ChatGPT融入初中地理項(xiàng)目式教學(xué)的課堂互動(dòng)研究

【摘" 要】 2022年，作為大型語(yǔ)言模型（Large Language Mode，LLM）的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，ChatGPT可以通過(guò)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高效的設(shè)計(jì)架構(gòu)理解、解讀用戶(hù)的請(qǐng)求，進(jìn)而以近乎人類(lèi)自然語(yǔ)言的方式，生成具有“較高復(fù)雜度的回應(yīng)文本”，更好地實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是近幾年興起的一種新型教學(xué)模式，將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)應(yīng)用在地理教學(xué)中，不僅可以豐富教學(xué)模式，還能提高課堂教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性。學(xué)生在項(xiàng)目化的探究中，可以從多種信息渠道了解課堂內(nèi)容。然而，對(duì)初中學(xué)生而言，在課堂上存在團(tuán)隊(duì)合作的積極性不高、參與互動(dòng)的專(zhuān)注度低等問(wèn)題。基于此，可以將ChatGPT融入課堂互動(dòng)、參與初中地理的項(xiàng)目式教學(xué)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ChatGPT可以顯著地推動(dòng)中學(xué)生的合作互動(dòng)，對(duì)提高學(xué)生的成績(jī)、互動(dòng)積極性與集體效能感，有非常顯著的效果和意義。

【關(guān)鍵詞】 ChatGPT;初中地理;項(xiàng)目式教學(xué)

一、研究背景

現(xiàn)代技術(shù)與機(jī)器的出現(xiàn)，都是為了幫助人類(lèi)解決包括體力和智力兩個(gè)層面的各種復(fù)雜問(wèn)題，當(dāng)前研究者的興趣進(jìn)一步聚焦到如何借助計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的智力活動(dòng)這一問(wèn)題層面。人工智能（AI）可以被定義為計(jì)算機(jī)科學(xué)和語(yǔ)言學(xué)的多學(xué)科方法，它渴望創(chuàng)造出需要執(zhí)行人類(lèi)智能任務(wù)的機(jī)器。這些任務(wù)包括學(xué)習(xí)、適應(yīng)、理解抽象概念的能力，以及對(duì)復(fù)雜人類(lèi)屬性的反應(yīng)，如注意力、情感和創(chuàng)造力等。人工智能作為一門(mén)科學(xué)，其歷史可以追溯到20世紀(jì)中期達(dá)特茅斯的AI夏季研究項(xiàng)目。隨后是機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法的發(fā)展，該算法允許基于大型數(shù)據(jù)集中的模式進(jìn)行決策或預(yù)測(cè)。隨后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（大腦模擬算法）、遺傳算法（通過(guò)應(yīng)用進(jìn)化原理為復(fù)雜的問(wèn)題尋找最優(yōu)解決方案）開(kāi)始逐漸應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（簡(jiǎn)稱(chēng)PBL）并不是一個(gè)很新的概念。在2005年，國(guó)際PBL項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入中國(guó)。2008年，國(guó)內(nèi)出版了中文版圖書(shū)《項(xiàng)目學(xué)習(xí)教師指南》。在此之前，我國(guó)教師在學(xué)習(xí)PBL時(shí)，并沒(méi)有中文版的教材，只有外文教材。進(jìn)入21世紀(jì)以后，全世界都開(kāi)始關(guān)注未來(lái)人才的培養(yǎng)。2021年，“雙減”政策指向讓學(xué)習(xí)回歸校園的主陣地，讓學(xué)校成為育人的主要場(chǎng)所，其中作業(yè)管理、考試管理都與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)有著密不可分的關(guān)系。如作業(yè)管理提出了分層作業(yè)、個(gè)性化作業(yè)，而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)本身就是分層作業(yè)，其學(xué)習(xí)任務(wù)也是個(gè)性化的。

二、ChatGPT概述

ChatGPT（Chat Generative Pre-trained Transformer）的中文全稱(chēng)為“生成型預(yù)訓(xùn)練變換模型”。它是美國(guó)人工智能研究實(shí)驗(yàn)室OpenAl于2022年11月30日發(fā)布的聊天機(jī)器人程序，該機(jī)器人使用了Transformer神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（GPT-3.5架構(gòu)）。ChatGPT作為一款人工智能技術(shù)驅(qū)動(dòng)的自然語(yǔ)言處理工具，可以通過(guò)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高效設(shè)計(jì)架構(gòu)來(lái)理解和解讀用戶(hù)的請(qǐng)求，可以以近乎人類(lèi)自然語(yǔ)言的方式，生成具有“較高復(fù)雜度的回應(yīng)文本”，甚至能完成撰寫(xiě)腳本文案、機(jī)器翻譯、代碼生成和對(duì)話(huà)AI等任務(wù)。

ChatGPT的原理是在GPT3.5的基礎(chǔ)上，加入了人類(lèi)反饋強(qiáng)化模型，將人類(lèi)偏好作為獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)對(duì)模型進(jìn)行微調(diào)，并引入了反復(fù)訓(xùn)練的“人工標(biāo)記數(shù)據(jù)+強(qiáng)化學(xué)習(xí)”。與傳統(tǒng)的人工智能技術(shù)相比，ChatGPT代表了未來(lái)人工智能的發(fā)展趨勢(shì)，它在語(yǔ)言風(fēng)格、論證效力和思想深度等方面，具備新一代人工智能技術(shù)鮮明的特征，基于大數(shù)據(jù)集自行生成內(nèi)容。ChatGPT“無(wú)比強(qiáng)大”的能力，主要得益于它依托的大型語(yǔ)言模型。雖然ChatGPT加入了人工標(biāo)記數(shù)據(jù)，但量級(jí)極小，這種規(guī)模的數(shù)據(jù)量和訓(xùn)練，與GPT-3.5模型使用的數(shù)據(jù)量相比，幾乎可以忽略不計(jì)，對(duì)GPT-3.5基礎(chǔ)能力的提升基本不會(huì)發(fā)揮作用。

有研究發(fā)現(xiàn)，ChatGPT在處理自然語(yǔ)言的一系列任務(wù)上有了很大的進(jìn)步，比如文本理解和生成、對(duì)話(huà)問(wèn)答、機(jī)器翻譯和程序代碼生成。從技術(shù)層面而言，得益于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大型語(yǔ)言模型研究在近幾年的不斷發(fā)展，也就是海量的巨大的算力，才誕生了這樣一個(gè)大型語(yǔ)言模型。因此ChatGPT的強(qiáng)大功能主要源自隱藏其背后的“巨無(wú)霸”模型一LLM。對(duì)于LLM的發(fā)展理念，可以將其理解為“構(gòu)建一個(gè)與任務(wù)無(wú)關(guān)的超大型LLM，讓它從海量的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)各種知識(shí)”。相較以往，人工智能進(jìn)化的深度學(xué)習(xí)能力，對(duì)大部分人而言，只是一個(gè)高深的概念。ChatGPT通過(guò)生成式預(yù)訓(xùn)練轉(zhuǎn)換模型RLHEF、基于人類(lèi)反饋的強(qiáng)化學(xué)習(xí)這一方式，讓所有人真正地感受到“人工智能+深度學(xué)習(xí)”帶來(lái)的變化，以及對(duì)人類(lèi)的生活產(chǎn)生的影響。因此ChatGPT可能會(huì)加快人工智能和深度學(xué)習(xí)理論在經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域的普及、應(yīng)用。

三、ChatGPT參與課堂互動(dòng)的研究過(guò)程

（一）研究問(wèn)題

項(xiàng)目式教學(xué)對(duì)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作水平提出了新的要求，顯而易見(jiàn)，傳統(tǒng)的合作方式不足以提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作積極性。基于此，本文將調(diào)查ChatGPT給學(xué)生互動(dòng)積極性、課堂互動(dòng)帶來(lái)的影響，并回答以下研究問(wèn)題：

1. 與傳統(tǒng)課堂相比，ChatGPT能否提高學(xué)生個(gè)人的地理成績(jī)？

2. 與傳統(tǒng)課堂相比，ChatGPT能否提高學(xué)生參與課堂互動(dòng)的積極性？

3. 與傳統(tǒng)課堂相比，ChatGPT能否提高學(xué)生與他人合作的集體效能？

（二）研究方法

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是近幾年興起的一種新型教學(xué)模式，目前在初中課堂的教學(xué)中，應(yīng)用較少。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)形式，主要是在教師的輔助下，由幾名學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，共同開(kāi)展資料收集、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目執(zhí)行及改進(jìn)最終評(píng)價(jià)的教學(xué)探究活動(dòng)，最后由各學(xué)習(xí)小組進(jìn)行分享交流，展示研究成果。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)如果應(yīng)用在初中地理的教學(xué)中，能夠提高課堂教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及教師的教學(xué)水平。

本研究采用了兩種不同的方法來(lái)檢驗(yàn)不同交互機(jī)制設(shè)計(jì)下學(xué)習(xí)的有效性。為了評(píng)估該方法的有效性，在初中一年級(jí)的地理課程中，由同一位教師指導(dǎo)設(shè)計(jì)，為“認(rèn)識(shí)地圖上的方向”單元設(shè)計(jì)了一個(gè)利用ChatGPT參與團(tuán)隊(duì)合作、互動(dòng)的課程。教師在課堂上，針對(duì)“如何在地圖中判斷方向”引入了ChatGPT。本實(shí)驗(yàn)的目的是比較傳統(tǒng)課堂互動(dòng)與利用ChatGPT進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作、課堂互動(dòng)的學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)、動(dòng)機(jī)以及與他人合作的集體效能。

（三）研究對(duì)象

本研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象為青島市一所初中兩個(gè)班的98名七年級(jí)學(xué)生。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入七年級(jí)時(shí)，學(xué)校會(huì)根據(jù)他們的學(xué)習(xí)成績(jī)將學(xué)生平均分配到兩個(gè)班。在本研究中，兩個(gè)班級(jí)中的一個(gè)班為實(shí)驗(yàn)組，在項(xiàng)目式授課的過(guò)程中，教師引入了ChatGPT參與課堂互動(dòng)，另一個(gè)組在傳統(tǒng)教師指導(dǎo)組織的方式下進(jìn)行學(xué)習(xí)。兩個(gè)班的學(xué)生都接受了地理位置的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)試，以確保他們?cè)诘乩碚n程中擁有同等的知識(shí)水平。所有的學(xué)生都由有5年以上教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的同一位教師指導(dǎo)，以盡量減少不同教育者的資質(zhì)帶來(lái)的影響。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，教師預(yù)測(cè)學(xué)生的地理位置判斷能力，確保他們具有相同的前測(cè)水平。然后進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組在項(xiàng)目式授課的過(guò)程中，引入了ChatGPT參與課堂互動(dòng)，另一個(gè)組運(yùn)用傳統(tǒng)的教師指導(dǎo)、組織的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)活動(dòng)結(jié)束后，兩個(gè)組采用相應(yīng)的試題進(jìn)行后測(cè)，進(jìn)而調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。在授課過(guò)程中，在ChatGPT參與課堂前，教師對(duì)兩個(gè)組都采用了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，讓學(xué)生學(xué)習(xí)“地圖的概念和三要素”、理解一幅地圖的構(gòu)成。教師在拋出了“如何在地圖中判斷方向”的問(wèn)題后，一組實(shí)驗(yàn)組成員在互動(dòng)的過(guò)程中，使用ChatGPT提問(wèn)，得到回復(fù)后，學(xué)生根據(jù)回復(fù)，探究在不同地圖中判斷方向的方法;另一組運(yùn)用傳統(tǒng)教師指導(dǎo)的形式，由教師進(jìn)行講授。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)比的另一個(gè)教學(xué)過(guò)程，是在現(xiàn)實(shí)生活的野外中判斷方向的方式。實(shí)驗(yàn)組同樣使用ChatGPT，先提問(wèn)判斷方向的方法，再根據(jù)回復(fù)的方法繼續(xù)對(duì)話(huà)，了解感興趣的方式;另一組根據(jù)課本中活動(dòng)的提示，由教師講授。在方法的傳授上，ChatGPT具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以把具體的方法描述得更加準(zhǔn)確，且學(xué)生會(huì)產(chǎn)生極大的探究欲。

（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，本文先預(yù)測(cè)試了兩組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，以檢查兩組學(xué)生是否具有同等的先驗(yàn)知識(shí)。以學(xué)生的前測(cè)地理成績(jī)?yōu)閰f(xié)變量，以學(xué)生組別為自變量，以學(xué)生的后測(cè)成績(jī)?yōu)橐蜃兞?，評(píng)估ChatGPT參與課堂互動(dòng)的學(xué)習(xí)方法對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)斐傻挠绊?，如?所示。

在驗(yàn)證F=0.003（pgt;0.05）沒(méi)有違反回歸同質(zhì)性假設(shè)后，本文將學(xué)生的前測(cè)分?jǐn)?shù)作為協(xié)變量，進(jìn)行單因素協(xié)方差分析（ANCOVA），總結(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。在表1中，兩組間的學(xué)習(xí)成績(jī)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=18.4，plt;0.001）。實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)組的學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)于對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組的校正均數(shù)和得分的標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為59.21和1.73，對(duì)照組的分別為40.36和1.73。η2為0.31，表明效應(yīng)量較大。這一結(jié)果表明，ChatGPT參與課堂互動(dòng)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)有顯著的積極影響。

在學(xué)習(xí)活動(dòng)結(jié)束后，測(cè)量?jī)山M的外部和內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，如表2所示。根據(jù)表2可知，實(shí)驗(yàn)組的內(nèi)部動(dòng)機(jī)平均數(shù)跟標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.38和0.81;對(duì)照組的內(nèi)部動(dòng)機(jī)平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差分別為2.01和0.90。t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)評(píng)分（t=10.35，plt;0.001）高于對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組的外部動(dòng)機(jī)平均數(shù)跟標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.07和0.97。對(duì)照組的外部動(dòng)機(jī)平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.85和0.736。兩t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)評(píng)分（t=9.49，plt;0.001）高于對(duì)照組。由此推斷，ChatGPT參與課堂有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

ANCOVA分析結(jié)果，表示兩組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=12.58，plt;0.05，η2=0.129），如表3所示。ChatGPT參與課堂互動(dòng)與傳統(tǒng)教師組織的課堂互動(dòng)的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.62（SD=0.61）和3.92（SD=0.74），這表明基于ChatGPT的項(xiàng)目式教學(xué)課堂互動(dòng)模式，對(duì)學(xué)生與他人合作的集體效能有顯著的積極影響。

四、ChatGPT參與課堂互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本研究針對(duì)項(xiàng)目式教學(xué)中團(tuán)隊(duì)合作的課堂互動(dòng)積極性不高等問(wèn)題，提出了利用ChatGPT促進(jìn)初中地理項(xiàng)目式教學(xué)課堂互動(dòng)的方法，以提高學(xué)生課堂的參與度、學(xué)習(xí)積極性，形成了基于學(xué)生課堂互動(dòng)的課程計(jì)劃。并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，以回答幾個(gè)研究問(wèn)題。

在研究問(wèn)題1中，針對(duì)ChatGPT能否提高個(gè)人的地理學(xué)習(xí)成績(jī)，本文從實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，發(fā)現(xiàn)ChatGPT互動(dòng)方法與傳統(tǒng)互動(dòng)方法的學(xué)習(xí)成果，存在顯著的差異，顯示了ChatGPT參與課堂互動(dòng)的有效性。

在研究問(wèn)題2中，本文發(fā)現(xiàn)，ChatGPT互動(dòng)方法與傳統(tǒng)互動(dòng)方法的學(xué)生互動(dòng)積極性存在顯著的差異。學(xué)生使用ChatGPT學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)明顯改善，而傳統(tǒng)學(xué)習(xí)組的動(dòng)機(jī)沒(méi)有明顯改善。如果學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容和教育目標(biāo)有更好的理解，那么他們很可能會(huì)有更高的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。由此可以推斷，ChatGPT可以幫助學(xué)生更好地參與地理項(xiàng)目式教學(xué)，進(jìn)行位置判斷，從而激發(fā)他們對(duì)該課程的興趣和深刻的動(dòng)機(jī)。根據(jù)社會(huì)建構(gòu)主義，將學(xué)生置于互動(dòng)學(xué)習(xí)的環(huán)境中，可以提高他們的學(xué)習(xí)參與度，使他們理解學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義。學(xué)生將付出更多的努力來(lái)理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而獲得了更深層次的見(jiàn)解和更好的學(xué)習(xí)結(jié)果。這一結(jié)果也與巴克利特納的研究相一致：一個(gè)以學(xué)生為中心或由學(xué)生控制的學(xué)習(xí)環(huán)境，允許學(xué)生做出決定和控制學(xué)習(xí)的過(guò)程，將鼓勵(lì)他們更積極地學(xué)習(xí)，使他們具有更好的學(xué)習(xí)態(tài)度和動(dòng)機(jī)，因此學(xué)生可以有更好的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。

在研究問(wèn)題3中，本文發(fā)現(xiàn)，ChatGPT互動(dòng)方法與傳統(tǒng)互動(dòng)方法的集體效能存在顯著差異。研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的課堂互動(dòng)相比，ChatGPT互動(dòng)方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)、學(xué)習(xí)積極性與集體效能。

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