基于智能體的信息科技學(xué)科問(wèn)題解決教學(xué)實(shí)踐

【中圖分類號(hào)】G434【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【論文編號(hào)】1671-7384（2025）06-011-03

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中多次強(qiáng)調(diào)“問(wèn)題”與“問(wèn)題解決”?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中約有150余次提及“問(wèn)題解決”與“解決問(wèn)題”，提倡以問(wèn)題解決為線索架構(gòu)模塊內(nèi)容，在問(wèn)題解決過(guò)程中構(gòu)建知識(shí)、提升素養(yǎng)。信息科技作為中小學(xué)科技教育體系的重要組成部分，肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生理解人類如何解決問(wèn)題，以及如何將解決問(wèn)題的過(guò)程遷移至日新月異的其他新問(wèn)題解決的歷史使命[1]。問(wèn)題解決是信息科技學(xué)科的內(nèi)在邏輯理路，依托問(wèn)題解決開(kāi)展信息科技學(xué)科教學(xué)，是新課標(biāo)核心素養(yǎng)落實(shí)的有力抓手。

基于問(wèn)題解決的教學(xué)包括以下關(guān)鍵要素[2l3]：-是聚焦真實(shí)生活情境；二是關(guān)注問(wèn)題與問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)；三是重視任務(wù)和活動(dòng)設(shè)計(jì)。在指向問(wèn)題解決的教學(xué)實(shí)踐中，教師面臨著一系列挑戰(zhàn)，例如，如何創(chuàng)設(shè)具有啟發(fā)性的情境、如何設(shè)計(jì)問(wèn)題與問(wèn)題鏈、如何有效組織互動(dòng)式與探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)等。AI智能體的出現(xiàn)為面向問(wèn)題解決的信息科技學(xué)科教學(xué)帶來(lái)了新的機(jī)遇與路徑，智能體具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)、規(guī)劃和決策能力，能夠設(shè)定并執(zhí)行一系列動(dòng)作，從而完成復(fù)雜的任務(wù)[4]。當(dāng)前，基于智能體的人機(jī)協(xié)同教學(xué)實(shí)踐持續(xù)涌現(xiàn)，學(xué)者們積極探討基于大模型的教學(xué)智能體的具體框架及其應(yīng)用場(chǎng)景5。本文聚焦中小學(xué)信息科技教師如何自己動(dòng)手搭建A智能體，助力信息科技學(xué)科問(wèn)題解決教學(xué)進(jìn)行闡述。

信息科技問(wèn)題解決教學(xué)存在的問(wèn)題

信息科技學(xué)科問(wèn)題解決教學(xué)核心在于“問(wèn)題發(fā)現(xiàn)”和“問(wèn)題解決”。學(xué)生在經(jīng)歷問(wèn)題解決的過(guò)程中，通過(guò)思維活動(dòng)構(gòu)建與問(wèn)題相關(guān)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，由表及里、層次清晰地分析問(wèn)題，合理表達(dá)自己的觀點(diǎn)，最終具備自主發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題的能力。從實(shí)施現(xiàn)狀來(lái)看，當(dāng)前的信息科技學(xué)科問(wèn)題解決教學(xué)存在以下問(wèn)題。

1.問(wèn)題情境流于形式化、表面化

問(wèn)題情境的有效構(gòu)建益于增強(qiáng)學(xué)生的真實(shí)情感體驗(yàn)。然而，當(dāng)前信息科技學(xué)科教學(xué)中問(wèn)題情境的引入并不盡如人意。一是僅僅依賴文字?jǐn)⑹鲞M(jìn)行簡(jiǎn)單引入，難以激發(fā)學(xué)生的探索興趣。二是情境設(shè)計(jì)趨于表面化，雖具趣味性但未體現(xiàn)學(xué)科知識(shí)聯(lián)結(jié)。再者，情境脫離學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)難以引發(fā)共鳴。例如，在圖像識(shí)別技術(shù)原理探究課中，使用“為提升環(huán)保意識(shí)，學(xué)校決定實(shí)施校園垃圾分類計(jì)劃，請(qǐng)小組設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)垃圾分類應(yīng)用”的情境。盡管該情境具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，但情境描述過(guò)于寬泛，可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生思考偏離預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)方向，難以明確需要解決的具體核心問(wèn)題。

2.問(wèn)題設(shè)計(jì)缺乏層次和針對(duì)性

科學(xué)合理的問(wèn)題和問(wèn)題鏈?zhǔn)谴龠M(jìn)知識(shí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的重要途徑。當(dāng)前信息科技學(xué)科教學(xué)在問(wèn)題設(shè)計(jì)方面存在以下不足。一是問(wèn)題難度把握不當(dāng)，過(guò)于簡(jiǎn)單或過(guò)于復(fù)雜。二是問(wèn)題缺乏層次性，學(xué)生難以跟隨問(wèn)題的發(fā)展脈絡(luò)，建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系。以“感知數(shù)據(jù)”一課為例，“數(shù)據(jù)是如何演變的？生活中有哪些數(shù)據(jù)？數(shù)據(jù)有什么意義？”這些問(wèn)題之間缺乏內(nèi)在邏輯，學(xué)生難以形成清晰的“數(shù)據(jù)一信息一知識(shí)”概念認(rèn)知。三是子問(wèn)題發(fā)生偏離，無(wú)法有效支撐核心問(wèn)題的解決。

3.問(wèn)題解決過(guò)程缺乏深度探究

學(xué)習(xí)活動(dòng)是知識(shí)轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的渠道和途徑。學(xué)生在活動(dòng)探究過(guò)程中達(dá)成意義建構(gòu)。當(dāng)前，部分信息科技課堂的問(wèn)題解決過(guò)程是由教師講授，學(xué)生未能真正參與到任務(wù)的執(zhí)行和問(wèn)題的解決中。即使通過(guò)活動(dòng)形式讓學(xué)生經(jīng)歷“做”的過(guò)程，但受限于師資、課堂時(shí)間及學(xué)生差異，探究過(guò)程中教師難以關(guān)注每位學(xué)生且提供個(gè)性化指導(dǎo)。例如，在編程實(shí)踐中碰到程序運(yùn)行報(bào)錯(cuò)時(shí)，教師難以指導(dǎo)到每位學(xué)生，學(xué)生通常只能簡(jiǎn)單地檢查邏輯和語(yǔ)法問(wèn)題，逐步“試錯(cuò)”來(lái)解決，限制了其對(duì)具體算法思想的深入理解，甚至有限時(shí)間內(nèi)不能完成糾錯(cuò)致使失去學(xué)習(xí)興趣。

搭建AI智能體，助力信息科技學(xué)科問(wèn)題解決教學(xué)的設(shè)計(jì)

基于大模型的智能體包括工具、記憶、規(guī)劃等組成要素，憑借其強(qiáng)大的推理與對(duì)話優(yōu)勢(shì)、多模態(tài)的內(nèi)容創(chuàng)作能力、個(gè)性化存儲(chǔ)和記憶特性，以及精細(xì)規(guī)劃與多步驟執(zhí)行的優(yōu)勢(shì)，在真實(shí)生活情境創(chuàng)設(shè)、問(wèn)題與問(wèn)題鏈生成、學(xué)習(xí)任務(wù)與活動(dòng)設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

1.AI智能體助力問(wèn)題情境生成，提高學(xué)生真實(shí)情感體驗(yàn)

AI智能體憑借其精細(xì)規(guī)劃與多步驟執(zhí)行特性、多模態(tài)的內(nèi)容創(chuàng)作能力，在問(wèn)題情境的創(chuàng)新生成方面展現(xiàn)出強(qiáng)大潛力。第一，拓展情境生成的可能范圍。Al智能體的出現(xiàn)降低了教師對(duì)情境的創(chuàng)意與設(shè)計(jì)要求。教師只需輸入簡(jiǎn)單的提示詞，即可快速生成各種貼近真實(shí)生活場(chǎng)景或?qū)I(yè)領(lǐng)域背景的情境。第二，約定情境所含信息。通過(guò)精細(xì)規(guī)劃AI智能體的人設(shè)和回復(fù)邏輯設(shè)定，為問(wèn)題情境設(shè)置包含特定結(jié)構(gòu)要素的輸出結(jié)果，生成限定且完整的情境信息。第三，豐富情境載體形式。AI智能體通過(guò)綜合調(diào)用圖像、視頻等不同的插件工具，生成多模態(tài)的素材資源，有利于為學(xué)生提供更加豐富和個(gè)性化的情感體驗(yàn)。

2.AI智能體助力問(wèn)題/問(wèn)題鏈構(gòu)建，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化

AI智能體在助力教師設(shè)計(jì)類型多樣、指向清晰、啟發(fā)思考、符合認(rèn)知的問(wèn)題與問(wèn)題鏈等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。首先，AI智能體具備卓越的內(nèi)容解析能力，能夠深入分析并理解教師上傳的知識(shí)庫(kù)內(nèi)容，精準(zhǔn)捕捉信息科技學(xué)科的核心要點(diǎn)，依據(jù)課程自標(biāo)和學(xué)情，巧妙生成兼具挑戰(zhàn)性且符合學(xué)生認(rèn)知水平和語(yǔ)言表達(dá)的核心問(wèn)題。其次，AI智能體具有強(qiáng)大的問(wèn)題分解和重構(gòu)能力，能夠按照預(yù)設(shè)的問(wèn)題鏈生成標(biāo)準(zhǔn)或模式（如中心輻射式、并列串珠式、類比聯(lián)結(jié)式、逐層遞進(jìn)式等），快速將復(fù)雜問(wèn)題分解為多個(gè)內(nèi)部邏輯關(guān)聯(lián)的子問(wèn)題，且清晰指向問(wèn)題解決路徑上的特定知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生逐步構(gòu)建出系統(tǒng)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

3.AI智能體助力學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與任 務(wù)高匹配

AI智能體憑借個(gè)性化存儲(chǔ)與記憶特性，結(jié)合其強(qiáng)大的推理與對(duì)話優(yōu)勢(shì)，能夠顯著增強(qiáng)學(xué)習(xí)任務(wù)與知識(shí)內(nèi)容的匹配，以及與學(xué)生能力的適配。首先，AI智能體能夠高效地檢索查詢已上傳的知識(shí)庫(kù)資源，并整合構(gòu)建與之匹配的學(xué)習(xí)目標(biāo)，確保設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)任務(wù)能夠精確地覆蓋所需的知識(shí)范圍并指向?qū)W習(xí)目標(biāo)達(dá)成。其次，AI智能體能夠深入分析學(xué)生的學(xué)習(xí)歷史和行為模式，個(gè)性化地存儲(chǔ)和記憶關(guān)鍵信息。通過(guò)自動(dòng)分析與挖掘，準(zhǔn)確把握不同學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)短板及學(xué)習(xí)進(jìn)度，從而設(shè)計(jì)出與學(xué)生能力相匹配的學(xué)習(xí)任務(wù)。

4.具體案例分析 “信息科技素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)”智能體

團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的“信息科技素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)”智能體，能夠基于教師需求和學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，確立符合學(xué)情和學(xué)習(xí)自標(biāo)的情境和問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)以學(xué)生探究為中心的學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。具體包括三項(xiàng)技能：第一，構(gòu)建貼近高中生生活的學(xué)習(xí)情境；第二，基于特定情境生成核心問(wèn)題與問(wèn)題鏈；第三，根據(jù)問(wèn)題設(shè)計(jì)針對(duì)性的學(xué)習(xí)任務(wù)。為了更好地訓(xùn)練智能體的這三項(xiàng)技能，教師對(duì)其進(jìn)行了角色規(guī)劃和回復(fù)邏輯設(shè)定，并上傳了信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)、枚舉算法相關(guān)參考資料等。

以下是教師課前使用該智能體開(kāi)展“枚舉算法”主題協(xié)同備課過(guò)程中生成的問(wèn)題情境、驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題以及對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)示例。

問(wèn)題情境：學(xué)校動(dòng)漫社團(tuán)要籌備一次校園展覽活動(dòng)，現(xiàn)有400元資金用于購(gòu)買(mǎi)展示作品所需的畫(huà)框和顏料兩種物資。畫(huà)框單價(jià)20元，顏料單價(jià)15元?？紤]到場(chǎng)地空間和實(shí)際需求，購(gòu)買(mǎi)畫(huà)框數(shù)量不能超過(guò)15個(gè)，購(gòu)買(mǎi)顏料數(shù)量不能超過(guò)20盒。小浦決定利用所學(xué)的枚舉算法知識(shí)，幫助動(dòng)漫社團(tuán)梳理可能的購(gòu)買(mǎi)方案。

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：如何利用枚舉算法找出所有可能的采購(gòu)方案？

子問(wèn)題1：采購(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素有哪些？子問(wèn)題2：如何詳細(xì)描述枚舉算法求解采購(gòu)方案的過(guò)程與步驟？子問(wèn)題3：如何用Python編程實(shí)現(xiàn)并找出所有采購(gòu)方案？

學(xué)習(xí)任務(wù)1：小組討論在采購(gòu)方案設(shè)計(jì)中必須考慮的要素，列舉分析并確定枚舉范圍與條件（解決子問(wèn)題1）。學(xué)習(xí)任務(wù)2：根據(jù)任務(wù)1的分析結(jié)果，用自然語(yǔ)言描述找出所有采購(gòu)方案的過(guò)程。思考并設(shè)計(jì)枚舉算法流程圖（解決子問(wèn)題2）。學(xué)習(xí)任務(wù)3：自主編寫(xiě)Python程序，找出所有符合要求的采購(gòu)方案（解決子問(wèn)題3）。

總體來(lái)說(shuō)，情境設(shè)置在學(xué)校動(dòng)漫社團(tuán)籌備展覽活動(dòng)的實(shí)際背景下，通過(guò)解決資金預(yù)算和物資購(gòu)買(mǎi)數(shù)量限制等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，學(xué)生可以直觀感受到枚舉算法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)緊密圍繞核心問(wèn)題解決，從考慮關(guān)鍵因素、描述算法過(guò)程到編程實(shí)現(xiàn)，層層遞進(jìn)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和可操作性。

應(yīng)用AI智能體開(kāi)展課堂教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)學(xué) 生個(gè)性化深度參與

AI智能體在輔助學(xué)生解決問(wèn)題、促進(jìn)個(gè)性化深度參與方面發(fā)揮著重要作用。首先，AI智能體可以作為學(xué)科專家，為學(xué)生提供多視角的見(jiàn)解與啟發(fā)。通過(guò)“喂養(yǎng)”和“訓(xùn)練”，使智能體精準(zhǔn)掌握某一學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)。在問(wèn)題解決過(guò)程中為學(xué)生提供專業(yè)指導(dǎo)和思維啟迪。其次，AI智能體可以作為虛擬教師，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和問(wèn)題解決進(jìn)度，為其提供個(gè)性化指導(dǎo)與實(shí)時(shí)反饋。通過(guò)連續(xù)對(duì)話與追問(wèn)，激發(fā)學(xué)生深入思考，培養(yǎng)批判性思維與問(wèn)題解決能力。第三，AI智能體可以作為問(wèn)題助手，為學(xué)生提供任務(wù)解決支架和幫助（如資源檢索、策略制定等），確保學(xué)生在遇到阻礙時(shí)不會(huì)感到無(wú)助，從而保持持續(xù)的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣。此外，AI智能體還可以作為學(xué)生問(wèn)題解決過(guò)程中的親密伙伴，通過(guò)模擬人類的情感交流和互動(dòng)方式，為其提供情感共鳴與支持。

針對(duì)高中生算法原理理解困難、算法轉(zhuǎn)化為Python代碼能力不足、編程實(shí)踐不夠等問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了“枚舉算法學(xué)習(xí)”智能體。該智能體能夠提供枚舉算法的微視頻學(xué)習(xí)；提供枚舉算法的應(yīng)用案例分析；引導(dǎo)學(xué)生用自然語(yǔ)言將枚舉算法轉(zhuǎn)化為流程圖；提供枚舉算法Python編程實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的易錯(cuò)點(diǎn)示例；提供枚舉算法Python編程的解釋與糾錯(cuò)。立足技能達(dá)成整體規(guī)劃智能體的角色和執(zhí)行過(guò)程，在智能體建構(gòu)中規(guī)定其只能回答與枚舉算法相關(guān)的問(wèn)題，上傳了歷年積累的枚舉算法教學(xué)設(shè)計(jì)、課件，并添加了代碼執(zhí)行器、流程圖、嘩哩嘩哩視頻、必應(yīng)搜索等插件工具。

課中，教師組織學(xué)生與智能體協(xié)作學(xué)習(xí)，自主開(kāi)展編程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用算法和編程知識(shí)解決問(wèn)題的能力。課后，學(xué)生可以通過(guò)與智能體的進(jìn)一步互動(dòng)對(duì)話獲取枚舉算法的微視頻、應(yīng)用案例分析等定制化學(xué)習(xí)資源。

結(jié)語(yǔ)

基于智能體設(shè)計(jì)與實(shí)施信息科技學(xué)科問(wèn)題解決教學(xué)對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)具有積極價(jià)值，教師應(yīng)當(dāng)積極適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，主動(dòng)學(xué)習(xí)并充分挖掘、利用AI智能體的技術(shù)潛力，開(kāi)展核心素養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)科教學(xué)實(shí)踐，并在此過(guò)程中關(guān)注智能技術(shù)使用可能涉及的倫理風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題及挑戰(zhàn)等。需要強(qiáng)調(diào)的是，盡管智能體在教育教學(xué)中的作用日益增強(qiáng)，但教師的核心價(jià)值和不可替代性依然存在。中小學(xué)信息科技教師需要不斷提升批判性思維、問(wèn)題解決能力和決策力，與智能體形成更加緊密的協(xié)同關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同教學(xué)的最大效能。

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作者單位：上海市浦東教育發(fā)展研究院

編輯：王曉波