高中階段生成式人工智能體驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐探索

車(chē)?guó)P莉

從GPT到Sora，生成式人工智能正以前所未有的速度爆炸式發(fā)展，在各領(lǐng)域都驚呼它將全面改變?nèi)祟?lèi)認(rèn)知的時(shí)候，信息科技教育應(yīng)更積極、科學(xué)地去面對(duì)，保持對(duì)新科技的關(guān)注是這門(mén)學(xué)科的重要特點(diǎn)之一，本期解碼就讓我們嘗試探索生成式人工智能的應(yīng)用教學(xué)。

摘要：本文基于人工智能課程綜合性、實(shí)踐性和發(fā)展性并重的特點(diǎn)，關(guān)注人工智能領(lǐng)域的最新動(dòng)向和成果，并沿著“是什么—怎樣用—什么特征—如何看待”的主線，采用分組學(xué)習(xí)的組織形式，通過(guò)厘清概念、體驗(yàn)生成式人工智能、總結(jié)歸納生成式人工智能的特征、思辨生成式人工智能的發(fā)展，以及課堂檢測(cè)和評(píng)價(jià)等教學(xué)活動(dòng)，將人工智能素養(yǎng)的習(xí)得滲透到學(xué)習(xí)活動(dòng)中。

關(guān)鍵詞：分組學(xué)習(xí)；生成式人工智能；大模型；教學(xué)案例

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2024）07-0028-04

當(dāng)前，不斷更迭的人工智能技術(shù)對(duì)各行各業(yè)的影響越來(lái)越復(fù)雜且深遠(yuǎn)，以生成式人工智能為代表的新一代人工智能改變著教育生態(tài)。引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)適應(yīng)人工智能加持下的教育環(huán)境和學(xué)習(xí)方式，積極謹(jǐn)慎地對(duì)待新型技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的人工智能核心素養(yǎng)，已成為信息科技教師面臨的一項(xiàng)重要且緊迫的任務(wù)。本節(jié)課圍繞對(duì)生成式人工智能的一系列體驗(yàn)活動(dòng)，引領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生成式之美、思索生成式的未來(lái)。

教學(xué)內(nèi)容分析

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“課標(biāo)”）對(duì)必修教材人工智能部分的教學(xué)內(nèi)容要求為“通過(guò)人工智能典型案例的剖析，了解智能信息處理的巨大進(jìn)步和應(yīng)用潛力，認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用”。本課依據(jù)課標(biāo)內(nèi)容要求，引導(dǎo)學(xué)生在運(yùn)用生成式人工智能技術(shù)的過(guò)程中，探究新型人工智能技術(shù)的特征和基本工作流程，了解人工智能應(yīng)用的多維影響，幫助學(xué)生樹(shù)立正確的人工智能發(fā)展觀和倫理觀。

學(xué)業(yè)要求分析

課標(biāo)對(duì)必修教材人工智能部分的學(xué)業(yè)要求為“了解人工智能技術(shù)，認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用”。筆者將本課的學(xué)習(xí)要求分解為遞進(jìn)的三個(gè)層次：在體驗(yàn)中了解人工智能技術(shù)——在分組合作探究中發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題——在思辨中深化對(duì)人工智能作用及相關(guān)社會(huì)倫理的認(rèn)識(shí)。

學(xué)習(xí)對(duì)象分析

高一學(xué)生有較強(qiáng)的理解和探究能力，他們已學(xué)習(xí)了互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、傳感技術(shù)、算法等人工智能相關(guān)知識(shí)，具備本課學(xué)習(xí)的認(rèn)知基礎(chǔ)。學(xué)生雖對(duì)人工智能有濃厚的興趣，但部分學(xué)生的相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)較薄弱，且對(duì)新型人工智能技術(shù)了解有限，教學(xué)起點(diǎn)不宜過(guò)高，教師需要循序漸進(jìn)加以引導(dǎo)。

核心素養(yǎng)目標(biāo)

智能意識(shí)：通過(guò)對(duì)外星人與地球人之間交流方式的類(lèi)比與遷移，理解生成式人工智能的概念和特點(diǎn)；在體驗(yàn)生成式人工智能的過(guò)程中體會(huì)人工智能的核心價(jià)值，形成人工智能的合理觀念和分析判斷實(shí)際生活中的復(fù)雜問(wèn)題的意識(shí)。

智能思維：通過(guò)分析生成式人工智能的工作機(jī)制和過(guò)程，理解生成式人工智能的原理，并能將人工智能解決問(wèn)題的過(guò)程遷移到其他相關(guān)問(wèn)題的解決中。

智能應(yīng)用與創(chuàng)造：通過(guò)體驗(yàn)生成式人工智能大模型，掌握新型人工智能的使用方法和使用技巧，學(xué)會(huì)合理選擇和應(yīng)用人工智能應(yīng)用系統(tǒng)，適應(yīng)人機(jī)交融環(huán)境。

智能社會(huì)責(zé)任：通過(guò)探討生成式人工智能可能引發(fā)的社會(huì)問(wèn)題，形成對(duì)新型人工智能積極的態(tài)度、理性判斷的思維和負(fù)責(zé)任行動(dòng)的能力，自覺(jué)遵守智能法律法規(guī)和道德規(guī)范。

教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：運(yùn)用生成式人工智能大模型解決問(wèn)題。

難點(diǎn)：如何提高生成式人工智能的生成效果。

教學(xué)準(zhǔn)備

①拍攝一段學(xué)生在校園里活動(dòng)的視頻，利用生成式人工智能工具將視頻中的部分學(xué)生角色替換為人形機(jī)器人形象。②為學(xué)生注冊(cè)“訊飛星火大模型”賬號(hào)（需用手機(jī)號(hào)注冊(cè)）。③在ClassDojo社區(qū)設(shè)置班級(jí)信息、學(xué)生信息和學(xué)習(xí)小組信息，為記錄學(xué)生課堂表現(xiàn)做好準(zhǔn)備。④通過(guò)問(wèn)卷星制作課堂檢測(cè)試卷并發(fā)布。⑤提供一篇關(guān)于理想、信念的優(yōu)秀作文范文。⑥制作微視頻、學(xué)習(xí)任務(wù)單等。

教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：情境導(dǎo)入——人形機(jī)器人驚現(xiàn)中學(xué)校園

問(wèn)題情境：課前，教師在一體機(jī)上循環(huán)播放“中學(xué)校園里驚現(xiàn)人形機(jī)器人”的視頻。學(xué)生通過(guò)建筑物外觀、校服等能判斷出視頻場(chǎng)景取自自己所在學(xué)校，但不知機(jī)器人是從何而來(lái)的，從而引發(fā)學(xué)生探究的熱情。

引出課題：教師展示未經(jīng)處理的、沒(méi)有機(jī)器人的原視頻，并告訴學(xué)生：用新型的人工智能技術(shù)對(duì)視頻進(jìn)行處理，只需要幾分鐘就能從原視頻中自動(dòng)捕捉學(xué)生的形體動(dòng)作、生成人形機(jī)器人角色并替換原有的學(xué)生形象。目前，人工智能領(lǐng)域出現(xiàn)了很多新型技術(shù)，大大優(yōu)化了用戶(hù)的使用體驗(yàn)，本節(jié)課將帶領(lǐng)學(xué)生走近新型的人工智能技術(shù)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)播放機(jī)器人在熟悉的場(chǎng)景中與熟悉的同學(xué)親密互動(dòng)的視頻，引出新型人工智能的學(xué)習(xí)主題，激發(fā)學(xué)生的好奇心，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

環(huán)節(jié)二：厘清基本概念——關(guān)于外星人交流的頭腦風(fēng)暴

問(wèn)題情境：可以從不同的維度劃分人工智能的類(lèi)型。如果按其模型來(lái)劃分（人工智能是由模型支撐的），可以分為辨別式和生成式。

活動(dòng)1：開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，以小組為單位討論以下問(wèn)題：①假如地球上突然出現(xiàn)了外星人，地球人與外星人彼此一無(wú)所知，雙方怎樣實(shí)現(xiàn)快速溝通？②假如外星人在地球上生活了一段時(shí)間后，已經(jīng)能與地球人正常溝通，外星人可以通過(guò)什么方式向地球人介紹外星球？

活動(dòng)小結(jié)：在問(wèn)題①中，地球人和外星人通過(guò)肢體語(yǔ)言交流，一方做出肢體動(dòng)作，另一方根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)辨別動(dòng)作含義，并用肢體動(dòng)作回應(yīng)。這與辨別式人工智能的工作過(guò)程類(lèi)似。辨別式人工智能（也稱(chēng)判斷式人工智能）是一類(lèi)對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行辨別、判斷“是不是”、區(qū)分“是這個(gè)還是那個(gè)”的傳統(tǒng)型人工智能，如人臉識(shí)別、自動(dòng)駕駛、語(yǔ)音識(shí)別等。在問(wèn)題②中，外星人可以通過(guò)語(yǔ)言、文字、繪畫(huà)等方式，生成地球上不曾存在的故事、文章、圖畫(huà)，這與生成式人工智能類(lèi)似。生成式人工智能是一種新型人工智能，模仿人類(lèi)的創(chuàng)造力和想象力，能自主生成對(duì)話、文本、圖像、視頻和音頻等多種形式的原創(chuàng)內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生采用頭腦風(fēng)暴、類(lèi)比與遷移的方法，理解生成式人工智能與辨別式人工智能的概念，厘清兩者的區(qū)別，形成對(duì)生成式人工智能的初印象。

環(huán)節(jié)三：體驗(yàn)生成式人工智能——“訊飛星火”點(diǎn)燃求知之火

問(wèn)題情境：2022年11月，OpenAI公司發(fā)布ChatGPT，揭開(kāi)了生成式人工智能指數(shù)級(jí)發(fā)展的大幕。生成式人工智能被稱(chēng)為“人工智能發(fā)展的奇點(diǎn)”。下面，以網(wǎng)頁(yè)版“訊飛星火”大模型為例，來(lái)展示生成式人工智能的應(yīng)用場(chǎng)景。

活動(dòng)2：小組合作體驗(yàn)“訊飛星火”，從下面三個(gè)選題中任選一題進(jìn)行探究，并展示探究成果。

選題1：生成文字、虛擬人。

①讓訊飛星火根據(jù)下面材料寫(xiě)一篇作文，并生成虛擬人朗讀所寫(xiě)作文。（提示：在作文寫(xiě)完后，在提示語(yǔ)框內(nèi)輸入“生成虛擬人并朗讀以上作文”，即可召喚虛擬人）閱讀材料，根據(jù)要求寫(xiě)作。

②讓訊飛星火把剛剛生成的作文與教師提供的范文進(jìn)行比較，并給出評(píng)價(jià)意見(jiàn)。（提示：在提示語(yǔ)框內(nèi)輸入“比較下面兩篇作文：第一篇……；第二篇……”等類(lèi)似內(nèi)容，即可讓訊飛星火進(jìn)行比較，必要時(shí)可以用shift+enter換行）

選題2：生成音畫(huà)。

①學(xué)生提供基本情節(jié)，由訊飛星火創(chuàng)作一個(gè)至少包含5張圖片的有聲故事，并生成繪本，將其放入學(xué)生的繪本夾。（提示：從“助手中心”選擇“有聲繪本創(chuàng)作助手”，在提示語(yǔ)框內(nèi)逐次輸入部分情節(jié)，每個(gè)提示語(yǔ)將分別生成一頁(yè)繪本）

②讓訊飛星火畫(huà)一個(gè)與繪本故事內(nèi)容相關(guān)且造型獨(dú)特、外觀新穎的杯子（或椅子、書(shū)包、眼鏡等生活用品）。（提示：從“助手中心”選擇“繪畫(huà)大師”，在提示語(yǔ)框內(nèi)詳細(xì)描述需求）

選題3：解決科學(xué)問(wèn)題。

①用訊飛星火求解下面的物理問(wèn)題，并運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)驗(yàn)證訊飛星火的解答是否正確。（提示：在主界面的提示語(yǔ)框內(nèi)直接輸入題目要求，或者調(diào)用“助手中心”的“物理小幫手”或“物理學(xué)習(xí)助手”等物理類(lèi)助手）物理問(wèn)題：從離地面500m處自由落下一個(gè)小球，初速度為0，不計(jì)空氣阻力，取g＝10 m/s2，求小球落到地面時(shí)的速度。

②用訊飛星火編寫(xiě)Python程序解決下面的物理問(wèn)題，并將生成的代碼復(fù)制到Python中調(diào)試運(yùn)行。（提示：用“寫(xiě)一個(gè)Python程序解決以下問(wèn)題：……”等類(lèi)似的提示語(yǔ)）物理問(wèn)題：以離地面的高度h為變量，從離地面h米處自由落下的小球，初速度為0，不計(jì)空氣阻力，取g＝10m/s2，求小球落到地面時(shí)的速度。

活動(dòng)小結(jié)：在完成選題3的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，訊飛星火在解決數(shù)學(xué)、物理等科學(xué)問(wèn)題時(shí)可能出錯(cuò)。生成式人工智能目前普遍擅長(zhǎng)文學(xué)、藝術(shù)、設(shè)計(jì)，但解決科學(xué)問(wèn)題的能力稍弱。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展基于體驗(yàn)的小組合作學(xué)習(xí)，了解生成式人工智能的功能特點(diǎn)，掌握生成式人工智能大模型的一般用法。

活動(dòng)3：結(jié)合對(duì)訊飛星火的體驗(yàn)經(jīng)歷，小組合作解決問(wèn)題：如何讓生成式大模型的生成結(jié)果更符合你的要求和預(yù)期？每個(gè)小組至少總結(jié)三條技巧。

活動(dòng)小結(jié)：要讓生成結(jié)果更精準(zhǔn)地契合用戶(hù)要求，需要注意以下幾點(diǎn)：提示語(yǔ)要明確、具體、詳細(xì)，不能過(guò)于籠統(tǒng)、含糊；用“假如你是一名……”的提示語(yǔ)給大模型定義一個(gè)角色身份，提供明確的語(yǔ)境；若對(duì)生成結(jié)果不滿意，可以修改提示語(yǔ)重新提問(wèn)或?qū)Σ粷M意之處持續(xù)追問(wèn)；根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和待解決的問(wèn)題，選擇合適的“助手”“插件”；把生成結(jié)果導(dǎo)出到Word等編輯軟件中進(jìn)一步修改，或?qū)Χ鄠€(gè)生成結(jié)果進(jìn)行整合。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生反思回顧體驗(yàn)過(guò)程，增強(qiáng)歸納總結(jié)的意識(shí)和能力，實(shí)現(xiàn)從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)的躍升。

環(huán)節(jié)四：思辨生成式人工智能的發(fā)展——該加速還是剎車(chē)？

問(wèn)題情境：生成式人工智能的快速發(fā)展在造福人類(lèi)的同時(shí)，也帶來(lái)了新的社會(huì)問(wèn)題和安全隱患。人機(jī)真假難辨，虛假信息泛濫，利用AI視頻生成、AI換臉等新型人工智能的詐騙層出不窮，與人工智能相關(guān)的爭(zhēng)議和爭(zhēng)端日益增多。

活動(dòng)4：小組合作，討論以下問(wèn)題并展示小組觀點(diǎn)。問(wèn)題一：生成式人工智能是潘多拉的魔盒還是普羅米修斯的火種？你認(rèn)為生成式人工智能該加速發(fā)展還是需要踩剎車(chē)？問(wèn)題二：人工智能是否會(huì)產(chǎn)生自主意識(shí)并控制人類(lèi)？

活動(dòng)小結(jié)：生成式人工智能帶來(lái)了前所未有的信息安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)生成式人工智能工具的風(fēng)險(xiǎn)管理仍處于早期階段。如果習(xí)慣了向生成式人工智能提問(wèn)并接受它的答案，久而久之，人類(lèi)賴(lài)以發(fā)展的質(zhì)疑精神就會(huì)逐步退化。關(guān)于生成式人工智能該加速還是踩剎車(chē)的問(wèn)題，各方觀點(diǎn)不統(tǒng)一，見(jiàn)解見(jiàn)仁見(jiàn)智。對(duì)生成式人工智能監(jiān)測(cè)的結(jié)果顯示，風(fēng)險(xiǎn)目前是可控的，還未發(fā)現(xiàn)其有產(chǎn)生自我意識(shí)的跡象。但人類(lèi)現(xiàn)在還不知道意識(shí)是如何產(chǎn)生的，而且生成式人工智能的進(jìn)化和迭代是指數(shù)級(jí)的，目前無(wú)法斷然否定其產(chǎn)生自主意識(shí)的可能性。但有一點(diǎn)非常明確，人類(lèi)需要保持高度的警覺(jué)，加強(qiáng)對(duì)生成式人工智能的潛在風(fēng)險(xiǎn)的研判和防范。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生理性、冷靜地看待生成式人工智能，增強(qiáng)危機(jī)感和警惕性，形成對(duì)新型人工智能的理性認(rèn)識(shí)，自覺(jué)承擔(dān)智能社會(huì)責(zé)任。

環(huán)節(jié)五：課堂檢測(cè)和評(píng)價(jià)——你學(xué)有所獲嗎？

活動(dòng)5：生成式人工智能大模型的一般工作過(guò)程可以用循環(huán)結(jié)構(gòu)的流程圖表達(dá)（如右圖）。學(xué)生在線完成課堂檢測(cè)，將序號(hào)填到流程圖的合適位置。

活動(dòng)6：課堂評(píng)價(jià)。

學(xué)生自我評(píng)價(jià)：學(xué)生對(duì)照學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，并確定對(duì)未達(dá)成目標(biāo)的跟進(jìn)措施（如上表）。

教師評(píng)價(jià)：展示通過(guò)ClassDojo記錄的學(xué)生、學(xué)習(xí)小組積分，對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

環(huán)節(jié)六：課后拓展任務(wù)——參與大模型訓(xùn)練，推動(dòng)其進(jìn)化

學(xué)生完成以下任務(wù)，推動(dòng)大模型進(jìn)化。拓展一：創(chuàng)建一個(gè)個(gè)性化的友伴角色，對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，并分享給同學(xué)。拓展二：創(chuàng)建一個(gè)由自己的聲音生成的發(fā)音人，并將其設(shè)置為自己星火賬號(hào)的默認(rèn)發(fā)音人。

教學(xué)反思

本節(jié)課引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)新型的人工智能工具，形成對(duì)人工智能更直觀、更豐滿、更具體的認(rèn)知；引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)歸納，鍛煉從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)再?gòu)恼J(rèn)識(shí)到實(shí)踐的能力，同時(shí)，本節(jié)課還有意識(shí)地采用分組學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的溝通和合作能力，采用多種形式的課堂評(píng)價(jià)，注重對(duì)目標(biāo)達(dá)成度的檢驗(yàn)，并啟發(fā)學(xué)生思考生成式人工智能的未來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的判斷精神，形成正確的人工智能發(fā)展觀和倫理觀。

參考文獻(xiàn)：

丁磊.生成式人工智能[M].北京：中信出版集團(tuán)，2023：5-43.