生成式人工智能在學科教學中的應用探索

【摘 要】江蘇省徐州市中山外國語實驗學校引入生成式人工智能，優化學習體驗，構建了基于“五步一環”的生成式人工智能“樂創”學習模型，形成了具有學科特色的教學應用實踐新樣態，創建了“雙維度”評價系統，培養了師生的智能素養和創新能力。該項目為培養具備高度人工智能素養的新時代人才提供了有力支撐。

【關鍵詞】生成式人工智能；學科教學；創新應用

【中圖分類號】G434" 【文獻標志碼】A" 【文章編號】1005-6009（2024）46-0033-04

隨著全球科技競爭的加劇，人工智能作為引領新一輪科技革命和產業變革的戰略性技術，已經成為各國競相發展的重點。江蘇省徐州市中山外國語實驗學校自2000年建校以來，秉承“樂創教育”的理念，致力于引導學生主動學習，培養其創新能力。學校設計并實施“生成式人工智能在學科教學中的創新應用”項目，將生成式人工智能融入學科教學，創新應用實施方案，構建智能化學習環境，提升教學質量，培養學生的創新思維和實踐能力，推動學校教育走向“數智賦能，鏈通未來”新階段。

一、項目的內涵和整體架構

“生成式人工智能在學科教學中的創新應用”項目旨在將生成式AI技術融入學科教學，實現個性化學習、優化教學過程并促進教學創新。

（一）核心概念

1.生成式人工智能

生成式人工智能（Generative Artificial Intelligence）是一種強大的技術，是人工智能領域的一個重要分支，它旨在通過訓練模型來生成新的、與訓練數據相似的內容。與其他類型的AI（如分類器、預測器等）主要關注識別和預測現有數據的模式不同，生成式AI著重于創造新的、有創意的數據。它涵蓋自適應學習、模式識別、認知建模和機器學習等主題，也涉及大數據、無監督學習和深度學習等交叉領域。

2.生成式人工智能在學科教學中的應用

學校充分利用人工智能技術創新教學模式，改變學生的學習方式，實現學生的自主化、個性化學習。首先，人工智能技術的持續迭代以及與教育的深度融合，為學生提供了豐富的教育信息和優質的學習資源。其次，學校借助人工智能技術能更好地立足學生核心素養，推動自主化、個性化的學習，促使學生主動建立“學習圈”，并運用項目式學習、合作學習等提升學習力。

（二）整體架構

1.理清內在機理，形成“樂創”學習模型與實踐樣態

學校深入剖析生成式人工智能在學科教學中的作用與價值，構建基于“五步一環”的生成式“樂創”學習模型，形成具有學科特色的生成式人工智能應用實踐樣態。

2.實施“五步一環”教學，培養師生創新能力

學校設計并實施富有創意和挑戰性的教學活動，探索教學行動路徑，實施“五步一環”教學；利用生成式人工智能激發學生的學習興趣和創造力，培養學生的創新思維和實踐能力；提升教師的創新意識和應用能力，培養一支具有創新素養的新時代教師隊伍。

3.構建并完善提升智能素養的支持系統

學校升級少年“樂創”學院，建設支持生成式人工智能教學的硬件環境，包括智能教學設備、網絡設施等；利用適用于小學學科教學的生成式人工智能軟件資源，如智能教學平臺、課程資源庫等，為師生提供豐富多樣的教學資源和學習工具；構建智能化的學習分析系統，通過收集和分析學生的學習數據，為教師提供個性化的教學建議和資源推薦，幫助學生實現精準學習；明確教師在指導學生開展生成式人工智能方面的職責和角色，建立有效的人機協作管理機制，確保人工智能教育的順利推進。

二、項目的實施路徑

（一）探索生成式人工智能在學科學習中的樣態

1.理解生成式“樂創”學習的教學價值

生成式“樂創”學習是指教師和學生在教學活動中，嚴格遵照國家法規、倫理道德和信息安全的要求，合理應用生成式人工智能輔助教學，并通過學習者自身的獨立思考探究、批判性思維和創造性思維，促進學習的一種教學方式。

生成式“樂創”學習是在生成式人工智能環境下以學生為中心的教學方法，強調學生自主探究、實踐操作，通過“人—機”互動對話以及師生、生生之間的合作交流來構建知識體系，要求學生要在教師的引導、支持和管控下使用生成式人工智能，旨在培養學生的批判性思維、創新思維以及問題解決能力和團隊合作精神等。

2.構建基于“五步一環”的生成式人工智能“樂創”學習模型

“樂創”學習以學生學習力、教師引導力、課堂生長力為核心，旨在通過生成式人工智能技術的應用，利用“五步一環”優化學習過程，提升教學質量，促進學生面向未來、創造著長大（見圖1）。

第一步智能導學：利用生成式人工智能技術為學生定制個性化的學習路徑和資源。

第二步情境探究：利用生成式人工智能技術模擬真實場景，創設與學習內容相關的情境，激發學生的學習興趣和探究欲望，讓學生在情境中發現問題、提出問題，并嘗試解決問題。

第三步合作學習：利用生成式人工智能技術提供協作工具和平臺，鼓勵學生進行“人—機”合作學習。學生在教師的指導下，瞄準要完成的學習任務，與生成式人工智能互動對話，在思維鏈式對話中記錄自己的思考過程，并采用多種方式進行探究，促進“人—機”之間的有效溝通和合作。

第四步智能反饋：利用生成式人工智能技術實時收集過程性數據，分析學生的學習狀態和效果。通過智能反饋機制，及時為學生的學習提供個性化的建議和反饋，幫助教師調整教學策略，提高教學質量。

第五步拓展延伸：利用生成式人工智能技術為學生提供拓展資源和練習，幫助他們鞏固所學知識，拓寬視野。學生總結自己的學習收獲并在新的情境中獨立解決問題，完成教師布置的作業和練習。

在整個教學流程中，持續評估是關鍵的一環。通過對學生的學習過程、學習成果、學習態度等方面的評估，了解學生的學習狀況和需求。同時，根據評估結果及時調整教學策略和方法，優化教學資源和環境，以滿足學生的學習需求和發展需要。

（二）形成具有學科特色的教學應用實踐新樣態

不同學科具有不同的特點和要求，因此在引入生成式人工智能時，需要結合學科特色進行“五步一環”教學應用實踐。

1.利用生成式AI優化教學流程

個性化學習路徑規劃、智能備課與教案生成以及自動化作業批改與智能反饋是生成式人工智能應用于學科教學的關鍵環節。通過生成式AI分析學生的學習數據，教師能夠識別每個學生的興趣、優勢和薄弱點，從而為他們設計個性化的學習路徑，提供針對性的學習資源和建議。同時，生成式AI還能協助教師搜集整理教學資料，自動生成初步的教案框架，并給出合適的教學方法和互動環節建議，大幅減輕教師的備課負擔。此外，生成式AI還能自動批改學生的作業，識別錯誤并提供詳細的分析和解題思路，并根據作業情況向教師反饋學生的學習進度和難點，幫助教師更精準地進行教學調整。（表1為生成式人工智能在語文學科的教學應用）

2.利用生成式AI優化學習體驗

生成式人工智能的運用注重線上線下無縫對接，利用生成式AI技術實現線上學習平臺與線下課堂的實時互動，如線上提問、線下討論等，從而打破時空限制，提升學生的學習效率。同時，結合當前生成式AI技術的最新進展，學校設計了一系列具有創新性和實用性的實驗項目，讓學生在實踐中深入掌握技術原理和應用方法。如，生成式人工智能可以設計各種數學游戲，如數學拼圖、闖關等，讓學生在游戲中學習和鞏固數學知識。這些游戲可以根據學生的學習進度和能力水平進行智能調整，提供個性化的學習體驗。

（三）構建并完善提升智能素養的支撐系統

1.構建生成式人工智能素養課程

為了提高學生的智能素養，學校構建了面向全體學生的人工智能素養課程；設計由淺入深、層層遞進的課程內容，包括生成式人工智能的基礎原理、常用技術、應用領域以及未來發展趨勢等。學生從一年級開始逐步了解人工智能的基本概念和應用，隨著年級的升高，逐漸深入學習編程和生成式算法，最終能夠綜合運用所學知識完成一個生成式人工智能項目。

2.構建智能化的學習分析系統

學校一方面通過生成式人工智能收集和分析學生的學習數據，為教師提供個性化的教學建議和資源推薦，從而幫助學生實現精準學習。另一方面，采用智能化評價方式，結合生成式人工智能素養水平，從課堂表現、作業完成情況、實驗報告和項目實踐成果等方面，全面評估學生的學習效果和應用能力。此外，學校還建立學生反饋機制，定期收集學生對課程的意見和建議，根據反饋進行課程內容和教學方法的調整。

3.創建“雙維度”評價系統

在開發與實施評價時，學校緊密結合智能素養標準，確保評價內容能夠全面反映教師和學生在數字化與智能素養方面的實際水平。教師主要從使用生成式人工智能工具的熟練程度、利用生成式AI進行跨學科整合教學、對生成式AI資源的獲取與應用、利用生成式AI資源進行教學創新、創設有利于生成式AI學習的課堂環境、引導學生積極參與生成式AI學習活動等維度進行評價；學生主要從使用生成式人工智能工具輔助作業和學習的熟練程度、能否利用AI繪畫工具創作并理解其原理、能否使用AI寫作工具輔助創作并保留創意、能否識別和區分AI生成內容與人類創作、能否尊重AI知識產權不濫用、能否與同學探討和分享AI工具使用心得等維度進行評價。同時，學校嚴格遵守國家及地方關于教育、信息技術和數據保護等方面的法律法規，保障評價的合法性和合規性。

4.建立有效的人機協作管理機制

學校建立有效的生成式人工智能管理機制，明確管理目標，確保技術的合規、安全和可持續發展。學校制定了詳細使用規范，明確系統的研發、部署和使用過程中的權責關系與行為準則。同時，加強數據管理與隱私保護，確保技術不侵犯個人隱私和信息安全。

項目實施后，個性化學習路徑規劃滿足了學生多樣化需求，教師教學效率大幅提高，學生創新思維與實踐能力明顯增強，并形成了一系列可借鑒的AI教學案例與模式。生成式人工智能在學科教學中的創新應用，為區域教育教學改革和發展注入新的動力。如何借助生成式人工智能技術的力量，來進一步培養學生的創新能力，仍然需要我們在實踐中不斷探索，在思考中持續深化。

【作者簡介】1.蔣蕾，江蘇省徐州市中山外國語實驗學校（江蘇徐州，221000）校長，高級教師；2.李偉，江蘇省徐州市中山外國語實驗學校（江蘇徐州，221000）教師，一級教師。

*本文系2024年度江蘇省基礎教育前瞻性教學改革實驗項目“生成式人工智能在學科教學中的創新應用”（2024JSQZ021）的階段性研究成果。