情境化 AI 分析如何強化設計教育

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摘要和1. 引言

1. 先前工作和2.1 學習活動的教育目標

   2.2 多尺度設計

   2.3 評估創意視覺設計

   2.4 學習分析和儀表板

2. 研究成品/探針

   3.1 多尺度設計環境

   3.2 將設計分析儀表板與多尺度設計環境整合

3. 方法論和背景

   4.1 課程背景

   4.2 教師訪談

4. 研究發現

   5.1 獲取洞見並指導教學行動

   5.2 支持分析的探索、理解和驗證

   5.3 使用分析進行評估和反饋

   5.4 分析作為學生自我反思的潛在來源

5. 討論+含義：情境化：支持設計教育的分析

   6.1 指示性：通過連結到實例來展示設計分析

   6.2 通過多尺度設計分析支持設計課程中的評估和反饋

   6.3 多尺度設計分析的局限性

6. 結論和參考文獻

A. 訪談問題

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6 討論與含義：情境化分析以支持設計教育

根據Suchman開創性論著《計劃與情境行動》[71]中的模型，AI的成功取決於AI與用戶之間的相互理解能力；在我們的情境背景中，用戶是教師和學生。這種相互理解取決於分析（作為語言表達的功能）如何在其使用的情境背景中被解釋。更具體地說，多尺度設計分析是在學生執行的設計工作實例的情境背景以及教師提供的教學法和評估中被解釋的。我們開發了一個研究成品來調查將分析連結到設計實例會如何影響這一解釋過程。我們收集並分析了定性數據，以了解當多尺度分析通過這種指示性連結與其所測量的設計工作情境化時，教師的體驗如何。

\ 我們首先考慮研究問題2：基於AI的多尺度設計分析在情境化課程背景中能為設計教師提供什麼具體價值？我們討論並推導出指示性呈現技術（將分析連結到設計實例）如何情境化分析，從而支持其在抽象和創意任務中的使用，在此特指設計教育。

\ 然後我們回到研究問題1：基於AI的設計分析如何（如果可能的話）在情境化課程背景中支持教師的評估和反饋體驗？在這裡，我們討論並推導出關於多尺度分析的特點、我們所見到的情況，以及它們支持設計教育中評估和反饋的潛力。我們也考慮其局限性。

\ 正如Zimmerman等人所闡述的，含義是使用設計研究方法產生的一種理論形式[85]；根據Gaver的說法，這種理論可能是"臨時的、偶然的和有抱負的"[31]。因此，我們打算調查本研究的含義是否以及如何有助於開發用於推導和呈現一系列複雜分析的界面，這將是未來研究的一個富有成果的方向。這類研究可以確定，例如，特定含義在某些教育學科中是否比其他學科更有用。

6.1 指示性：通過連結到實例來展示設計分析

我們貢獻了從分析到視覺註釋設計實例的指示性連結，作為展示其含義的一種方式。根據Turnbull的說法，指示性陳述闡明了跨情境的關係以傳達新的含義[74]。在本研究中，我們發現儀表板的指示性——即將分析與情境化設計元素組合連結起來——支持教師理解分析。關鍵是設計的自動視覺註釋，以顯示哪些尺度和集群被識別。例如，用I9的話說，"我能夠推斷出...有一個縮放級別具有特定區域...然後他們有一個不同的縮放級別，專注於不同的區域，依此類推。"教師能夠快速了解學生的設計組織及其量化方式。他們還能夠深入研究作品並確定分析與自己解釋不符的地方。對於其中一個設計，正如I3在看到AI結果時表達的那樣，"我不確定為什麼[它在這裡顯示]...幾個[額外的]集群"。

\ 其他研究人員正在值得稱讚地追求可解釋AI策略，以向用戶傳達AI的算法邏輯[例如，1, 65]。本研究則另外貢獻了如何將分析連結到實例可以視覺化地向用戶展示分析的含義，在實踐的情境背景中展示識別算法的工作，而無需關注其底層邏輯。

\ 含義。當儀表板交互直接指示，即呈現特定分析與設計工作實例之間的連結時，用戶（如教師和學生）預計會受益。Suchman提醒我們注意基於AI系統的透明度——這基於向用戶傳達AI的預期目的並建立問責制——對於有效支持情境實踐至關重要[71]。一種常見的AI方法是獲取大量作業的成績，並從這些數據中建立自下而上的識別器。這種識別器通常基於特徵的任意聚合，可以映射到整體成績分數，而不是設計教師或學生可以明確辨別的特徵。相反，我們精心設計了本研究的多尺度設計分析，使用基於情境和設計的特徵，使設計教師能夠理解。因此，這些分析有潛力為學生提供信息，幫助他們反思如何改進自己的工作，以及如何理解他人的工作。

\ 此外，我們的用戶發現在導航到分析測量的特定尺度和集群方面很有價值。用I1的話說，"是否可能...也許像定位或只是去到精確的尺度。"為此，儀表板上的中間表示可能會很有用。例如，我們的發現激發了進一步的調查，在這種調查中，除了在儀表板上呈現一個數字外，用戶還可以與樹狀可視化[30]進行交互，索引每個設計工作實例的尺度和集群層次結構。這種表示有可能進一步支持用戶理解如何使用嵌套結構來傳達複雜信息，超越平面以利用各種尺度和集群。

\ 最後，在將分析索引到實例時，界面將受益於使用動畫。Mayer和Moreno表明，在學習材料中添加動畫可以增強學習者的理解[55]。正如Tversky所解釋的，動畫可以幫助感知和理解不同內容片段之間的空間和時間關係的精細結構[75]。Bederson和Boltman發現，在空間環境中動畫化視點變化有助於用戶建立環境中存在信息的心理地圖[10]。多尺度設計理論擴展了可縮放用戶界面理論，專注於人們如何組合信息元素以傳達含義，通過基於空間和尺度的交互以及相關設計原則。在我們的研究中，我們發現使用動畫幫助教師理解複雜特徵。用I1的話說，"我現在對空間集群有了更好的理解[通過]顏色變化的動畫。"我們預計動畫交互功能，如特寫、縮放和速度控制[75]，將在支持導航到特定尺度和集群方面證明有用。

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:::info 作者：

(1) Ajit Jain，德克薩斯A&M大學，美國；目前隸屬：Audigent；

(2) Andruid Kerne，德克薩斯A&M大學，美國；目前隸屬：伊利諾伊大學芝加哥分校；

(3) Nic Lupfer，德克薩斯A&M大學，美國；目前隸屬：Mapware；

(4) Gabriel Britain，德克薩斯A&M大學，美國；目前隸屬：Microsoft；

(5) Aaron Perrine，德克薩斯A&M大學，美國；

(6) Yoonsuck Choe，德克薩斯A&M大學，美國；

(7) John Keyser，德克薩斯A&M大學，美國；

(8) Ruihong Huang，德克薩斯A&M大學，美國；

(9) Jinsil Seo，德克薩斯A&M大學，美國；

(10) Annie Sungkajun，伊利諾伊州立大學，美國；

(11) Robert Lightfoot，德克薩斯A&M大學，美國；

(12) Timothy McGuire，德克薩斯A&M大學，美國。

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:::info 本論文可在arxiv上獲取，採用CC by 4.0 Deed（Attribution 4.0 International）許可證。

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