生成式人工智能在小學信息科技跨學科教學中的實踐探索

【中圖分類號】G434【文獻標志碼】A【論文編號】1671-7384（2025）06-045-03

隨著生成式人工智能技術的快速發(fā)展，教育領域受到教育信息化、教育數字化的影響，也迎來了巨大的變革。生成式人工智能在教育領域的應用，不僅能夠生成文本、圖像、音頻等多種形式的內容，還能基于自然語言處理、機器學習等技術，為學生提供個性化的學習支持，提高學生的學習能力，使學生對課程知識的理解和認識更加深刻。因此，在小學信息科技教學實踐中，教師有必要積極探索生成式人工智能的有效應用，構建項目式跨學科教學體系，促進學生深度學習，切實提高學生核心素養(yǎng)。

生成式人工智能在小學信息科技教學中的應用現狀

在全面推進教育信息化背景下，小學信息科技學科教學面臨著諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的教學方式存在單一僵化的問題，在實際應用環(huán)節(jié)一般難以激發(fā)學生的學習興趣，學生內在驅動力不強；教師所篩選的信息科技教學內容與實際生活脫節(jié)，無法有效吸引學生目光，也難以組織學生聯(lián)系自己的生活實際對課程知識進行深度探索，進而限制了信息科技教育教學活動的有效實施，不利于學生對知識的深度探究1。同時，教師在跨學科教學設計和實施方面也面臨較大壓力，特別是在跨學科教學中，無法有效整合多學科信息，導致所開展的跨學科教學相對簡化，使得跨學科教學變成學科整合，無法真正實現學科之間的有機融合。這些問題的存在，嚴重制約了小學信息科技課程目標的實現。

生成式人工智能技術的出現，為解決這些問題提供了新的思路。人工智能技術在小學信息科技學科教學中的應用，能快速生成多樣化的教學內容，提供個性化的學習支持，促進師生互動和協(xié)作學習[2]。特別是在“設計我的種植園”項目中，教師應用生成式人工智能技術，讓學生在學習信息科技知識的基礎上，輔助學生進行種植園規(guī)劃、植物生長模擬、數據分析等任務，融合多學科知識，使學習過程更加生動有趣，從而提高學生的參與度和學習效果。

“設計我的種植園”項目教學面臨的困境

“設計我的種植園”是義務教育信息科技教學指南（六年級）第五單元第17課的內容，旨在規(guī)劃設計智能種植控制系統(tǒng)。本節(jié)課，學生需要綜合運用信息科技、科學、生物、數學等多學科知識，學會設計小型的控制系統(tǒng)，并能熟練繪制控制系統(tǒng)工作過程示意圖。但在實際項目規(guī)劃和教學實踐中，也面臨一定的發(fā)展困境：一是學生缺乏真實種植經驗，難以將理論知識與實踐相結合；二是跨學科知識整合困難，學生難以將信息科技知識與生物、數學等學科有效融合；三是傳統(tǒng)教學方式難以滿足個性化學習需求，學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足。

“設計我的種植園”跨學科GAI-PBL教學模式建構和應用

基于跨學科項目式學習實踐環(huán)節(jié)所面臨的困境，教師引入生成式人工智能技術開展輔助教學，模擬種植園，讓學生獲得接近真實的種植體驗；提供跨學科知識整合工具，幫助學生建立知識體系；生成個性化的學習路徑和創(chuàng)新思維訓練，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和問題解決能力[3]。

1.理論框架

GAI-PBL教學模式，基于項目式學習（Project-BasedLearning，PBL）理念，結合生成式人工智能的技術優(yōu)勢，旨在構建一個既強調實踐操作，又鼓勵創(chuàng)新思維的全新教學環(huán)境。在小學信息科技學科教學中，GAI-PBL教學模式強調以學生為中心，利用真實或模擬的項自任務，引導學生在解決實際問題的過程中學習新知識、新技能，同時使用GAI技術提供個性化學習資源和反饋，促進學生跨學科知識的融合與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

2.技術工具的教學化改造

（1）教學腳手架設計。在“設計我的種植園”跨學科教學中，按照建構GAI-PBL教學模式的現實需求，可以設計項目式學習的腳手架，構建“四層認知支持系統(tǒng)”（表1），為教學實施做好準備。

（2）跨學科綜合性項目知識體系建構?；谛W信息科技課程中“設計我的種植園”項目涉及的核心問題鏈，建立項自學習的跨學科知識關聯(lián)矩陣：信息科技（小型控制系統(tǒng)）一科學（植物生長條件）一生物（光合作用）一工程（灌溉系統(tǒng)設計）。根據知識網絡體系，設計GAI-PBL教學模式任務鏈，可以按照“問題驅動一知識嵌入一技術實現”設計三階任務鏈：基礎層（信息科技單學科），使用傳感器采集土壤濕度、光照、環(huán)境溫度等數據；整合層（多學科融合），利用數學計算確定最佳種植密度、通過信息科技建立植物生長監(jiān)測系統(tǒng)、結合科學知識探索植物生態(tài)互作等，分析濕度一植物生長關系（生物），計算最優(yōu)灌溉方案（數學）；創(chuàng)新層（技術賦能），利用GAI生成智能種植大棚環(huán)境監(jiān)控3D模型。

3.“設計我的種植園”跨學科GAI-PBL教學模式實踐應用

（1）迭代式項目推進。在“設計我的種植園”跨學科GAI-PBL教學模式中，基于所建構的項目式學習模式和技術工具教學化改造，教師為了組織學生參與項目學習，采用迭代式項自推進的方式推動教學模式實踐應用，設計了“設計一實施一反饋一優(yōu)化”的循環(huán)過程，在實踐中不斷深化對知識的理解，并提升問題解決能力。

其一，設計系統(tǒng)階段。教師組織學生利用生成式人工智能工具完成對種植園的初步設計。生成式人工智能工具能深度分析學生輸入的種植面積、氣候條件、植物種類等信息，自動生成多個設計方案，并提供可視化預覽。在系統(tǒng)生成相關方案和提示信息后，學生對系統(tǒng)給出的信息進行討論、對比、分析，結合小組成員的綜合意見，選擇最優(yōu)方案并記錄設計思路，如學生選擇調整“光照強度”和“灌溉頻率”參數，觀察生成式人工智能系統(tǒng)生成的植物生長模擬結果，從而優(yōu)化種植園布局。

其二，模擬系統(tǒng)階段。教師組織和引導學生思考傳感器對采集真實環(huán)境數據的作用，重點采集土壤濕度、溫度、光照強度等方面的數據信息，并考慮到在系統(tǒng)中，需將數據輸入智能系統(tǒng)，并在系統(tǒng)的輔助下進行動態(tài)調整。例如，當學生所收集的數據中，土壤濕度低于設定閥值時，人工智能系統(tǒng)按照學生前期輸入的要求，自動生成灌溉建議，并為學生提供多種方案，輔助學生調整灌溉方案。

其三，反饋與優(yōu)化階段。在反饋和優(yōu)化階段，教師可以指導學生利用生成式人工智能系統(tǒng)對數據進行實時分析，然后為學生反饋報告，指出設計中的不足并提出優(yōu)化建議。例如，在學生輸入數據和相關指令后，系統(tǒng)可能提示“當前種植密度過高，可能導致植物競爭光照資源”，并建議學生重新計算種植間距。

（2）項目成果展示與評價。項目成果展示與評價是GAI-PBL教學模式的重要環(huán)節(jié)，主要是借助多元化的評價方式，全面評估學生的學習成果和能力發(fā)展。在“設計我的種植園”跨學科GAI-PBL教學模式實踐應用環(huán)節(jié)，教師根據學生的項目參與和完成情況，組織學生展示本小組探究和生成的項自成果，主要可以展示利用GAI生成的種植園3D模型，直觀呈現設計思路和布局方案，也可以利用圖表展示植物生長數據、環(huán)境參數變化趨勢等，還可以在展示環(huán)節(jié)講解創(chuàng)新設計（如節(jié)水灌溉系統(tǒng)、智能溫控裝置）的原理和實施效果。

在學生展示基礎上，教師根據學生參與項目探究和獲得項目成果的情況，對學生實施綜合評價。如可以根據生成式人工智能系統(tǒng)記錄，評價學生在項目中的參與度、協(xié)作能力、問題解決表現等，也可以在家長、學生的共同參與下，從技術應用、科學思維、創(chuàng)新性等維度對項目成果進行評分。

（3）采用“生成式課堂”模式。教師應以多元化策略激活學生學習內驅力，科學運用教育心理學原理構建成長型課堂。首先，可依據“勝利者效應”設計階梯式任務體系，參照維果茨基“最近發(fā)展區(qū)”理論精準定位學生的能力閾值，創(chuàng)設具有適度挑戰(zhàn)性的問題情境。當學生通過自主探究完成認知躍遷時，教師需及時強化其成功體驗，使知識獲取與自我效能感形成良性循環(huán)，從而持續(xù)提升學習主動性。其次，應構建多維度的學習成果展示生態(tài)，通過小組合作、項目匯報、創(chuàng)意工坊等方式，使學生的思維成果獲得可視化呈現與社會化認同。在數字化教育場域中，需著重培養(yǎng)學生與智能工具的協(xié)作能力：建立“提問一驗證一反思”的AI使用閉環(huán)；通過思維可視化工具解構AI生成內容的邏輯脈絡，培育數字時代的批判性思維；引導學生突破算法局限，在人類獨有的情感共鳴、跨學科遷移和原創(chuàng)性思維層面實現超越。

“設計我的種植園”跨學科GAI-PBL教學模式應用效果

教師基于人工智能技術的支持對“設計我的種植園”跨學科教學進行設計和規(guī)劃，在一段時間后對實施效果進行了對比分析和論證。在本市實驗小學選取平行班（實驗組r 1=45 ，對照組r 1=43 ）進行對照實驗，實驗周期為8周。實驗前后分別對學生的數字素養(yǎng)進行測試，還對學生的項目成果評分加以對比，同時，針對課堂觀察記錄、學生訪談轉錄、GAI交互日志分析等進行深度對比分析[4]。從實驗組和對照組的典型行為分析來看，實驗組設計出“雨水收集 + 滴灌系統(tǒng)”創(chuàng)新方案，并且實驗組 80% 以上的學生能主動利用數學知識、科學知識等，綜合考慮土壤濕度、光照、溫度等因素對系統(tǒng)的影響。可見在小學信息科技學科教學中，應用GAI-PBL教學模式實施技術化改造和實踐教學，學生能對信息科技知識進行深度探究學習，還能學習掌握信息科技知識的實踐應用技巧，學生的信息科技探究能力、知識應用能力得到了相應的訓練。

結語

在小學信息科技學科教學實踐中，教師根據生成式人工智能技術的應用，設計跨學科項目化綜合訓練體系，對學生實施多元化信息科技教學指導。這不僅能在課堂上發(fā)揮技術優(yōu)勢、教學模式優(yōu)勢，還能讓學生在實踐中鍛煉跨學科學習能力、創(chuàng)新思維能力和數字化素養(yǎng)，增強學生學習成效。因此，在未來教學實踐中，教師應該思考生成式人工智能技術在教育實踐中的多元化應用，以便于能凸顯教育特色，平衡先進技術與傳統(tǒng)教學之間的關系，對學生實施高效化教學指導，切實提高學生學科核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]李楠，閆妮.“教一學一評”一體化理念下的小學信息科技微項目式學習實踐探索：以人工智能課《探秘智能門禁》為例[J].中國現代教育裝備，2024（22）：45-47.

[2]陳韻潔.小學信息科技課程人工智能的多場景融入與運用策略探究[J]：國家通用語言文字教學與研究，2024（4）： 116-118.

[3]羅宇航．生成式人工智能技術AIGC在教師備課中的應用研究：以小學信息科技備課為例[J].中國現代教育裝備，2023（22）：8-12.

[4]陳韻潔.小學信息科技教學中人工智能的合理運用[J]亞太教育，2023（4）：34-37.

作者單位：福建廈門市同安區(qū)第二實驗小學

編輯：馮艷艷