AIGC賦能中小學(xué)信息科技教學(xué)策略研究

摘要：本文探討了生成式人工智能（AIGC）技術(shù)在中小學(xué)信息科技教學(xué)中的應(yīng)用，重點(diǎn)分析了在ADDIE模型五個(gè)階段的具體策略和相關(guān)工具，提出了工具整合與優(yōu)化、長效機(jī)制研究、個(gè)性化教學(xué)和跨學(xué)科應(yīng)用等未來研究方向。

關(guān)鍵詞：生成式人工智能；中小學(xué)信息科技；教學(xué)策略；ADDIE教學(xué)設(shè)計(jì)模型

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）24-0094-04

引言

隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，人工智能生成內(nèi)容（Artificial Intelligence Generated Content，AIGC）在教育領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。AIGC是指利用人工智能技術(shù)，通過算法和模型自動(dòng)生成文本、圖像、音樂、視頻等內(nèi)容的技術(shù)。[1]AIGC技術(shù)的發(fā)展以開啟教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新多模態(tài)學(xué)習(xí)體驗(yàn)以及賦能人機(jī)協(xié)同的新智慧為教育領(lǐng)域帶來了新的變革機(jī)遇。[2]AIGC不僅可以輔助教師進(jìn)行教學(xué)資源的準(zhǔn)備，還能夠在課堂上提供個(gè)性化的互動(dòng)反饋，并在課后自動(dòng)批改作業(yè)、分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，從而大幅提升教學(xué)效率和教學(xué)效果。特別是在中小學(xué)信息科技教學(xué)中，AIGC的應(yīng)用PClwHAaqq7Y7pLyGZvaKdOEtYF7pKkdLfYL3kHg23S8=為教師提供了更加多樣化和智能化的教學(xué)手段，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和信息素養(yǎng)。本文旨在探討生成式人工智能（AIGC）技術(shù)在中小學(xué)信息科技教學(xué)中的應(yīng)用，并總結(jié)了AIGC技術(shù)在ADDIE教學(xué)模型五個(gè)階段（分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)施、評(píng)估）中的具體應(yīng)用策略。

時(shí)代背景

1.人工智能時(shí)代的到來

人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展及廣泛應(yīng)用不僅推動(dòng)了教育技術(shù)的發(fā)展，還對(duì)公民素質(zhì)特別是在編程能力、計(jì)算思維以及智能化社會(huì)的深度認(rèn)知等方面提出了更高的要求。[3]

2.智能化社會(huì)對(duì)教育改革的要求

人工智能等新一代信息技術(shù)是實(shí)現(xiàn)教育生態(tài)重塑的有效手段，也是實(shí)現(xiàn)全球教育改革與發(fā)展共同目標(biāo)、保障教育均衡和質(zhì)量的最有效工具。[4]教育改革的重點(diǎn)不僅在于教學(xué)內(nèi)容和方式的創(chuàng)新，還涉及教育理念與培養(yǎng)目標(biāo)的深層次變革，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力和終身學(xué)習(xí)能力的日益增長的需求。

3.中小學(xué)教育的重大變化和轉(zhuǎn)型

隨著智能時(shí)代的到來，人工智能在多個(gè)領(lǐng)域日益發(fā)揮其重要的應(yīng)用價(jià)值，我國也積極倡導(dǎo)和支持開展多層次的人工智能教育。[5]在此背景下，以教師為中心的講授式教學(xué)模式正在向以學(xué)生為中心的個(gè)性化、互動(dòng)式和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變。教育的目標(biāo)也逐漸從單純的知識(shí)傳授，轉(zhuǎn)向包括創(chuàng)新能力、批判性思維、合作能力和信息素養(yǎng)等在內(nèi)的綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，以滿足未來社會(huì)對(duì)多樣化人才的需求。

4.當(dāng)前人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變與核心素養(yǎng)的要求

當(dāng)前的人才培養(yǎng)模式正在從應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，更加注重學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，以及信息社會(huì)責(zé)任。教育改革的目標(biāo)是通過多樣化的教學(xué)方法和評(píng)價(jià)體系，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，使其能夠適應(yīng)未來社會(huì)的快速變化和發(fā)展。

教師面臨的挑戰(zhàn)

1.優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源獲取困難

在分析環(huán)節(jié)中，教師需要搜集大量優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。但當(dāng)前所面臨的現(xiàn)狀是，教學(xué)資源來源廣泛，質(zhì)量參差不齊，缺乏一定的權(quán)威性和前沿性。這就要求教師要投入大量時(shí)間進(jìn)行資源搜集，并進(jìn)一步甄別其在教學(xué)實(shí)踐中的適用性，從而提煉資源中的精髓，實(shí)現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新。這種現(xiàn)狀加大了教師高效、精確獲取與教學(xué)主題緊密契合的教學(xué)資源的難度，進(jìn)而對(duì)教師的備課效率造成了不利影響。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)流程復(fù)雜且冗長

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，教師需要投入大量時(shí)間與精力進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與教案撰寫。這一過程涵蓋了教材分析、教學(xué)內(nèi)容分析、學(xué)生學(xué)情分析、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、教學(xué)策略設(shè)計(jì)及教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)等多個(gè)核心步驟。教師需深入研讀課程標(biāo)準(zhǔn)與教材，精心挑選并設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)對(duì)學(xué)生現(xiàn)有的學(xué)習(xí)水平及期望達(dá)到的目標(biāo)水平進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋容^與分析，從而明確教學(xué)目標(biāo)與策略，并據(jù)此構(gòu)建出合理的教學(xué)環(huán)節(jié)與活動(dòng)。然而，這種對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的高度投入，也可能在一定程度上影響教師完成其他教學(xué)任務(wù)的能力與效率。

3.多媒體資源開發(fā)過程煩瑣

在開發(fā)過程中，中小學(xué)信息科技課程的教學(xué)常常依托于微課程、動(dòng)畫以及演示文稿等多媒體教學(xué)資源，而這些資源的構(gòu)思與制作對(duì)教師的專業(yè)制作技能及技術(shù)支持提出了較高的要求，教師通常需要投入大量的時(shí)間和精力，以確保能夠高效地設(shè)計(jì)和制作出高質(zhì)量的多媒體教學(xué)資源。

4.智能化教學(xué)活動(dòng)的組織與實(shí)施成本高

在教學(xué)過程中，智能化教學(xué)活動(dòng)的組織和實(shí)施過程復(fù)雜且成本高。在教學(xué)中，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、編程教學(xué)與算法優(yōu)化、個(gè)性化學(xué)習(xí)與資源推薦、資源檢索及小組研討等教學(xué)活動(dòng)可以顯著提升學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)效果，但其對(duì)硬件設(shè)備的要求高，教師在缺乏有效工具和方法的情況下，仍然需要依賴傳統(tǒng)的講授式教學(xué)，而難以成功實(shí)施智能化教學(xué)活動(dòng)，無法充分發(fā)揮智能化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。

5.缺乏系統(tǒng)的教學(xué)評(píng)估機(jī)制和有效的評(píng)價(jià)工具

在評(píng)估階段，教師在搜集學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)、建立評(píng)估體系以及運(yùn)用評(píng)價(jià)工具方面存在不足。有效的教學(xué)評(píng)估對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要，但現(xiàn)行的教學(xué)評(píng)估體系缺乏必要的系統(tǒng)性和科學(xué)性，難以全面分析學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，難以提供有力的數(shù)據(jù)支持來促進(jìn)教學(xué)的改進(jìn)，這就導(dǎo)致教學(xué)評(píng)估常常僅停留于表面形式。

AIGC賦能中小學(xué)信息科技教學(xué)策略

ADDIE（Analysis，Design，Development，Implementation，Evaluation）教學(xué)設(shè)計(jì)模型是現(xiàn)階段教育領(lǐng)域的通用模型，涵蓋了系統(tǒng)化教學(xué)設(shè)計(jì)中的分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)施、評(píng)價(jià)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。[6]本部分將圍繞前文提到的具體問題，探討AIGC技術(shù)如何在這些環(huán)節(jié)中提供創(chuàng)新的解決方案，并通過具體的工具和案例展示其實(shí)際應(yīng)用和效果。

1.利用AIGC技術(shù)快速獲取高質(zhì)量教學(xué)資源

在分析階段，教師需要首先明確教學(xué)目標(biāo)，深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并系統(tǒng)收集相關(guān)的教學(xué)資料和數(shù)據(jù)。這一過程為后續(xù)的教學(xué)設(shè)計(jì)、資源開發(fā)和實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。通過全面的教學(xué)需求分析，教師能夠制訂更加有針對(duì)性的教學(xué)計(jì)劃，從而有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

在這一環(huán)節(jié)，教師可利用AI搜索工具迅速識(shí)別并解析用戶的具體需求，從龐大的信息資源中篩選出最相關(guān)且有價(jià)值的內(nèi)容，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的歸納和整理，為教師提供高效的教學(xué)支持。例如，當(dāng)教師在秘塔AI搜索工具中搜索“初中物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索項(xiàng)目案例”時(shí)，秘塔AI能夠執(zhí)行全面的網(wǎng)絡(luò)檢索，迅速定位到與該課題相關(guān)的教學(xué)資源與案例，其中涵蓋了教學(xué)實(shí)踐、活動(dòng)案例、涉及的技術(shù)與工具，教研活動(dòng)案例、教育資源與平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以及其他相關(guān)的教學(xué)資料。借助秘塔AI的輔助，教師能夠迅速搜集到高質(zhì)量的資料，為教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，秘塔AI還能夠?qū)z索到的資料進(jìn)行歸納總結(jié)，協(xié)助教師更深入地理解和應(yīng)用相關(guān)教學(xué)資源。這不僅節(jié)約了教師大量的時(shí)間和精力，還確保了所搜集資料的高質(zhì)量和權(quán)威性。

2.利用AIGC技術(shù)自動(dòng)生成教學(xué)設(shè)計(jì)方案

在教學(xué)設(shè)計(jì)階段，教師需制訂詳盡的教學(xué)計(jì)劃，設(shè)計(jì)教案并制作教學(xué)課件。教師需要確保教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)清晰，教學(xué)目標(biāo)明確，從而更有效地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。教師可以使用AIGC技術(shù)進(jìn)行課程內(nèi)容的優(yōu)化和調(diào)整，確保教學(xué)內(nèi)容的時(shí)效性和相關(guān)性。[7]

在本環(huán)節(jié)中，推薦匠邦A(yù)I平臺(tái)。該平臺(tái)提供了教案和課件功能模塊，能夠協(xié)助教師高效完成備課工作，生成教案和PPT展示課件。例如，教師可利用匠邦A(yù)I輸入“物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)”的信息科技課程主題和其教學(xué)目標(biāo)，平臺(tái)將依據(jù)這些信息自動(dòng)生成詳盡的教案和課件，內(nèi)容涵蓋物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、實(shí)踐操作和學(xué)生互動(dòng)任務(wù)和評(píng)估方法。教師借助AIGC技術(shù)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，這樣不僅節(jié)省了教師的備課時(shí)間，還保證了教案和課件的高質(zhì)量和專業(yè)性。

3.利用AIGC技術(shù)高效制作多媒體教學(xué)資源

在開發(fā)階段，教師需要制作教學(xué)資源和多媒體材料，以提升課堂教學(xué)的吸引力和互動(dòng)效果。優(yōu)質(zhì)的多媒體資源能夠幫助學(xué)生更深入地理解和掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而提高整體的學(xué)習(xí)成效。AIGC技術(shù)在此過程中為教師提供了強(qiáng)有力的支持，提升了教師的備課效率。

在本環(huán)節(jié)中，推薦Kimi與剪映兩個(gè)工具結(jié)合使用，為多媒體資源制作提供便捷的解決方案。Kimi具備強(qiáng)大的文案撰寫功能，幫助教師快速生成符合教學(xué)需求的文案內(nèi)容；剪映則利用其AI視頻生成技術(shù)，一鍵生成與文案內(nèi)容匹配的視頻。如果需要個(gè)性化調(diào)整，剪映還支持智能編輯，并提供生成AI數(shù)字人視頻的功能，為教學(xué)內(nèi)容增添互動(dòng)性和創(chuàng)意。例如，在制作“AI人臉識(shí)別”教學(xué)視頻時(shí)，教師可以首先利用Kimi撰寫文案，然后使用剪映的功能快速生成視頻內(nèi)容。通過Kimi與剪映的協(xié)同工作，教師可以更高效地完成視頻資源的制作，最終提升課堂教學(xué)效率。

4.利用AIGC技術(shù)輔助智能化教學(xué)活動(dòng)

在課堂實(shí)施階段，教師需要確保教學(xué)內(nèi)容的有效傳遞，并通過互動(dòng)教學(xué)提升學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)效果。研究表明，在教育領(lǐng)域，生成式人工智能為學(xué)生提供充分發(fā)揮自身主體性的機(jī)會(huì)，能夠成為學(xué)生重要的學(xué)習(xí)伙伴與得力助手，促進(jìn)對(duì)學(xué)生發(fā)散性思維、創(chuàng)造性思維、批判性思維的培養(yǎng)，為學(xué)生思維發(fā)展提供了廣闊而全面的未來。[8]

在本階段可使用文心一言等生成式人工智能平臺(tái)。此類平臺(tái)為教師提供了高度定制化的支持，特別適用于信息科技課堂的技術(shù)指導(dǎo)。文心一言的優(yōu)勢(shì)在于其基于深度學(xué)習(xí)的算法能夠即時(shí)提供技術(shù)建議，提升學(xué)生的實(shí)踐技能和問題解決能力。例如，在“3D打印草圖編輯工具應(yīng)用”課程中，教師可以利用文心一言規(guī)劃并執(zhí)行3D打印相關(guān)的課堂實(shí)踐活動(dòng)，如布置“設(shè)計(jì)并打印智能家居設(shè)備外殼”的任務(wù)。在此過程中，文心一言提供全方位的技術(shù)支持，包括草圖編輯、參數(shù)配置及打印調(diào)試，確保學(xué)生順利完成項(xiàng)目，并掌握如何將3D打印技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際問題的解決。這種教學(xué)策略不僅提高了課堂教學(xué)效率，還增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐操作和技術(shù)應(yīng)用能力。

5.利用AIGC技術(shù)進(jìn)行智能測評(píng)與教學(xué)反思

在課后教學(xué)階段，教學(xué)反思與評(píng)估是確保教學(xué)質(zhì)量提升的重要環(huán)節(jié)。AIGC技術(shù)不僅能夠輔助教師設(shè)計(jì)評(píng)估工具，還可以自動(dòng)生成測試題和反饋報(bào)告，更準(zhǔn)確地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和理解程度，并提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)建議。[9]

在課后評(píng)估階段，建議采用具有高計(jì)算能力的生成式人工智能平臺(tái)，如ChatGPT-4O，以協(xié)助教師進(jìn)行教學(xué)反思與評(píng)估。ChatGPT-4O能夠基于教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生表現(xiàn)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)維度及量表，通過分析課堂記錄與學(xué)生反饋數(shù)據(jù)，提供詳盡的教學(xué)數(shù)據(jù)分析和個(gè)性化的改進(jìn)建議。例如，在“Python編程基礎(chǔ)”課程結(jié)束后，教師可以將課堂記錄和學(xué)生反饋數(shù)據(jù)輸入ChatGPT-4O平臺(tái)，系統(tǒng)將自動(dòng)處理這些信息并生成詳細(xì)的教學(xué)評(píng)估報(bào)告。該報(bào)告不僅能對(duì)整體教學(xué)效果進(jìn)行全面評(píng)估，還能深入分析每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)劣之處，并提出具體的改進(jìn)建議。這種基于AIGC技術(shù)的評(píng)估方法，使教師能夠更加高效地進(jìn)行課后反思與評(píng)估，提升教學(xué)水平，同時(shí)也顯著改善了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

小結(jié)

AIGC技術(shù)在教育領(lǐng)域仍有許多值得深入挖掘與探索的廣闊空間。面向未來，研究可聚焦于以下幾個(gè)核心方向：首先，工具整合與優(yōu)化，即探索如何高效整合多樣化的AIGC工具，以構(gòu)建一套系統(tǒng)化、集成化的教學(xué)解決方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)流程的不斷優(yōu)化；其次，長效機(jī)制研究，旨在深入剖析AIGC技術(shù)在長期教學(xué)實(shí)踐中的效果表現(xiàn)與可持續(xù)性，并科學(xué)評(píng)估其對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的深遠(yuǎn)影響；最后，跨學(xué)科應(yīng)用拓展，即將AIGC技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)展至更多學(xué)科領(lǐng)域，全面考察其在不同教學(xué)場景下的適應(yīng)性與實(shí)施效果。

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作者簡介：洪世華（2000—），佛山大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)專業(yè)碩士研究生，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教育。

基金項(xiàng)目：佛山市2024年度社科規(guī)劃共建項(xiàng)目“佛山市義務(wù)教育教師數(shù)字勝任力測評(píng)研究”。