生成式人工智能賦能信息科技課堂教學的應用策略

摘要：本文圍繞生成式人工智能潛在課堂教學優勢，在分析生成式人工智能與信息科技核心素養的關聯性、常見生成式人工智能工具教學應用特點的基礎上，提出生成式人工智能課堂應用需要遵循兼顧群體與個體需求差異、協調興趣激發與投入度保持、平衡預設性與生成性關系、聚焦人機互動的有效性、甄別生成內容的真實性與準確性、增強安全與隱私保護意識等基本原則，同時，結合信息科課堂教學，進一步探討了生成式人工智能在講授教學、項目式學習、翻轉課堂等教學模式下的具體應用策略。

關鍵詞：生成式人工智能；信息科技；課堂應用策略

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）17-0000-05

聯合國教科文組織（UNESCO）于2023年9月發布《教育與研究領域生成式人工智能指南》。[1]這一舉措被視為對生成式人工智能在教育領域合理應用的國際級回應，體現了對人工智能教育應用發展的深思熟慮與規范引導。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）聚焦了學生數字素養的培育。在教學方式上，新課標倡導真實性學習，在多樣化學習場景中學習和應用信息科技知識，提高學生學習積極性與參與度。[2]然而在實踐中，數字技術與教學活動的結合常浮于表層的“堆砌”[3]，人機協同層次較淺，師生關系和教學方式未能有效適應“師—機—生”三元互動的新格局。

因此本文提出，新課標背景下的教學實踐應充分利用生成式人工智能等智能技術，探索落實新課標要求的教學創新；信息科技教師需要深入理解生成式人工智能賦能信息科技課堂教學的耦合點，把握技術賦能課堂教學的發力點。

生成式人工智能賦能課堂教學應用分析

1.生成式人工智能特點與信息科技核心素養的關聯性

生成式人工智能具有創新內容生成、深度理解、自適應學習等特點，與義務教育階段的信息科技核心素養密切相關，主要體現在以下四個方面。

（1）人機交互促進信息意識發展

學生通過與生成式人工智能進行互動，獲取豐富的信息意識發展實踐機會，并學習如何有效提問生成式AI，甄別和評估生成的信息內容，提升信息加工能力[4]，從而培養和提高信息意識。

（2）問題解決策略強化計算思維

生成式人工智能在問題分解、模式識別、抽象思維、算法設計、邏輯推理和優化策略等方面表現出卓越能力。學生通過觀察和學習生成式人工智能的推理過程，可以深化對計算思維的理解，并在實際問題解決中應用所學知識，提高批判能力和問題解決能力。[5]

（3）動態生成性釋放學生創新意識

生成式人工智能憑借高效整理和創造性生成的特點，為學生提供了新的學習資源和工具，有助于學生有效管理學習資源，培養學生的創新能力和終身學習的習慣。學生可以利用其優勢自主學習和協同工作，發揮原創性思維，推動知識的創新和應用。

（4）信息安全與倫理問題引發信息社會責任發展

學生在使用生成式人工智能工具時，會直接面對諸如信息準確性、個人隱私泄露等數據安全與倫理問題，通過課前培訓和課中使用引導，能逐步明確使用規則，有助于形成正確的信息價值觀，成為具有責任感的數字公民。

2.生成式人工智能潛在教學優勢

第一，扮演多種智能角色，輔助教師教學及學生學習。第二，優化教學模式，在促進教育公平的同時提升教育質量。第三，促進深度人機協同。第四，提升學生高階思維。

3.常見生成式人工智能工具的教學應用分析

目前，生成式人工智能大模型主要分為文本生成、圖像生成、音頻生成和視頻生成四大類。上述分類并不完全獨立，眾多大模型具有跨模態生成的能力。常見的生成式人工智能工具的特色功能與教學應用場景如下表所示，教師可結合具體教學內容和教學活動設計選擇適合的工具。

生成式人工智能課堂應用原則

為減小技術帶來的負面影響，教師在課堂教學中應用生成式人工智能可以參考以下原則。

1.兼顧群體與個體學習需求

人工智能技術具備分析學情數據的能力，能夠準確診斷每位學生的學習起點和需求。該技術為定制化學習體驗提供了可能，也為教師備課工作帶來了新的挑戰：如何在班級授課中設計出既能滿足集體學習又能適應個體學習的活動。教師應明確，人工智能技術應作為面向全體學生教學的輔助工具，而不是完全取代課堂教學中的“生—師”互動。同時，為了確保教學活動的連貫性和系統性，應深入分析教學大綱，制訂分層教學目標，并適時調整教學內容，在此基礎上，合理且恰當地應用人工智能技術。只有這樣，才能既保障班級教學活動的順利進行，又促進學生高效地進行個性化學習。

2.協調興趣激發與投入度保持的關系

個性化助學功能是人工智能技術的突出優勢，能激發學生興趣，但倘若在課堂上濫用技術，可能會剝奪部分學生的主動思考能力[6]，或讓學生過于沉浸在人機互動中，從而導致注意力分散，無法緊跟教師的教學節奏。所以，教師在課堂中需要謹慎把握使用技術的時機和頻率，確保技術使用符合教學大綱、教學目標的要求，對個性化學習活動過程有細致的預設，如使用技術的生機比例、人機互動時長、指令詞示范等。

3.平衡預設性與生成性的比重

將生成式人工智能技術引入課堂，會為課堂生成性內容增添許多不可控因素。教師需精心策劃預設性教學內容與生成性學習活動的比重，以確保教學的有序進行。對于低年級的學生，可以提高課堂預設性教學內容的比重，幫助他們建立對基礎概念的理解，根據學生對知識的掌握情況，適度增加基于人工智能的自由探索活動；對于中高年級學生，則需提升基于人工智能技術的生成性學習活動在課堂教學中的比重，實現更豐富和深入的課堂探究學習。

4.聚焦人機互動的有效性

生成式人工智能的人機交互是以自然語言問答的方式進行，實現認知有效性的關鍵在于指令詞。指令詞對人工智能生成內容做出具體要求和限定規范，其精確程度直接影響生成式人工智能模型對問題的理解和回應質量。所以在課堂上，教師需給學生提供指令詞范例，監管學生的人機互動過程，注重交互中學生思維的主動性和積極性，并明確在借助生成式人工智能完成學習任務時，不可直接復制。

5.甄別生成內容的真實性與準確性

當前，訓練生成式人工智能的大規模數據的內容良莠不齊，因而不確定其答案生成的準確性，或存偏頗[7]；對于前沿的技術和研究問題，生成式人工智能的知識庫往往無法保持同步更新。此外，在面對復雜或需要高階思維的問題時，生成式人工智能的回答能力明顯不足，其提供的答案有時甚至是錯誤或捏造的。所以，教師在引導學生使用生成式人工智能時，務必對學生行為進行引導和規范，要確保學生既能積極擁抱新技術，又能審慎對待生成內容，具備辨別真偽的能力。

6.增強安全與隱私保護意識

生成式人工智能存在安全和倫理的應用隱患。在安全層面，生成式人工智能的算法依賴于龐大的數據集進行訓練，而這些數據往往未經嚴格檢驗和篩選，可能導致在人機互動過程中，個人敏感數據存在被非法獲取或泄露的風險；在倫理層面，生成式人工智能可能未經用戶許可就擅自收集其包括生物識別信息、健康狀況、行為偏好在內的個人敏感信息，可能導致個人信息被濫用。[8]在課堂上使用生成式人工智能，教師需要在學習過程中滲透信息安全和倫理規范的教育和引導，提升學生的數據保護意識和管理意識。

生成式人工智能賦能教學的策略

1.支持講授教學的教師備課策略

講授教學模式有利于學生在較短時間內獲得大量系統的間接知識，使教學活動有目的、有計劃地進行。講授教學模式需要高質量的教學內容支撐，在教師課前準備方面，生成式人工智能可極大提高備課效率。

（1）智能化備課輔助

目前常見的基于大語言模型工具基本都具備跨模態語義提取功能，能夠識別備課材料中覆蓋的關鍵概念，并形成學習目標，進而形成初步的教學設計方案，包括教學環節、師生活動和時間分配等具體信息。

（2）精準學情分析

利用生成式人工智能的數據分析能力，教師可以提前了解學生的學習水平和興趣點，針對性制訂教學計劃。例如，在編程教學中，在收集學生編程作業和在線練習數據后，使用生成式人工智能模型來分析學生的錯誤模式和概念理解深度，再基于學情分析，設計有針對性的輔導環節，以提高學生的概念理解和編程技能。

（3）個性化學習資源制作與推薦

生成式人工智能可以輔助教師高效率地制作定制化學習資源和教學課件。例如，在信息科技學科中，生成式人工智能可以在學情分析基礎上，為教師推薦適合學生年齡階段的編程平臺和相關模擬軟件等。

2.支持項目式學習活動的策略

項目式學習的重點在于將學生置于真實的問題情境中，引導學生以小組協作的方式探究并解決真實的、結構不良且動態變化的問題。[9]生成式人工智能在項目式學習的教學模式下，可以通過多種方式支持學生深度探究性學習活動。

（1）基于海量數據的精準推薦

學生可以通過使用生成式人工智能工具，發現更具有針對性的資料、案例等，可以更高效地收集信息、分析數據、形成觀點、可視化結果和釋放創意。

（2）多輪人機互動，提升思維品質

生成式人工智能可以根據學生提出問題的內容和背景，提供富有啟發性的回答，智能調整問題的難度和深度，在多輪交互中引導學生深入思考。

（3）角色扮演，增強沉浸感

生成式人工智能可以為項目式學習創設更真實的問題情境。通過創建不同身份的智能體，如虛擬工程師、虛擬研究員等，學生可以與虛擬專業人士進行身臨其境的互動問答，極大地增強了項目式學習的真實沉浸感。

（4）定制化多元評價

生成式人工智能能基于學生學習歷史與偏好，量身打造兼具挑戰性與個性化的分層任務；實時追蹤、評價學習進展和項目成果，不僅關注學生知識掌握情況，還對學生綜合素養展開評估。[10]

3.支持翻轉課堂學生協作的策略

生成式人工智能在翻轉課堂中的應用策略主要體現在支持學生進行高效協作學習方面。

（1）提高多人討論聚焦性

人工智能工具可以實現現場錄音，同步精準轉成文字與多語種翻譯，實時記下討論中的重點內容，提取關鍵概念，將零散無序的口頭語言快速轉化成可閱讀、修改、保存的文本信息。“討論留痕”可以幫助學生更加聚焦討論的內容。

（2）實現集體協作寫作高效性

人工智能技術不僅支持小組成員同時在同一文檔上進行實時協作和編輯，而且支持多人進行文檔整合，并提供措辭上的改進建議，確保文檔的專業性和準確性。

（3）優化課堂辯論的參與性

在傳統課堂的辯論活動中，學生參與度有限，而通過使用人工智能工具，更多的學生可以體驗和積極參與到辯論活動中。學生可以與模擬不同水平的虛擬對手進行辯論，熟悉辯論流程和思維策略。在模擬辯論過程中，人工智能還可以分析學生的辯論表現，提供實時反饋，指出表達中的邏輯漏洞以及可能的優化建議。

基于生成式人工智能的初中信息科技教學案例

本文選取浙教版信息科技七年級下冊第三單元“物聯網實踐”，通過部分教學設計片段，呈現生成式人工智能的典型應用，旨在為初中信息科技教師利用生成式人工智能開展項目式學習提供參考。

在本案例中，生成式人工智能在課堂教學中的應用主要集中在“選定主題、制訂計劃、實施計劃、評價反思”的項目式學習環節中，如圖1所示。

1.多輪人機互動，開闊創意思路

教師在以《“校園系統”物聯網系統原型》為項目式學習的范例進行講解后，提出核心知識“利用物聯網解決生活中的問題”，進而引導學生進行頭腦風暴：我們利用物聯網設計出什么樣的作品來解決實際問題？

教師按照組內異質、組間同質的原則將學生分組，每位組員圍繞主題，寫出初始創意。學生可與訊飛星火交流自己的創意，請它提出評價意見，還可根據界面提示繼續提問，記錄多輪對話時所觸發的新創意，或對自己原先的創意、生成式人工智能的創意，提出豐富或改進的設想。接著，小組長匯總小組成員的創意或設想，交給訊飛星火，讓其按照順序列出能付諸實施的創意清單，并確定最后的選題：智能花園小助手——基于物聯網的自動澆花與環境監測系統。

2.依據海量資源的精準推薦

學生圍繞選題向文心一言與訊飛星火尋求幫助，生成式人工智能將調用其知識庫，給出相關的物聯網設計的案例，或者直接根據項目題目（如圖2）生成初步的計劃安排供學生參考。對于該問題，文心一言的內容較為簡潔、清晰明了，訊飛星火生成的內容則更豐富。學生需根據二者給出的意見進行綜合考量，查閱相關資料，分解問題或項目，制訂實施策略和方案，設計思維導圖，提出預設功能和預期目標，并按照各自特長分工協作，規劃項目實施進度。教師組織學生對計劃展開交流，通過啟發、討論、交流形成可以真正實施的項目優化方案。

3.角色扮演，增強沉浸感與體驗感

學生可根據本項目主題“物聯網實踐”在豆包創建專屬AI智能體，如設置智能體對象名稱為“物聯網設計工程師”，描述設定對象的特征、功能等，豆包也可根據學生設置的名稱一鍵生成設定。學生可在項目式學習過程中與虛擬工程師進行多輪對話，增強學習體驗感。

4.個性定制化的多元評價

教師可向文一言提供項目式學習評價量規結構表，請它按照選題輔助制訂初步的學習評價，將評價標準前置，讓學生針對評價量規積極參與項目全過程，完善項目作品。同時，教師也可結合評價量規結構及文心一言生成的學習評價意見形成最終版本。

參考文獻：

[1]UNESCO（2023）.Guidance for Generative AI in Education and Research[EB/OL].[2023-10-01].https：//unesdoc.unesco.org/ark：/48223/pf0000386693.

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[10]楊宗凱，王俊，吳砥，等.ChatGPT/生成式人工智能對教育的影響探析及應對策略[J].華東師范大學學報：教育科學版，2023，41（07）：26-35.