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https://hdl.handle.net/10216/176283| Author(s): | Afonso Maria Maciel Aguiar Antas Kopke |
| Title: | Generative AI and Science Storytelling: A Roadmap for Multimedia Content Creation for Science Education |
| Issue Date: | 2026-07-13 |
| Abstract: | The learning of abstract scientific concepts presents a significant comprehension challenge, requiring a pedagogical shift toward transforming complex data into accessible visual narratives. While storytelling helps students conceptualize invisible phenomena (e.g., microscopic of physical processes), the manual production of these multimodal resources remains a severe operational barrier for teachers, Generative Artificial Intelligence (GenAI) offers a scalable solution, however, its integration is currently hindered by the models lack of logical reasoning capabilities, their tendency to generate visual hallucinations (factual inaccuracies), and the varying AI literacy levels among educators. To address these barriers, this research asks: How can a storytelling-based design roadmap be developed to assist educators to systematically guide GenAI in producing scientifically valid and narratively coherent science education content? The main goal is the development of a Storytelling-Based Design and Production Roadmap, a structured framework meant to guide educators through the human-AI co-creation process. Methodologically this dissertation is based on a Design-Based Research (DBR) approach, following the benchmarking of current GenAI tools, the Roadmap was prototyped into a dual-tier architecture based on the DigCompEdu framework. The artifact underwent empirical validation with a triangulated sample of pre-service science educators and AI/multimedia specialists, utilizing qualitative friction logs and quantitative evaluations grounded in the Aristotelian Triad and Alberto Cairo's Visualization Wheel. This work contributes a validated operational framework that guides educators through GenAI generation via template-driven scaffolding (Tier 1) and a conversation verification loop (Tier 2). The results demonstrate that systemic prompt engineering is effective at suppressing AI hallucinations and decreasing visual noise, the study ultimately provides concrete pedagogical design principles to bridge the gap between educator intent and probabilistic machine outputs and shows that structured human oversight is critical in producing multimedia science narratives that are both engaging and scientifically rigorous. |
| Description: | A aprendizagem de conceitos científicos abstratos apresenta um desafio de compreensão significativo, exigindo uma mudança pedagógica no sentido da transformação de dados complexos em narrativas visuais acessíveis. Embora o storytelling ajude os alunos a conceptualizar fenómenos invisíveis (por exemplo, processos microscópicos ou físicos), a produção manual destes recursos multimodais permanece uma barreira operacional grave para os professores. A Inteligência Artificial Generativa (IA Gen) oferece uma solução escalável, no entanto, a sua integração é atualmente dificultada pela falta de capacidades de raciocínio lógico dos modelos, pela sua tendência para gerar alucinações visuais (imprecisões factuais) e pelos níveis variáveis de literacia em IA entre os educadores. Para ultrapassar estas barreiras, esta investigação coloca a seguinte questão: Como pode ser desenvolvido um roteiro de design baseado em storytelling para ajudar os educadores a orientar sistematicamente a IA Gen na produção de conteúdos de ensino de ciências cientificamente válidos e narrativamente coerentes? O objetivo principal é o desenvolvimento de um Roteiro de Design e Produção Baseado em Storytelling, uma estrutura organizada destinada a guiar os educadores no processo de cocriação humano-IA. Metodologicamente, esta dissertação baseia-se numa abordagem de Investigação Baseada em Design (DBR), seguindo o benchmarking das ferramentas de IA Gen atuais, o roteiro foi prototipado numa arquitetura de dois tiers baseada no quadro de referência DigCompEdu. O artefacto foi submetido a validação empírica com uma amostra triangulada de futuros professores de ciências e especialistas em IA/multimédia, utilizando registos de fricção qualitativos e avaliações quantitativas fundamentadas na Tríade Aristotélica e na Visualization Wheel de Alberto Cairo. Este trabalho contribui com um quadro operacional validado que guia os educadores na geração por IA Gen via estruturação baseada em modelos (Tier 1) e um ciclo de verificação da conversação (Tier 2). Os resultados demonstram que a engenharia de prompts sistemática é eficaz na supressão de alucinações da IA e na diminuição do ruído visual, o estudo fornece, em última análise, princípios de design pedagógico concretos para colmatar a lacuna entre a intenção do educador e os resultados probabilísticos da máquina e demonstra que a supervisão humana estruturada é crítica na produção de narrativas de ciência multimédia que sejam, simultaneamente, cativantes e cientificamente rigorosas. |
| Subject: | Outras ciências da engenharia e tecnologias Other engineering and technologies |
| Scientific areas: | Ciências da engenharia e tecnologias::Outras ciências da engenharia e tecnologias Engineering and technology::Other engineering and technologies |
| URI: | https://hdl.handle.net/10216/176283 |
| Document Type: | Dissertação |
| Rights: | restrictedAccess |
| Appears in Collections: | FEUP - Dissertação |
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