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METHODOLOGY

Aida 優學伴
Agentic AI Learning Companion

透過 AIDA 框架(Ask → Imagine → Design → Act)四階段引導學生自主探索。整合 Bloom's 認知追蹤、課程教材檢索與學習預警,實現大班教學中的個別化學習陪伴。

1. 設計理念

Aida(優學伴)的名稱來自 AIDA 學習框架的四個階段縮寫,同時也代表 Agentic Intelligent Development Assistant。不同於傳統的問答式 AI 助教,Aida 是一位具有自主行動能力(Agentic)的學習夥伴,能夠:

  • 主動感知:即時分析學生的認知層次(Bloom's Taxonomy),判斷學習階段
  • 自主調用工具:根據對話脈絡自動搜尋課程教材、查詢學習歷程
  • 引導而非告知:採蘇格拉底式對話,永遠不直接給答案,而是用提問幫助學生自己發現
  • 跨 session 累積:建立個人學習者模型,越用越懂學生
與 ClassroomGPT 的定位差異

ClassroomGPT 是教師設定的課程 AI 助教,遵循教師的 system prompt 回答問題。Aida 是平台層級的學習引導夥伴,具有自己的引導框架(AIDA)和自主工具調用能力,專注於培養學生的後設認知與自主學習能力。

2. AIDA 學習框架

AIDA 框架將學習歷程分為四個階段,每個階段對應不同的認知活動與引導策略:

階段認知活動Aida 的引導行為典型學生語言
Ask 提問 提出問題、表達困惑、釐清需求 幫助學生將模糊困惑轉化為具體問題 「我不懂...」「為什麼...」「這是什麼意思?」
Imagine 構想 提出假設、聯想、比較可能性 鼓勵發散思考,提供多角度線索 「我覺得可能是...」「會不會是...」
Design 規劃 組織想法、列出步驟、建立架構 檢視計畫完整性,提問遺漏面向 「我打算先...再...」「步驟是...」
Act 實踐 執行計畫、產出成果、反思結果 提供具體回饋,引導反思與改進 「我做了...結果是...」「這樣對嗎?」
階段不是線性的

學生可能從 Design 回到 Ask(發現新問題),或在 Imagine 和 Design 之間反覆。Aida 會即時偵測階段變化並調整引導策略,不強制學生按順序前進。

階段自動偵測

Aida 在每次回應後分析最近的對話內容,使用輕量級 LLM(GPT-5-mini)判斷學生目前所處的 AIDA 階段。偵測結果需達到 60% 以上信心度才會更新,避免頻繁跳動。

3. Agentic 架構

Aida 採用 OpenAI function calling 實現 Agentic 行為。當 AI 判斷需要額外資訊時,會自主決定調用哪些工具:

工具觸發情境資料來源
get_course_materials 學生提問涉及課程知識 RAG 知識庫(教師上傳的教材)
classify_bloom_level 需要評估學生的思考深度 Bloom's Taxonomy 分類器
get_student_history 需要了解學生的學習脈絡 過去 Aida session 摘要
search_knowledge_base 語意搜尋特定教材段落 RAG 向量檢索
flag_early_warning 偵測到學生持續卡關或情緒低落 寫入預警紀錄,通知教師

工具調用流程

每次對話最多允許 5 輪工具調用,避免無限迴圈。流程如下:

  1. 學生送出訊息
  2. Aida 分析訊息,決定是否需要工具(由 LLM 自主判斷)
  3. 如需工具 → 執行工具 → 將結果回饋給 LLM → 生成回應
  4. 如不需工具 → 直接生成引導式回應
  5. 回應完成後,背景執行 Bloom's 分類 + AIDA 階段偵測

4. 認知層次追蹤

每則學生訊息都會由 Bloom's Taxonomy 分類器在背景非同步分析,記錄六個認知層次的分數:

層次說明典型行為
Remember(記憶)回憶事實與基本概念定義、列舉、辨識
Understand(理解)解釋想法或概念分類、描述、解釋
Apply(應用)在新情境中使用知識執行、實作、解題
Analyze(分析)拆解資訊建立關聯比較、區辨、組織
Evaluate(評鑑)判斷與決策批判、辯護、評估
Create(創造)產出新的觀點或作品設計、建構、發明

這些資料同時供 Aida 的引導策略參考(透過 classify_bloom_level 工具),也匯入教師儀表板做班級層級的學習分析。

5. 對話引導策略

Aida 的核心引導原則:

  • 蘇格拉底式提問:每次回應至少包含一個引導式問題
  • 不直接給答案:當學生卡住時,提供一個小線索而非完整解答
  • 回應精簡:控制在 2-4 段以內,避免資訊過載
  • 尊重自主:大學生是成年學習者,用平等的語氣交流

任務規劃

每次開啟新對話時,Aida 會根據學生的歷史 session 摘要與當前課程資訊,自動產生:

  • 建議的 AIDA 起始階段
  • 本次學習目標
  • 具體學習步驟建議
  • 個人化的開場問候

Session 摘要

對話結束時,Aida 自動產生學習摘要,包含:涵蓋主題、AIDA 階段進展、最高 Bloom 認知層次、以及下次可繼續探索的方向建議。

6. 使用方式

學生有兩種方式使用 Aida,教師不需要額外設定:

方式一:在 Uedu 助教中切換(推薦)

在現有的課程對話頁面(/mygpts/),header 區域有 [助教] [Aida] 切換按鈕:

  • 助教模式(預設):由教師 System Prompt 控制,直接回答學生問題
  • Aida 模式:切換後 AI 行為改為 AIDA 框架引導,蘇格拉底式對話

切換後,所有現有功能(圖片上傳、語音輸入、塗鴉、檔案上傳)都可以繼續使用。對話紀錄統一存在原有的課程 log 中,透過 aida_mode 標記區分。

教師引導建議

在課前預習、作業初期、考前複習等場景,建議學生切換到 Aida 模式,讓 Aida 引導自主思考。在需要即時解答的場景(如上課提問),則使用助教模式。

方式二:個人學習中心

從全域側邊欄的「Aida 優學伴」進入獨立頁面(/aida/):

  • 可選擇課程或自由探索(不綁定課程)
  • 左側 sidebar 顯示歷史對話紀錄
  • 每次對話有任務規劃(學習目標、建議步驟)和結束摘要
  • 跨課程歷史集中管理

Uedu 助教 vs. Aida 優學伴

Uedu 助教Aida 優學伴
定位課程 AI 助教(教師的延伸)個人學習夥伴(學生的陪伴)
行為控制教師 System PromptAIDA 框架(平台內建)
回答方式直接回答問題蘇格拉底式引導,不直接給答案
適用時機有具體問題需要解答不確定自己懂不懂、想深入探索
認知追蹤Bloom's 分析(背景)Bloom's 分析 + AIDA 階段追蹤

7. 教師儀表板

教師在課程管理頁面左側 sidebar 點擊「Aida 優學伴」,可查看使用數據:

使用概覽

  • 對話總次數、使用學生數、平均每次對話訊息數
  • Bloom's 認知層次分布圖

學生個別分析

  • 每位學生的對話次數、訊息數、主要 Bloom 層次
  • 最近活動時間

學習預警

預警分為兩種模式,各自獨立分析:

  • 助教模式預警:分析學生在 Uedu 助教模式下的歷史對話
  • Aida 模式預警:分析學生在 Aida 引導模式下的對話

每則預警都標示嚴重度(高/中/低)和判斷來源(AI 偵測/資料分析),並可展開查看具體的判斷依據與數據。

8. 學習預警機制

預警透過兩種互補的方式觸發:

AI 即時偵測

在 Aida 獨立對話頁面中,AI 根據對話脈絡自主判斷是否需要觸發預警。觸發情境包含:

  • 學生連續多輪無法回答引導問題
  • 學生表達挫折、無助或放棄的意圖
  • 學生的問題明顯超出課程範圍,可能需要教師介入

資料驅動分析

系統根據客觀資料自動計算,適用於助教模式和 Aida 模式:

預警類型判斷條件嚴重度
Bloom 認知層次偏低 最近對話訊息 ≥ 5 則,且 80% 以上停留在記憶(remember)或理解(understand)層次 中~高
對話參與度低 至少 3 次對話,且 80% 以上每次只發 1-2 則訊息就離開
預警是建議,不是診斷

預警基於對話資料與 Bloom's 分析,不等同於專業的學習困難診斷。教師收到預警後,應結合平時觀察做綜合判斷,並以關懷的方式主動聯繫學生。每則預警都提供可展開的判斷依據,方便教師了解具體數據後再做決定。

9. 研究應用

Aida 的對話資料可供教育研究使用(需通過 IRB 審查),潛在研究方向包含:

Educational Omics 整合

Omics 維度Aida 提供的資料
Cognomics(認知歷程)AIDA 階段軌跡、Bloom's 認知層次時序變化
Linguomics(語言表達)學生訊息的語言複雜度、提問模式分析
Sociomics(社會互動)人機互動模式、工具使用頻率、session 持續時間

可研究問題

  • AIDA 四階段的轉換模式是否與學習成效相關?
  • 蘇格拉底式引導對不同 Bloom 認知層次學生的效果差異
  • 學習預警的準確度與及早介入的成效
  • 跨課程的個人學習者模型如何隨時間演化