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生成式人工智能辅助学习对小学生数学焦虑的影响：一项干预研究
作者及机构
本研究由Segi University（马来西亚哥打白沙罗校区）教育、语言、心理学与音乐学院的Xueshen Wang和Yun Wei合作完成，发表于2025年的《Applied Cognitive Psychology》期刊（第39卷，DOI: 10.1002/acp.70088）。研究未接受专项资助。
学术背景
研究领域与动机
该研究聚焦于教育心理学与人工智能（AI）的交叉领域，探讨生成式人工智能（Generative AI, Gen-AI）在小学数学教育中的应用价值。数学焦虑（math anxiety）指学生在数学学习或相关活动中产生的恐惧、担忧和回避情绪，长期影响学业表现（如Ashcraft & Kirk, 2001指出其损害工作记忆）。传统AI（如Khan Academy）虽能提供个性化学习支持，但Gen-AI因其内容生成、逻辑推理和动态适应能力（Bommasani et al., 2021），被视为更具潜力的教育工具。然而，Gen-AI对小学生数学焦虑的影响尚未明确，本研究旨在填补这一空白。
理论基础
研究结合社会认知理论（Bandura, 1991）与认知负荷理论（Evans et al., 2024）构建框架：
1. 社会认知理论强调自我效能（self-efficacy）对学习动机的影响，Gen-AI通过即时反馈和低威胁环境提升学生的成功体验。
2. 认知负荷理论认为Gen-AI可降低内在认知负荷（如简化复杂问题）和外源性认知负荷（如消除无关信息干扰），从而缓解焦虑。
研究设计与方法
混合准实验设计
研究在中国中部一所公立小学的六年级学生中开展，采用前测-干预-后测设计，结合量化分析与质性访谈。
研究对象与分组
- 样本量：实验组（n=51）与对照组（n=54），通过数学焦虑量表（MASC）筛选，确保基线无显著差异（p=0.849）。
- 伦理规范：遵循《赫尔辛基宣言》，获取家长书面知情同意。
干预方案
- 实验组：使用国产Gen-AI工具（Kimi Chat和智谱清言）辅助数学课堂，流程包括：
1. 任务呈现（5分钟）：教师讲解学习目标。
2. 小组讨论（10分钟）：学生通过Gen-AI搜索解题方法。
3. 成果汇报（10分钟）：小组展示，Gen-AI补充信息。
4. 课堂练习（10分钟）：Gen-AI提供实时反馈。
- 对照组：传统教学法，无AI辅助。
测量工具
- 数学焦虑量表（MASC）：含22题，分“数学学习焦虑”（14题）和“数学评估焦虑”（8题）两个维度，采用4点李克特量表（1=从不焦虑，4=非常焦虑），Cronbach’s α=0.91。
- 半结构化访谈：随机抽取8名学生和授课教师，探讨Gen-AI对焦虑的影响机制。
数据分析方法
1. 量化分析：正态性检验（偏度<±3，峰度<±10）后，采用独立样本t检验比较组间差异，配对样本t检验评估干预效果。
2. 质性分析：三级编码法（开放编码-主轴编码-选择编码）提取主题，编码一致性72.4%（Cohen’s Kappa）。
主要结果
量化结果
- 焦虑水平变化：实验组后测均值显著下降（2.588→2.218，p<0.001），对照组无显著变化（2.568→2.546，p=0.206）。
- 组间差异：后测中实验组焦虑显著低于对照组（p=0.023）。
质性发现
Gen-AI通过以下机制缓解焦虑：
1. 提升学习兴趣（5名学生提及）：如S4表示“期待每天上数学课”。
2. 增强自我效能（2名学生）：S8称“不再害怕代表小组汇报”。
3. 个性化支持：帮助基础薄弱学生（如S7）跟上进度。
4. 即时反馈（4名学生）：如S6认为“AI提示解决了难题恐惧”。
教师反馈指出实验组“课堂参与度显著提高”，且学生“更主动探索课外知识”。
结论与价值
科学价值
1. 首次验证Gen-AI可有效降低小学生数学焦虑，为AI教育应用提供实证依据。
2. 结合社会认知与认知负荷理论，揭示了Gen-AI通过“认知-情感”双路径干预焦虑的机制。
应用价值
1. 教学实践：建议教师将Gen-AI整合为“虚拟助手”，设计探索性任务。
2. 政策支持：教育管理者需提供技术培训与设备，优化AI工具适应性。
局限性
1. 样本局限于单一地区六年级学生，未来需扩大年龄与地域范围。
2. 依赖自评量表，可结合生理指标（如心率）增强客观性。
研究亮点
1. 方法创新：首次将Kimi Chat和智谱清言应用于小学数学课堂，开发标准化干预流程。
2. 理论整合：跨学科融合心理学与AI技术，提出“认知负荷-自我效能”解释模型。
3. 实践导向：为发展中国家（如中国）的AI教育落地提供低成本解决方案。
其他发现
研究提及Gen-AI的潜在风险（如过度依赖可能削弱独立思考），建议后续探索“人机协作”的平衡点。
（报告字数：约1800字）