生成式人工智能在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用探索

【摘 要】江蘇省徐州市中山外國(guó)語實(shí)驗(yàn)學(xué)校引入生成式人工智能，優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，構(gòu)建了基于“五步一環(huán)”的生成式人工智能“樂創(chuàng)”學(xué)習(xí)模型，形成了具有學(xué)科特色的教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐新樣態(tài)，創(chuàng)建了“雙維度”評(píng)價(jià)系統(tǒng)，培養(yǎng)了師生的智能素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。該項(xiàng)目為培養(yǎng)具備高度人工智能素養(yǎng)的新時(shí)代人才提供了有力支撐。

【關(guān)鍵詞】生成式人工智能；學(xué)科教學(xué)；創(chuàng)新應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】G434" 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" 【文章編號(hào)】1005-6009（2024）46-0033-04

隨著全球科技競(jìng)爭(zhēng)的加劇，人工智能作為引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略性技術(shù)，已經(jīng)成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的重點(diǎn)。江蘇省徐州市中山外國(guó)語實(shí)驗(yàn)學(xué)校自2000年建校以來，秉承“樂創(chuàng)教育”的理念，致力于引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。學(xué)校設(shè)計(jì)并實(shí)施“生成式人工智能在學(xué)科教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用”項(xiàng)目，將生成式人工智能融入學(xué)科教學(xué)，創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)施方案，構(gòu)建智能化學(xué)習(xí)環(huán)境，提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，推動(dòng)學(xué)校教育走向“數(shù)智賦能，鏈通未來”新階段。

一、項(xiàng)目的內(nèi)涵和整體架構(gòu)

“生成式人工智能在學(xué)科教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用”項(xiàng)目旨在將生成式AI技術(shù)融入學(xué)科教學(xué)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)、優(yōu)化教學(xué)過程并促進(jìn)教學(xué)創(chuàng)新。

（一）核心概念

1.生成式人工智能

生成式人工智能（Generative Artificial Intelligence）是一種強(qiáng)大的技術(shù)，是人工智能領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，它旨在通過訓(xùn)練模型來生成新的、與訓(xùn)練數(shù)據(jù)相似的內(nèi)容。與其他類型的AI（如分類器、預(yù)測(cè)器等）主要關(guān)注識(shí)別和預(yù)測(cè)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的模式不同，生成式AI著重于創(chuàng)造新的、有創(chuàng)意的數(shù)據(jù)。它涵蓋自適應(yīng)學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、認(rèn)知建模和機(jī)器學(xué)習(xí)等主題，也涉及大數(shù)據(jù)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等交叉領(lǐng)域。

2.生成式人工智能在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用

學(xué)校充分利用人工智能技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主化、個(gè)性化學(xué)習(xí)。首先，人工智能技術(shù)的持續(xù)迭代以及與教育的深度融合，為學(xué)生提供了豐富的教育信息和優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源。其次，學(xué)校借助人工智能技術(shù)能更好地立足學(xué)生核心素養(yǎng)，推動(dòng)自主化、個(gè)性化的學(xué)習(xí)，促使學(xué)生主動(dòng)建立“學(xué)習(xí)圈”，并運(yùn)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等提升學(xué)習(xí)力。

（二）整體架構(gòu)

1.理清內(nèi)在機(jī)理，形成“樂創(chuàng)”學(xué)習(xí)模型與實(shí)踐樣態(tài)

學(xué)校深入剖析生成式人工智能在學(xué)科教學(xué)中的作用與價(jià)值，構(gòu)建基于“五步一環(huán)”的生成式“樂創(chuàng)”學(xué)習(xí)模型，形成具有學(xué)科特色的生成式人工智能應(yīng)用實(shí)踐樣態(tài)。

2.實(shí)施“五步一環(huán)”教學(xué)，培養(yǎng)師生創(chuàng)新能力

學(xué)校設(shè)計(jì)并實(shí)施富有創(chuàng)意和挑戰(zhàn)性的教學(xué)活動(dòng)，探索教學(xué)行動(dòng)路徑，實(shí)施“五步一環(huán)”教學(xué)；利用生成式人工智能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力；提升教師的創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用能力，培養(yǎng)一支具有創(chuàng)新素養(yǎng)的新時(shí)代教師隊(duì)伍。

3.構(gòu)建并完善提升智能素養(yǎng)的支持系統(tǒng)

學(xué)校升級(jí)少年“樂創(chuàng)”學(xué)院，建設(shè)支持生成式人工智能教學(xué)的硬件環(huán)境，包括智能教學(xué)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等；利用適用于小學(xué)學(xué)科教學(xué)的生成式人工智能軟件資源，如智能教學(xué)平臺(tái)、課程資源庫(kù)等，為師生提供豐富多樣的教學(xué)資源和學(xué)習(xí)工具；構(gòu)建智能化的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)，通過收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，為教師提供個(gè)性化的教學(xué)建議和資源推薦，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)學(xué)習(xí)；明確教師在指導(dǎo)學(xué)生開展生成式人工智能方面的職責(zé)和角色，建立有效的人機(jī)協(xié)作管理機(jī)制，確保人工智能教育的順利推進(jìn)。

二、項(xiàng)目的實(shí)施路徑

（一）探索生成式人工智能在學(xué)科學(xué)習(xí)中的樣態(tài)

1.理解生成式“樂創(chuàng)”學(xué)習(xí)的教學(xué)價(jià)值

生成式“樂創(chuàng)”學(xué)習(xí)是指教師和學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中，嚴(yán)格遵照國(guó)家法規(guī)、倫理道德和信息安全的要求，合理應(yīng)用生成式人工智能輔助教學(xué)，并通過學(xué)習(xí)者自身的獨(dú)立思考探究、批判性思維和創(chuàng)造性思維，促進(jìn)學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方式。

生成式“樂創(chuàng)”學(xué)習(xí)是在生成式人工智能環(huán)境下以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主探究、實(shí)踐操作，通過“人—機(jī)”互動(dòng)對(duì)話以及師生、生生之間的合作交流來構(gòu)建知識(shí)體系，要求學(xué)生要在教師的引導(dǎo)、支持和管控下使用生成式人工智能，旨在培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新思維以及問題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作精神等。

2.構(gòu)建基于“五步一環(huán)”的生成式人工智能“樂創(chuàng)”學(xué)習(xí)模型

“樂創(chuàng)”學(xué)習(xí)以學(xué)生學(xué)習(xí)力、教師引導(dǎo)力、課堂生長(zhǎng)力為核心，旨在通過生成式人工智能技術(shù)的應(yīng)用，利用“五步一環(huán)”優(yōu)化學(xué)習(xí)過程，提升教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生面向未來、創(chuàng)造著長(zhǎng)大（見圖1）。

第一步智能導(dǎo)學(xué)：利用生成式人工智能技術(shù)為學(xué)生定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和資源。

第二步情境探究：利用生成式人工智能技術(shù)模擬真實(shí)場(chǎng)景，創(chuàng)設(shè)與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，讓學(xué)生在情境中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并嘗試解決問題。

第三步合作學(xué)習(xí)：利用生成式人工智能技術(shù)提供協(xié)作工具和平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行“人—機(jī)”合作學(xué)習(xí)。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，瞄準(zhǔn)要完成的學(xué)習(xí)任務(wù)，與生成式人工智能互動(dòng)對(duì)話，在思維鏈?zhǔn)綄?duì)話中記錄自己的思考過程，并采用多種方式進(jìn)行探究，促進(jìn)“人—機(jī)”之間的有效溝通和合作。

第四步智能反饋：利用生成式人工智能技術(shù)實(shí)時(shí)收集過程性數(shù)據(jù)，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和效果。通過智能反饋機(jī)制，及時(shí)為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供個(gè)性化的建議和反饋，幫助教師調(diào)整教學(xué)策略，提高教學(xué)質(zhì)量。

第五步拓展延伸：利用生成式人工智能技術(shù)為學(xué)生提供拓展資源和練習(xí)，幫助他們鞏固所學(xué)知識(shí)，拓寬視野。學(xué)生總結(jié)自己的學(xué)習(xí)收獲并在新的情境中獨(dú)立解決問題，完成教師布置的作業(yè)和練習(xí)。

在整個(gè)教學(xué)流程中，持續(xù)評(píng)估是關(guān)鍵的一環(huán)。通過對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)成果、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面的評(píng)估，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和需求。同時(shí)，根據(jù)評(píng)估結(jié)果及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略和方法，優(yōu)化教學(xué)資源和環(huán)境，以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和發(fā)展需要。

（二）形成具有學(xué)科特色的教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐新樣態(tài)

不同學(xué)科具有不同的特點(diǎn)和要求，因此在引入生成式人工智能時(shí)，需要結(jié)合學(xué)科特色進(jìn)行“五步一環(huán)”教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐。

1.利用生成式AI優(yōu)化教學(xué)流程

個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃、智能備課與教案生成以及自動(dòng)化作業(yè)批改與智能反饋是生成式人工智能應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過生成式AI分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，教師能夠識(shí)別每個(gè)學(xué)生的興趣、優(yōu)勢(shì)和薄弱點(diǎn)，從而為他們?cè)O(shè)計(jì)個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，提供針對(duì)性的學(xué)習(xí)資源和建議。同時(shí)，生成式AI還能協(xié)助教師搜集整理教學(xué)資料，自動(dòng)生成初步的教案框架，并給出合適的教學(xué)方法和互動(dòng)環(huán)節(jié)建議，大幅減輕教師的備課負(fù)擔(dān)。此外，生成式AI還能自動(dòng)批改學(xué)生的作業(yè)，識(shí)別錯(cuò)誤并提供詳細(xì)的分析和解題思路，并根據(jù)作業(yè)情況向教師反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和難點(diǎn)，幫助教師更精準(zhǔn)地進(jìn)行教學(xué)調(diào)整。（表1為生成式人工智能在語文學(xué)科的教學(xué)應(yīng)用）

2.利用生成式AI優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)

生成式人工智能的運(yùn)用注重線上線下無縫對(duì)接，利用生成式AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)線上學(xué)習(xí)平臺(tái)與線下課堂的實(shí)時(shí)互動(dòng)，如線上提問、線下討論等，從而打破時(shí)空限制，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，結(jié)合當(dāng)前生成式AI技術(shù)的最新進(jìn)展，學(xué)校設(shè)計(jì)了一系列具有創(chuàng)新性和實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)踐中深入掌握技術(shù)原理和應(yīng)用方法。如，生成式人工智能可以設(shè)計(jì)各種數(shù)學(xué)游戲，如數(shù)學(xué)拼圖、闖關(guān)等，讓學(xué)生在游戲中學(xué)習(xí)和鞏固數(shù)學(xué)知識(shí)。這些游戲可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和能力水平進(jìn)行智能調(diào)整，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（三）構(gòu)建并完善提升智能素養(yǎng)的支撐系統(tǒng)

1.構(gòu)建生成式人工智能素養(yǎng)課程

為了提高學(xué)生的智能素養(yǎng)，學(xué)校構(gòu)建了面向全體學(xué)生的人工智能素養(yǎng)課程；設(shè)計(jì)由淺入深、層層遞進(jìn)的課程內(nèi)容，包括生成式人工智能的基礎(chǔ)原理、常用技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域以及未來發(fā)展趨勢(shì)等。學(xué)生從一年級(jí)開始逐步了解人工智能的基本概念和應(yīng)用，隨著年級(jí)的升高，逐漸深入學(xué)習(xí)編程和生成式算法，最終能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成一個(gè)生成式人工智能項(xiàng)目。

2.構(gòu)建智能化的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)

學(xué)校一方面通過生成式人工智能收集和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，為教師提供個(gè)性化的教學(xué)建議和資源推薦，從而幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)學(xué)習(xí)。另一方面，采用智能化評(píng)價(jià)方式，結(jié)合生成式人工智能素養(yǎng)水平，從課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和項(xiàng)目實(shí)踐成果等方面，全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和應(yīng)用能力。此外，學(xué)校還建立學(xué)生反饋機(jī)制，定期收集學(xué)生對(duì)課程的意見和建議，根據(jù)反饋進(jìn)行課程內(nèi)容和教學(xué)方法的調(diào)整。

3.創(chuàng)建“雙維度”評(píng)價(jià)系統(tǒng)

在開發(fā)與實(shí)施評(píng)價(jià)時(shí)，學(xué)校緊密結(jié)合智能素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，確保評(píng)價(jià)內(nèi)容能夠全面反映教師和學(xué)生在數(shù)字化與智能素養(yǎng)方面的實(shí)際水平。教師主要從使用生成式人工智能工具的熟練程度、利用生成式AI進(jìn)行跨學(xué)科整合教學(xué)、對(duì)生成式AI資源的獲取與應(yīng)用、利用生成式AI資源進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新、創(chuàng)設(shè)有利于生成式AI學(xué)習(xí)的課堂環(huán)境、引導(dǎo)學(xué)生積極參與生成式AI學(xué)習(xí)活動(dòng)等維度進(jìn)行評(píng)價(jià)；學(xué)生主要從使用生成式人工智能工具輔助作業(yè)和學(xué)習(xí)的熟練程度、能否利用AI繪畫工具創(chuàng)作并理解其原理、能否使用AI寫作工具輔助創(chuàng)作并保留創(chuàng)意、能否識(shí)別和區(qū)分AI生成內(nèi)容與人類創(chuàng)作、能否尊重AI知識(shí)產(chǎn)權(quán)不濫用、能否與同學(xué)探討和分享AI工具使用心得等維度進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)，學(xué)校嚴(yán)格遵守國(guó)家及地方關(guān)于教育、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)保護(hù)等方面的法律法規(guī)，保障評(píng)價(jià)的合法性和合規(guī)性。

4.建立有效的人機(jī)協(xié)作管理機(jī)制

學(xué)校建立有效的生成式人工智能管理機(jī)制，明確管理目標(biāo)，確保技術(shù)的合規(guī)、安全和可持續(xù)發(fā)展。學(xué)校制定了詳細(xì)使用規(guī)范，明確系統(tǒng)的研發(fā)、部署和使用過程中的權(quán)責(zé)關(guān)系與行為準(zhǔn)則。同時(shí)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理與隱私保護(hù)，確保技術(shù)不侵犯?jìng)€(gè)人隱私和信息安全。

項(xiàng)目實(shí)施后，個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃滿足了學(xué)生多樣化需求，教師教學(xué)效率大幅提高，學(xué)生創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力明顯增強(qiáng)，并形成了一系列可借鑒的AI教學(xué)案例與模式。生成式人工智能在學(xué)科教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用，為區(qū)域教育教學(xué)改革和發(fā)展注入新的動(dòng)力。如何借助生成式人工智能技術(shù)的力量，來進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，仍然需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷探索，在思考中持續(xù)深化。

【作者簡(jiǎn)介】1.蔣蕾，江蘇省徐州市中山外國(guó)語實(shí)驗(yàn)學(xué)校（江蘇徐州，221000）校長(zhǎng)，高級(jí)教師；2.李偉，江蘇省徐州市中山外國(guó)語實(shí)驗(yàn)學(xué)校（江蘇徐州，221000）教師，一級(jí)教師。

*本文系2024年度江蘇省基礎(chǔ)教育前瞻性教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“生成式人工智能在學(xué)科教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用”（2024JSQZ021）的階段性研究成果。