人工智能時代的跨學科教學創新

陳鄧康 張屹

人工智能時代，人工智能技術成為推動教育創新和發展的關鍵力量，特別是在跨學科學習領域，數字化技術和產品能幫助教師和學生獲取優質資源的支持，獲得真實的學習情境和有跡可循的評價反饋。本文從跨學科教學全過程探討智能技術如何賦能跨學科教學創新，為新課程標準落地和跨學科教學實踐提供有益啟示。

一、人工智能技術賦能跨學科教學內容的生成

跨學科教學旨在培養學生的綜合能力，內容一般涉及多個領域。人工智能技術可為跨學科教學內容的生成和實施注入新的活力，推動教學內容向更深層次的整合和更廣泛的應用上發展。

一方面，人工智能技術能夠賦能跨學科主題教學內容的生成，使每名教師成為跨學科教學內容的創作者。跨學科教學的一個重要特點是，教師需要選擇一個主題貫穿整個教學過程。人工智能技術工具能根據文本提示自動生成大量內容，這可以拓展教師的主題遴選渠道。人工智能技術還能根據主題設計相應的跨學科任務。如，對于學生難以理解的抽象數學概念，教師可以通過人工智能技術生成逼真的學習情境，引導學生在真實情境中理解數學概念，并將數學概念應用于現實世界的場景中。同時，人工智能技術可以整合科學、工程等相關知識，生成有趣的跨學科任務，啟發學生進行深入的數學思考，培養學生解決問題的能力和批判性思維能力。進一步地，教師還可以通過與生成式人工智能聊天（需要提前撰寫提示詞模板），快速為個別學生生成量身定制的學習材料，如情境、任務和解釋等，以提供個性化學習體驗，滿足不同學生的學習需求。

另一方面，人工智能本身作為一門具有時代性的綜合性學科，其在跨學科教學中的應用越來越受到教師的重視。在人工智能課程中，教師可以結合計算機科學、數學、邏輯學、倫理學等知識，設計基于跨學科大概念的教學活動。例如，在講授機器學習算法時，教師可以巧妙地融入數學領域的統計學和概率論相關知識。以決策樹算法為例，學生不僅要學習如何通過編程實現這一算法，還要深入理解其背后的數學原理，如熵的計算和信息增益的衡量。為了拓寬學生的視野，教師還可以鼓勵學生就“機器人的道德和法律責任”論題展開探討，以此實現“人工智能領域與工程學、倫理學等領域的交叉融合，為學生構建一個更加全面、立體的知識體系（李天宇，《基于STEAM教育的中小學人工智能教育研究——以“機器會思考嗎”一課為例》，《現代教育技術》2021年第1期）。通過開展人工智能項目學習，學生可以將編程、算法、數據分析等技術知識應用于具體場景中，如開發一個簡單的聊天機器人或命令機器分析社交媒體數據等。兼顧理論與實踐的教學內容，有助于學生深入理解人工智能技術原理及其應用價值。

二、人工智能技術賦能跨學科教學模式的改變

跨學科教學主張以真實情境為背景，將多學科知識融入綜合性探究學習任務中，使學生在親歷問題解決的過程中深化對學科知識的理解，并催生跨學科的創新思維。而生成式人工智能與大語言模型以其多輪對話與角色模擬功能、智能評價與反饋功能以及一定程度的邏輯推理能力等優勢，改變了跨學科教學環境以及學習模式。

首先，數字化空間為跨學科教學創設了理想的教學環境。智慧教室和STEM教室等數字化空間能為學生提供沉浸式、交互式的學習體驗，有利于學生在直觀感知和體驗中輕松實現知識的跨領域融合。如，元宇宙作為一種整合多種新興智能技術、實現虛實共生的新型互聯網應用和數字化社會形態，能為學生的跨學科學習開辟新的空間維度。具體地講，通過元宇宙提供的虛擬交互式三維空間，學習者可以數字化身份進入空間并參與互動。在元宇宙中，學生可以與世界各地的同伴一起參與科學實驗、歷史重現、建筑設計等跨學科項目探究。這種智能課堂超越了傳統課堂的局限，為學習者提供了一個無界限的學習環境。再比如，虛擬現實技術能通過頭戴式顯示器和交互設備，創造一個完全沉浸式的虛擬環境。借助這些設備，學生可以“身臨其境”地探索遙遠星系、深海世界，或是親歷歷史上的重大事件。這種體驗極大地增強了學習的現實感和參與度，能使學生在直觀感知和體驗中輕松實現知識的跨領域融合。

其次，借助生成式人工智能強大的生成與創作功能，教師可以基于已有的跨學科教學模式（如“5E”教學模式等）高效完成課程教學設計。如，教師在以“營養午餐”為主題開展跨學科教學時，可以通過向生成式人工智能說明自己的角色（一名小學STEM教師）、任務內容（以“營養午餐”為跨學科教學主題、利用“5E”教學模式進行教學等），要求其產出一份教學方案，并通過與生成式人工智能的多輪對話，實現對教學方案的修改與完善。生成式人工智能還可以協助教師設計具有挑戰性的問題和項目，同時提供實時反饋和指導，幫助學生在解決問題的過程中發展批判性思維能力和創新能力。

三、人工智能技術賦能跨學科評估方式的創新

跨學科教學以培養學生的信息意識、高階思維、創新能力及社會責任等核心素養為導向，故其評價應立足學生核心素養的發展，引導學生在跨學科學習過程中不斷反思與改進實踐過程。人工智能時代，一系列尖端智能技術的使用有望打破傳統教學評價的局限，為跨學科教學評價打開新的大門。

首先，應用人工智能技術使跨學科教學評價不再局限于學習結果，而是全面關注學生的學習過程。教師可以利用教學平臺保留學生的作業、協作成果等數據，并結合社會網絡分析、認知網絡分析等學習分析技術，對學生的課堂學習投入度、問題解決能力等進行評估；通過收集腦電波、眼動追蹤等生理和行為數據，實時監測學生的認知狀態和學習習慣，從而更準確地把握學生的學習動態。此外，對于學習結果的評估，應用人工智能技術能拓寬教師的評價視野。比如，教師可以利用“文心一言”等生成式人工智能輔助生成具有綜合性和遷移性的跨學科知識測驗題、作品評價量表，并借助人工智能的自然語言處理和機器學習技術，完成對學生書面作品的自動分析，為評價提供參考與借鑒。

其次，人工智能技術的應用使教學評價可以實時進行，學生可以即時獲得反饋，及時調整學習策略。比如，教師可以在課堂上利用問卷星或教學平臺內嵌的出題工具即時進行小測驗，學生通過移動設備參與測驗，系統可以立即提供反饋和評分。

人工智能技術可以很好地解決教學評價的實用性、實效性、有效性方面的問題，有助于教學質量的提升。

（作者單位：華中師范大學人工智能教育學部）

責任編輯? 嚴芳