制數據集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還可以根據學生的學習情況和反饋，向學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有很多優勢，但其智能水平取決于訓練的數據集和算法，質量不高的數據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據素養知識后，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，培養數據思維，讓學生掌握判別答案對錯所需的知識儲備。

2.3 數據素養教育支撐保障

要保證基于ChatGPT的數據素養教育順利開展，必須構建一定的保障體系，包括ChatGPT相關政策的制定、教師團隊建設、教育平臺構建等內容，以提高數據素養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，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管和研究，并制定具體可執行的規范和建議；關注AI相關技術倫理、隱私保護以及數字鴻溝問題；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助教學。只有這樣，才能最大限度地發揮AI技術的優勢。

2）教師團隊組建。黃如花等［5］認為數據素養教育除了圖書情報學外，還涉及統計學、生物信息學、信息科學、商學、教育學等。數據素養教育內容比較寬泛，教師團隊成員不僅需要具備扎實的數據管理知識與統計分析能力，還要掌握數據服務的相關知識與技能。高校的數據素養教育建議采取多方協同發展的管理機制，圖書館員、計算機教師、統計學教師、實驗員、科研管理人員等開展合作，共同探討數據素養的教學內容，根據各自的特長，共同分擔課程任務。另外還可以建立一些專題數據素養教育團隊形式增加其學科性，作為數據素養教學團隊的補充。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據管理教育團隊。

3）教育實踐平臺的建設。高?？赏ㄟ^建立數據共享空間，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據平臺，為研究人員提供數據存儲、管理與共享系統，復旦大學設立大數據與知識工程實驗室等。一方面建立大數據應用平臺或大數據收集和分析實驗室等能為學生創造盡可能多的實踐機會，加強知識學習轉化，提高學生的數據操作技能；另一方面搭建交流與互動平臺能掌握用戶的數據服務需求，調整數據素養教育內容使其更符合學生的學習需求，利于提高大學生數據素養教學質量。

3 結束語

數據已深度融合到日常的生活、工作和學習中，數據素養正成為人們適應大數據智能時代的重要能力。高校通過數據素養教學的目的在于培養學生的數據思維能力，提升其用數據認識世界、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越體驗，對數據素養教育資源的普及、教學效率的提高、學生全面發展和個性化成長的促進等方面有很大的幫助。