Los hallazgos preliminares inspiran a otras grandes clases de Harvard a probar el enfoque este otoño.
Piense en un curso típico de física en la universidad: toma de notas con rapidez, tareas difíciles, estudio para exámenes difíciles. Ahora imagine tener acceso a un tutor que responde preguntas a cualquier hora, nunca se cansa y nunca juzga. ¿Podría aprender más? ¿Quizás hasta el doble?
Esa es la conclusión inesperada de un estudio de Harvard que examinó los resultados de aprendizaje de los estudiantes en un curso de física grande y popular que trabajaron con un chatbot de inteligencia artificial diseñado a medida el otoño pasado. En comparación con un entorno de aula de «aprendizaje activo» más típico en el que los estudiantes aprenden en grupo con un instructor humano, la versión con soporte de IA resultó ser sorprendentemente más efectiva.
El estudio estuvo a cargo del profesor Gregory Kestin y la profesora titular Kelly Miller , quienes analizaron los resultados de aprendizaje de 194 estudiantes matriculados el otoño pasado en el curso de Ciencias Físicas 2 de Kestin , que es física para estudiantes de ciencias de la vida. Los resultados finales están pendientes de publicación. Antes del estudio, el equipo recurrió a su experiencia en enseñanza y contenido para elaborar instrucciones que el tutor de IA debía seguir en cada lección para que se comportara como un instructor experimentado.
“Comenzamos el estudio con mucha curiosidad por saber si nuestro tutor de IA podría ser tan eficaz como los instructores presenciales”, dijo Kestin, quien también se desempeña como director asociado de educación científica. “Y ciertamente no esperaba que los estudiantes encontraran la lección impulsada por IA más interesante”.
Pero eso es exactamente lo que sucedió: el tutor de IA no solo pareció ayudar a los estudiantes a aprender más material, sino que los estudiantes también informaron tener significativamente más compromiso y motivación para aprender cuando trabajaban con IA.
“Fue impactante y súper emocionante”, dijo Miller, considerando que PS2 ya está “muy, muy bien enseñado”.
«Han estado haciendo esto durante mucho tiempo y ha habido muchas iteraciones de esta pedagogía específica basada en la investigación. Es una operación muy estricta», agregó Miller.
El experimento muestra la ventaja de utilizar la tutoría de IA como primera introducción sustancial de los estudiantes a material desafiante, escribieron los investigadores en su artículo. Si la IA puede utilizarse para enseñar eficazmente material introductorio a los estudiantes fuera de clase, esto permitiría dedicar «un valioso tiempo de clase» a desarrollar «habilidades de orden superior, como la resolución avanzada de problemas, el aprendizaje basado en proyectos y el trabajo en grupo», continuaron.
Aunque están entusiasmados por el potencial de la IA para revolucionar la educación, Kestin y Miller son conscientes de sus posibles usos indebidos.
“Si bien la IA tiene el potencial de potenciar el aprendizaje, también podría debilitarlo si no tenemos cuidado”, dijo Kestin. “Los tutores de IA no deberían ‘pensar’ por los estudiantes, sino ayudarlos a desarrollar habilidades de pensamiento crítico. Los tutores de IA no deberían reemplazar la instrucción en persona, sino ayudar a todos los estudiantes a prepararse mejor para ella, y posiblemente de una manera más atractiva que nunca”.
El estudio, aprobado por la Junta de Revisión Institucional, se llevó a cabo en el otoño de 2023. Casi 200 estudiantes dieron su consentimiento para participar en el estudio, que involucró a dos grupos, cada uno de los cuales experimentó dos lecciones en semanas consecutivas. Durante la primera semana, el Grupo 1 participó en una lección en el aula de aprendizaje activo guiada por un instructor, mientras que el Grupo 2 participó en una lección con apoyo de IA en casa que siguió un diseño paralelo basado en investigaciones; las condiciones se invirtieron la semana siguiente.
Los investigadores creen que la capacidad de los estudiantes de recibir retroalimentación personalizada y seguir su propio ritmo con el tutor de IA son ventajas en comparación con el aprendizaje en clase.
Los autores del estudio compararon los avances en el aprendizaje de cada tipo de lección mediante pruebas previas y posteriores para medir el dominio del contenido. También preguntaron a los estudiantes qué tan comprometidos se sentían con cada tipo de instrucción, cuánto disfrutaban de cada tipo, qué tan motivados estaban y cómo evaluarían su «mentalidad de crecimiento».
Según el análisis preliminar del estudio, los avances en el aprendizaje de los estudiantes del grupo con tutoría de IA fueron aproximadamente el doble que los de los estudiantes del grupo con tutoría presencial. Los investigadores creen que la capacidad de los estudiantes de recibir retroalimentación personalizada y de seguir su propio ritmo con el tutor de IA son ventajas en comparación con el aprendizaje presencial.
En varios contextos de clase, “los estudiantes que tienen una formación muy sólida en el material pueden estar menos interesados y, a veces, se aburren”, dijo Miller. “Y los estudiantes que no tienen la formación adecuada a veces tienen dificultades para seguir el ritmo. Por lo tanto, el hecho de que este [tutor de IA] pueda apoyar esa diferencia es probablemente el factor más importante”. Esto es especialmente valioso cuando a los estudiantes se les presentan por primera vez conceptos y problemas sobre temas que solo algunos estudiantes han visto antes, dijeron los investigadores.
Miller destacó que el tutor de IA fue personalizado con ingeniería de indicaciones basada en investigación y “andamiaje” para garantizar que las lecciones fueran precisas y bien estructuradas.
Kestin comenzó a crear el sitio web que alberga el tutor de PS2 el verano anterior, poco después de que ChatGPT hiciera su debut mundial. El marco está construido sobre la interfaz de programación de aplicaciones GPT y está estructurado de manera que las conversaciones, incluida la personalidad del tutor de IA y la calidad de la retroalimentación, estén previamente examinadas. Por lo tanto, en lugar de adoptar el comportamiento predeterminado de ChatGPT, el tutor personalizado proporciona a los usuarios información guiada por indicaciones ricas en contenido que se han refinado y colocado en el marco.
Una vez construido el marco, fue fácil comenzar a personalizarlo para otros cursos y materias, dijo Kestin, razón por la cual varios colegas ya lo están probando.
La instructora de matemáticas Eva Politou presentará una versión del tutor de IA de Kestin para Matemáticas 21a (Cálculo multivariable) este otoño en la parte del taller del curso, que generalmente es impartido por asistentes de curso de pregrado. Cada semana, los estudiantes podrán generar preguntas sobre un tema específico y buscar respuestas con el tutor de IA que actuará como guía.
“El objetivo principal del tutor de IA es promover un método de estudio basado en la investigación”, explicó Politou. “Queremos que los estudiantes practiquen la generación de preguntas, el abordaje crítico de situaciones de la vida real y se conviertan en agentes activos de su propia comprensión y aprendizaje”.
Inspirado por los resultados de Kestin y Miller, el Centro Derek Bok para la Enseñanza y el Aprendizaje está colaborando con el Departamento de Tecnología de la Información de la Universidad de Harvard para poner a prueba chatbots de IA similares en un puñado de cursos introductorios de gran tamaño este otoño. También están desarrollando recursos para permitir que cualquier instructor integre bots tutores en sus cursos. The Harvar Gazette. A. K., T. M. y G. P. Traducido al español
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