利用生成式人工智能重構(gòu)課堂促進學生深度學習的實證研究

所謂生成式人工智能，是指從算法、模型和規(guī)則中生成文本、圖片、聲音、視頻、代碼等內(nèi)容的一種人工智能技術(shù)，是人工智能領(lǐng)域中指向內(nèi)容創(chuàng)造的一個分支。它既能處理被輸入其中的數(shù)據(jù)，也能通過對事物內(nèi)在規(guī)律的學習和模仿來生成新內(nèi)容。所以，生成式人工智能在課堂教學中的應用，能賦予或提升教育的\"生成性”。

一、生成式人工智能應用于課堂教學的價值

（一）能全面跟蹤學生的學習情況

完整的教學活動一般都包含教、學、評三個方面的內(nèi)容，其中教師的教和學生的學是同步的，評既游離于教、學外，又被包含進了教、學中。尤其是在當下這個追求學生個性成長和全面發(fā)展的教育新時代。合理的評能為教師的教學提供有價值的參考，也能為學生的學提供有意義的引導。所以，對學生學習過程的跟蹤和學習情況的評估就成了影響教學質(zhì)量和效果的關(guān)鍵性因素，而生成式人工智能對學生學習規(guī)律的學習與模仿起到的就是這樣的作用，表現(xiàn)為能全面跟蹤學生的學習情況。

（二）能輔助教師調(diào)整教學的定位

信息技術(shù)是社會發(fā)展的產(chǎn)物，也是推動社會發(fā)展的能量，二者之間存在著一種相互關(guān)系，對應到教育領(lǐng)域，生成式人工智能與教師教學之間也存在著一種復雜的二元關(guān)系。一方面，教師可以用生成式人工智能工具來開展高效的教學；另一方面，教師可以將生成式人工智能看作一種特殊的教學內(nèi)容。而在課堂教學的實踐中，生成式人工智能在教學應用上的可行性就表現(xiàn)為了能通過向教師提供的資源支持和技術(shù)支持來優(yōu)化教學，尤其是對教師個人及教學本身的定位調(diào)整。

（三）能促進學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

高中信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)主要包括四個部分，分別是信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任。在當前信息化時代的發(fā)展過程中，教育領(lǐng)域順應相應的改革發(fā)展，以培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)為教學重心，旨在促進學生明確學科知識的教育價值，加強學生綜合思維的發(fā)展。因此，生成式人工智能的應用能夠引導學生有效運用數(shù)字工具和資源探究信息技術(shù)學科知識，幫助學生掌握數(shù)字工具的使用技能，從而提高學生的信息技術(shù)學習成效，為培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識的形成做好相應的鋪墊。同時，教師能夠更好地借助生成式人工智能開拓學生的信息技術(shù)思維，培養(yǎng)學生“數(shù)字化學習和創(chuàng)新”方面的信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)。

二、利用生成式人工智能促進學生深度學習高中信息技術(shù)的路徑

生成式人工智能的教學應用具備全面性，適用于各個學科。只要教師明確自己的教學目的和教學需要，合理應用生成式人工智能就能對課程知識教學產(chǎn)生積極的推動作用。但在高中階段所有的課程中，與生成式人工智能聯(lián)系最密切、對生成式人工智能的應用最全面的課程還是信息技術(shù)，信息技術(shù)教師對生成式人工智能教學的科學應用就能更好地推進學生對信息技術(shù)的深度學習，也能憑借學生的深度學習為其建立對信息技術(shù)的準確認識和完整認知。教師須立足核心與根本，多角度推進生成式人工智能與課堂教學活動的融合，借助生成式人工智能引導學生的查詢式互動式、探究式和建構(gòu)式自主求學

（一）借生成式人工智能引導查詢式自主求學

信息技術(shù)課程是一門從教授學生信息技術(shù)基礎(chǔ)知識和技能出發(fā)，以提升學生信息素養(yǎng)為目的的課程。在當下這個社會高度信息化、數(shù)字化和智能化的時代，開展信息技術(shù)教學在提升學生社會適應能力方面的功能性與價值性已經(jīng)充分體現(xiàn)了出來，而在面對復雜、多樣的信息技術(shù)知識和技能時，教師就可以借助生成式人工智能引導學生進行查詢式自主求學。

以教科版高中信息技術(shù)必修一“數(shù)據(jù)與計算\"中第三單元第一節(jié)“數(shù)據(jù)編碼\"的教學為例，數(shù)據(jù)編碼是指在預先制定好的規(guī)則內(nèi)，用文字、數(shù)字或其他對象來將一種格式的信息轉(zhuǎn)換為另一種格式的信息，以便于在計算機中儲存。而對學生來說，理解數(shù)據(jù)編碼這一概念本身并不難，記憶不同類型編碼的特征及其中每一個字節(jié)或字節(jié)組的指代極其困難，所以即使學生能夠理解數(shù)據(jù)編碼的特點與意義，也會因為對編碼具體構(gòu)成的認識不夠全面而很難完成一次對數(shù)據(jù)編碼的嘗試。在這種情況下，教師就可以利用生成式人工智能來引導學生對相關(guān)知識、問題的理解與記憶，這時候生成式人工智能主要發(fā)揮的就是“詞典\"的作用，像是語言學科中的詞典一樣，學生在遇到任何無法理解的概念時，都可以在詞典中尋找解釋，相對于普通詞典，生成式人工智能這本詞典的內(nèi)容更全、查詢方式更簡便，還能直接回答學生提出的問題。

（二）借生成式人工智能引導互動式自主求學

常規(guī)的互動式教學通常是指以師生互動、生生互動為核心的教學，在學生因知識儲備或思維認知的局限而鉆牛角尖時，與教師或同學的互動就能打開思路。而在生成式人工智能賦能的高中信息技術(shù)教學中，這種互動就不僅存在于師生和生生間，也存在于師生和人工智能間。教師也可以抓住這一特性，用生成式人工智能來引導互動式自主求學。

以教科版高中信息技術(shù)必修一“數(shù)據(jù)與計算\"第二單元“編程計算\"的教學為例，這一單元的教學涉及編程的四個環(huán)節(jié)，一是對計算機解題過程和邏輯的分析；二是編程中對判斷分支的設(shè)計；三是編程中對循環(huán)的搭建；四是編程中對代碼的復用，而一次完整的編程需要經(jīng)歷反復的“設(shè)計一測試一調(diào)整”，對大部分學生來說都是一個挑戰(zhàn)。所以，在指向編程實踐的課堂教學中，教師就可以利用生成式人工智能來引導學生對編程邏輯及編程方法的互動式自主求學。在過程中，教師就需要先為學生設(shè)定一個“編程需求”，然后讓學生在生成式人工智能這本“詞典\"中查詢相關(guān)信息，以明確編程的基本邏輯，之后，再引導學生向生成式人工智能輸入既定的需求和其他的補充條件，以生成初始代碼，最后再參考教材知識和課堂學習的內(nèi)容來進行對代碼的調(diào)整，直到得出能符合要求且能順利運行的唯一代碼。

（三）借生成式人工智能引導探究式自主求學

隨著時代的變遷和教育的革新，學生在課堂上的主體地位和主體作用越來越受關(guān)注，在以學生為中心的基本原則下，設(shè)計并開展能供學生自主探究和思考的教學活動成為一種必然，對學生個人的成長和發(fā)展也有著重要的意義。對此，高中信息技術(shù)教師在利用生成式人工智能開展教學時，就需要從“學生自主探究\"的角度出發(fā)，引導學生進行深度學習。

以教科版高中信息技術(shù)必修一“數(shù)據(jù)與計算\"第五單元第二節(jié)“探秘人工智能\"的教學為例，在這一節(jié)的教學中，人工智能既是學生要了解和學習的信息技術(shù)知識，又是學生在學習過程中可以用到的學習工具。對生成式人工智能工具的應用實際上就是一種對人工智能的探究，它能豐富與完善學生對人工智能的認識，所以教師可以用這樣的工具來引導學生對人工智能的探究式自主求學。教材中從人工智能的前置需要“啟發(fā)式搜索\"開始，結(jié)合人工智能的表現(xiàn)及人工智能中的機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)元芯片、智能傳感器來展開了對人工智能的\"揭秘”。那么在學習過程中，學生就可以帶著有關(guān)人工智能的問題來引導生成式人工智能用于“自我介紹\"的新內(nèi)容，在直接獲取知識和信息的同時，觀察與分析其工作原理，在雙管齊下的探究中建立對人工智能的完整理解和正確認識。

（四）借生成式人工智能引導建構(gòu)式自主求學

人工智能生成新內(nèi)容的過程本身就可以看作一種建構(gòu)的過程。在人工智能的支持和輔助下，學生也能自主或協(xié)作完成信息領(lǐng)域的簡單建構(gòu)，而這種建構(gòu)就能為學生信息素養(yǎng)的形成與發(fā)展提供必要的支持和助力?；诖耍咧行畔⒓夹g(shù)教師在利用生成式人工智能開展教學時，也可以從引導學生的“信息建構(gòu)”出發(fā)，引導學生展開建構(gòu)式的自主求學。

以教科版高中信息技術(shù)必修一“數(shù)據(jù)與計算\"第四單元第一節(jié)“算法及其特征\"的教學為例，算法是指計算機在解決問題過程中遵循的一系列清晰指令，其基本特征包括有窮性、確切性、可行性和有輸入項、輸出項。在某種意義上，算法也是被看作計算機解題時需要用到的一種模型，同數(shù)學模型的應用一樣，學生在設(shè)計計算機解題的算法時，先要用計算機語言來描述問題和現(xiàn)象，即先建立問題模型，再從問題的本質(zhì)出發(fā)求解。而在學習和設(shè)計算法的過程中，教師就可以將生成式人工智能充分利用起來，用生成式人工智能來幫助學生提煉問題的關(guān)鍵和探究問題的本質(zhì)，同時引導學生在生成式人工智能的幫助下轉(zhuǎn)化問題的表述方式和建立計算機可用的問題模型，最后引導學生利用生成式人工智能來搭建、驗證、調(diào)整、生成可用的算法，并嘗試運用這一算法來解決某一個現(xiàn)實問題。

三、結(jié)束語

總之，社會的發(fā)展和時代的進步加速了信息技術(shù)與教育的融合，在當下這個互聯(lián)網(wǎng)和計算機都已經(jīng)基本實現(xiàn)普及的時代，基于信息技術(shù)和信息設(shè)備的賦能開展智慧教學已成為一種潮流趨勢，各種信息技術(shù)和信息設(shè)備都被應用到了課堂教學中，生成式人工智能就是其中的一種。人類教師的認知局限為生成式人工智能的課堂應用預留了空間，生成式人工智能本身的優(yōu)越性和與人類社會的密切聯(lián)系則促進了其在課堂教學中作用與價值的發(fā)揮，但在突顯了其之于教學和育人優(yōu)勢的同時，也暴露出了問題。因此，高中信息技術(shù)教師利用生成式人工智能重構(gòu)課堂和開展教學時，就要堅定地遵循以學生為中心的基本原則，從學生深度學習的需求和需要出發(fā)，落實對生成式人工智能教育價值的充分挖掘。

【參考文獻】

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（本文系省基礎(chǔ)教育課程教學研究2024年度課題“利用生成式AI重構(gòu)課堂促進學生深度學習的實證研究\"的研究成果，立項批準號：MJYKT2024-161）