解锁科学概念：LLM 生成的类比对学生理解与课堂实践的有效性如何？

教授科学概念既至关重要又充满挑战，而类比有助于学生将新概念与熟悉的思想联系起来。大语言模型的进步使得生成类比成为可能，但其在教育中的有效性仍有待探索。在本文中，我们首先开展了一项涉及高中生和教师的两阶段研究，通过课堂对照测试和课堂实地研究，评估 LLM 生成的类比在生物学和物理学中的有效性。测试结果表明，LLM 生成的类比能够提升学生的理解力，尤其是在生物学中，但需要教师的指导以防止过度依赖和过度自信。课堂实验表明，在积极的课堂反馈和作业表现提升的鼓励下，教师可以将 LLM 生成的类比优化至满意程度，并从生成的类比中激发新的类比。基于这些发现，我们开发并评估了一个实用系统，以帮助教师生成和优化教学类比。我们讨论了开发和评估 LLM 支持的类比教学与学习的未来方向。