生成式人工智能助力課堂教學(xué)

【摘" 要】生成式人工智能的快速發(fā)展正逐步影響當(dāng)前教育教學(xué)過程，其在課堂教學(xué)中的正確合理應(yīng)用尤為重要。課前，它有助于高效處理教育數(shù)據(jù)，輔助教師分析學(xué)情，優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)，生成高質(zhì)量教學(xué)方案和資源；課中，它有助于引領(lǐng)學(xué)生深入探究，為學(xué)生提供專業(yè)的個(gè)性化指導(dǎo)以及情感支持；課后，它有助于開展過程性評價(jià)，為學(xué)生定制個(gè)性化作業(yè)與豐富的拓展資源，助力教師反思教學(xué)與改進(jìn)教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】生成式人工智能；大模型；課堂教學(xué)

生成式人工智能基于預(yù)訓(xùn)練大模型等技術(shù)生成多模態(tài)內(nèi)容，通過超大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型從海量數(shù)據(jù)中提取隱含特征和規(guī)律，具有強(qiáng)大的啟發(fā)性內(nèi)容生成、對話情境理解、序列任務(wù)執(zhí)行等能力。[1]具體來說，它可以基于給定的主題，生成具有啟發(fā)性和創(chuàng)意性的多模態(tài)內(nèi)容；也可以在多輪對話中識別和理解人類非結(jié)構(gòu)化語言中的語義信息與情境信息，進(jìn)而生成連貫性回復(fù)，為用戶提供良好的交互體驗(yàn)；還可以利用自身的邏輯推理能力，理解用戶指令的關(guān)聯(lián)信息，并拆解信息，進(jìn)而完成多步驟復(fù)雜任務(wù)。

在教育領(lǐng)域，我們可以利用教育場景數(shù)據(jù)，訓(xùn)練用于解決教育任務(wù)的專用大模型；基于通用大模型，通過微調(diào)訓(xùn)練使其獲得教育專業(yè)服務(wù)能力；通過引入外部知識庫和提示工程，讓通用大模型學(xué)習(xí)教育領(lǐng)域的重要情景信息及服務(wù)邏輯。[2]在一線教學(xué)中，教師可以根據(jù)教育場景和實(shí)際需求使用生成式人工智能，讓其在課前、課中、課后三個(gè)教學(xué)場景中輔助教師完成不同任務(wù)。

一、課前：精準(zhǔn)規(guī)劃與資源優(yōu)化

1.教學(xué)目標(biāo)生成與優(yōu)化

生成式人工智能能夠快速處理大量教育數(shù)據(jù)，教師只要提供學(xué)生課前測試數(shù)據(jù)，或用自然語言陳述班級學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)情況，生成式人工智能就能分析學(xué)生的知識掌握情況與能力層級分布。據(jù)此，教師就能不再僅憑直覺和經(jīng)驗(yàn)設(shè)定教學(xué)目標(biāo)，而是借助大數(shù)據(jù)生成與學(xué)生實(shí)際需求相匹配的教學(xué)目標(biāo)，有效避免教學(xué)內(nèi)容難度設(shè)置不當(dāng)?shù)膯栴}。

以初中信息科技課程“互聯(lián)網(wǎng)的誕生與演化”為例。在課前，教師可以收集學(xué)生作業(yè)完成情況、課堂表現(xiàn)數(shù)據(jù)，以及關(guān)于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識的小測驗(yàn)成績等信息。例如：在之前的打字練習(xí)中，約50%的學(xué)生能達(dá)到每分鐘30字以上的速度，并且準(zhǔn)確率在80%以上；在文檔格式排版中，約20%的學(xué)生能完全按照要求規(guī)范排版；在介紹計(jì)算機(jī)基本組成的課堂上，約40%的學(xué)生能主動(dòng)回答問題且答案較為準(zhǔn)確，其余學(xué)生很少主動(dòng)回應(yīng)；本班互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識小測驗(yàn)平均成績?yōu)?0分，約60%的學(xué)生能夠描述互聯(lián)網(wǎng)的基本概念，約20%的學(xué)生知道互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的重大事件，而關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基礎(chǔ)概念的題目錯(cuò)誤率達(dá)到90%。生成式人工智能搜集上述資料，據(jù)此分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況：“本班學(xué)生在信息技術(shù)基礎(chǔ)操作和知識掌握上有一定基礎(chǔ)，部分學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)的基本概念有一定了解，但在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程的時(shí)間線梳理和關(guān)鍵技術(shù)理解上存在不足。部分學(xué)生對抽象的技術(shù)原理理解較為困難，整體學(xué)習(xí)能力和興趣存在差異。”基于此，教師可將教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：“學(xué)生能夠清晰闡述互聯(lián)網(wǎng)誕生的背景與關(guān)鍵事件，準(zhǔn)確描述互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中的主要階段及其技術(shù)特征。”

2.教學(xué)設(shè)計(jì)生成與優(yōu)化

設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，教師只需明確教學(xué)設(shè)計(jì)需求，輸入課程主題、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重難點(diǎn)等基本要素，生成式人工智能就能快速產(chǎn)出層次分明的教學(xué)設(shè)計(jì)提綱，教師可在此基礎(chǔ)上調(diào)整、完善教學(xué)設(shè)計(jì)。教師也可以輸入已有教學(xué)方案，并結(jié)合自己的想法與現(xiàn)實(shí)資源，利用生成式人工智能修改和優(yōu)化教學(xué)方法、教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)組織形式等，如融合前沿教學(xué)理念、巧妙穿插啟發(fā)式提問、規(guī)劃小組協(xié)作環(huán)節(jié)等。生成式人工智能擁有豐富的知識儲備與案例庫，無論是在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方面，還是在跨學(xué)科融合方面，都能提供具體方案，助力教師構(gòu)思新穎又契合教學(xué)目標(biāo)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

同樣以“互聯(lián)網(wǎng)的誕生與演化”為例。在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教師可以要求生成式人工智能提供關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)的起源、關(guān)鍵發(fā)展節(jié)點(diǎn)、技術(shù)演進(jìn)等方面的教學(xué)素材。在此基礎(chǔ)上，生成式人工智能可以實(shí)時(shí)生成教學(xué)設(shè)計(jì)提綱，包括但不限于導(dǎo)入、知識講解、小組活動(dòng)等，并提供切合教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)活動(dòng)及方案。教師可以在此基礎(chǔ)上通過不斷向生成式人工智能提出自己的想法，修改教學(xué)方案，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。

3.教學(xué)資源生成與優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)上有豐富的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，但其整合、篩選極為繁瑣，自制資源更是對教師專業(yè)技能、時(shí)間、精力的考驗(yàn)。生成式人工智能可以轉(zhuǎn)變現(xiàn)有人工制作教育資源的模式，從分發(fā)預(yù)制的學(xué)習(xí)資源轉(zhuǎn)變?yōu)閰R聚、加工、生成個(gè)性化資源，并且資源可以涵蓋文字素材、圖片素材、趣味動(dòng)畫、模擬實(shí)驗(yàn)視頻等模態(tài)。教師可以著力挖掘?qū)W生興趣點(diǎn)，利用生成式人工智能將其與教學(xué)資源巧妙融合。例如，教師可以要求生成式人工智能整合、篩選關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)誕生與演化的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，如互聯(lián)網(wǎng)先驅(qū)者的傳記等文字素材、各個(gè)時(shí)期的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和協(xié)議的圖片素材等。為提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教師還可以利用生成式人工智能，結(jié)合流行的電影、電視節(jié)目，設(shè)計(jì)課堂導(dǎo)入的文字和圖片素材，展示未來網(wǎng)絡(luò)可能帶來的奇幻場景等。此外，生成式人工智能還可生成模擬互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸過程的互動(dòng)小程序，幫助學(xué)生直觀理解技術(shù)原理。

二、課中：人機(jī)交互與個(gè)性化指導(dǎo)

1.通過生成式人工智能開展探究性學(xué)習(xí)

在課堂教學(xué)中，傳統(tǒng)的知識傳授方式往往難以充分激發(fā)學(xué)生的自主探究精神。教師可以引導(dǎo)學(xué)生借助生成式人工智能針對課程主題從不同角度提出各種富有挑戰(zhàn)性的問題。例如，在講解互聯(lián)網(wǎng)誕生的基本背景后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生向生成式人工智能提問，如“除了軍事需求，還有哪些因素可能促使互聯(lián)網(wǎng)誕生”，生成式人工智能能夠迅速提供多維度資料，如經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、科研合作趨勢等因素對互聯(lián)網(wǎng)誕生的影響，以及各國在早期互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的不同技術(shù)路線和具體案例。學(xué)生可以通過分析比較這些資料，深入探究互聯(lián)網(wǎng)誕生的多元背景，培養(yǎng)批判性思維和自主探究能力。

2.通過生成式人工智能獲得個(gè)性化指導(dǎo)

無論是在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、基于問題的學(xué)習(xí)等開放性較強(qiáng)的課堂上，還是在課后自主學(xué)習(xí)的過程中，教師對學(xué)生提出的個(gè)性化問題都難以做到一對一、即時(shí)且精準(zhǔn)的回答，生成式人工智能則能承擔(dān)個(gè)性化答疑和指導(dǎo)工作。當(dāng)學(xué)生遇到困惑，無論是數(shù)學(xué)題的解題思路，還是語文課文中晦澀語句的理解，生成式人工智能都能根據(jù)學(xué)生的知識水平和理解能力，提供難易不同、側(cè)重點(diǎn)不同的個(gè)性化答疑指導(dǎo)。例如，在自主學(xué)習(xí)和小組討論過程中，學(xué)生可能遇到諸多問題，如對TCP/IP協(xié)議結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理理解困難等，生成式人工智能能用簡單易懂的語言解釋，甚至可以為學(xué)生提供實(shí)踐機(jī)會(huì)，通過文本命令式操作和圖形化界面方式幫助學(xué)生理解。

3.利用生成式人工智能提供情感支持

當(dāng)前各學(xué)段學(xué)生常因在學(xué)習(xí)中遇到困難或競爭壓力感到焦慮，生成式人工智能可以為學(xué)生減壓提供情感支持。我們可以通過提示等方式對大模型進(jìn)行調(diào)優(yōu)，輸入標(biāo)注后的文本情緒數(shù)據(jù)或示例讓大模型學(xué)習(xí)，使其更加敏銳地感知學(xué)生的情緒變化，并進(jìn)行相應(yīng)的干預(yù)。[3]例如，生成式人工智能感知到學(xué)生對復(fù)雜的技術(shù)概念和歷史事件感到困惑與焦慮時(shí)，可以發(fā)送鼓勵(lì)話語或聊天互動(dòng)，幫助學(xué)生穩(wěn)定情緒，逐步增強(qiáng)學(xué)習(xí)信心；如果學(xué)生表現(xiàn)優(yōu)異，生成式人工智能可以持續(xù)給予積極反饋和鼓勵(lì)，增強(qiáng)學(xué)生的自我效能感與內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

三、課后：個(gè)性化反饋與拓展提升

1.開展智能化過程性評價(jià)

傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)評價(jià)往往只關(guān)注結(jié)果性評價(jià)，難以全面、精準(zhǔn)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。生成式人工智能在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的同時(shí)，可以收集學(xué)生的各種過程性交互與表現(xiàn)數(shù)據(jù)，包括參與討論的活躍度、探究問題的深度、自主思考的程度等。教師可以利用教學(xué)智能體等，根據(jù)不同課程的需求分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中展現(xiàn)的不同層面的基本學(xué)情和能力素養(yǎng)等。同時(shí)，生成式人工智能在多學(xué)科作業(yè)批改方面的功能日趨成熟，它可以在自動(dòng)評分的基礎(chǔ)上，分析學(xué)生錯(cuò)誤答案和原因，提供個(gè)性化解題思路等輔導(dǎo)。例如，針對“簡述互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中某個(gè)關(guān)鍵技術(shù)突破的過程和影響”題目，生成式人工智能不僅能評估每名學(xué)生作答的完整性和準(zhǔn)確性，還能分析其錯(cuò)誤原因，如概念混淆、時(shí)間線錯(cuò)誤等，并為不同學(xué)生提供正確的答題思路。

2.生成個(gè)性化作業(yè)與拓展性學(xué)習(xí)資源

生成式人工智能可以根據(jù)教師反饋的學(xué)情以及學(xué)生與生成式人工智能的交互情況，為學(xué)生量身定制個(gè)性化作業(yè)。對基礎(chǔ)知識薄弱的學(xué)生，生成式人工智能會(huì)生成鞏固基礎(chǔ)知識的練習(xí)題；對學(xué)有余力的學(xué)生，生成式人工智能則提供具有挑戰(zhàn)性的拓展作業(yè)。除了個(gè)性化作業(yè)，生成式人工智能能生成豐富多樣的拓展性學(xué)習(xí)資源，以滿足學(xué)生不同的學(xué)習(xí)需求，讓他們在課后繼續(xù)深入學(xué)習(xí)。例如，生成式人工智能可以為基礎(chǔ)知識薄弱的學(xué)生布置“制作互聯(lián)網(wǎng)誕生關(guān)鍵事件的思維導(dǎo)圖并標(biāo)注事件意義”等基礎(chǔ)性作業(yè)；為學(xué)有余力的學(xué)生提供“研究本地互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)發(fā)展歷程并撰寫報(bào)告”等拓展性作業(yè)。同時(shí)，生成式人工智能可以為學(xué)生檢索、生成相關(guān)拓展閱讀材料，如互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)分析報(bào)告、技術(shù)專家訪談錄等。

3.與生成式人工智能交互開展教學(xué)反思與研究

教學(xué)反思是教師專業(yè)成長的重要途徑，教師可以與生成式人工智能交流課堂教學(xué)中的各種問題和困惑，生成式人工智能可以基于優(yōu)秀教學(xué)案例和課程教學(xué)理論為教師提供專業(yè)的建議。同時(shí)，生成式人工智能能幫助教師收集和整理相關(guān)的教育研究資料，協(xié)助教師開展教學(xué)研究，為教師的專業(yè)發(fā)展提供有力支持，促進(jìn)其教學(xué)水平提升。例如，教師可以與生成式人工智能交流“小組活動(dòng)中部分學(xué)生參與度不高的原因是什么”，也可以利用生成式人工智能收集相關(guān)教研資料，如“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在信息技術(shù)歷史相關(guān)內(nèi)容教學(xué)中的應(yīng)用方式”等。

生成式人工智能在課堂教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)均已展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。隨著教育大模型技術(shù)的不斷進(jìn)步和優(yōu)化，它有望進(jìn)一步增強(qiáng)對教育場景的理解和適配能力，為教師和學(xué)生帶來更加智能化、高效的服務(wù)體驗(yàn)。不過，在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型推進(jìn)過程中，教育管理部門必須高度重視數(shù)據(jù)隱私保護(hù)、技術(shù)濫用及倫理安全等方面的問題，確保生成式人工智能在教育領(lǐng)域的健康發(fā)展與有序推進(jìn)，使之成為推動(dòng)教育現(xiàn)代化的重要?jiǎng)恿Γ瑸榕嘤衔磥砩鐣?huì)需求的創(chuàng)新型人才提供堅(jiān)實(shí)的支撐。

參考文獻(xiàn)

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[2]盧宇，余京蕾，陳鵬鶴等.多模態(tài)大模型的教育應(yīng)用研究與展望[J].電化教育研究，2023，44（06）：38-44.DOI：10.13811/j.cnki.eer.2023.06.005.

[3]劉邦奇，聶小林，王士進(jìn)等.生成式人工智能與未來教育形態(tài)重塑：技術(shù)框架、能力特征及應(yīng)用趨勢[J].電化教育研究，2024，45（01）：13-20.DOI：10.13811/j.cnki.eer.2024.01.002.

（作者單位：北京師范大學(xué)教育學(xué)部）

文字編輯" 羅義安