生成式人工智能賦能創(chuàng)新人才培養(yǎng)

為落實五育并舉，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)湖畔小學(xué)打造“湖畔智能種植園”勞動基地，開發(fā)“未來工程師：設(shè)計智能種植園”等跨學(xué)科學(xué)習(xí)項目，旨在通過設(shè)計方案、創(chuàng)想繪圖、發(fā)布方案及拓展學(xué)習(xí)等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生了解智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展情況，借助大模型探索智能種植園的設(shè)計，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識解決真實問題，提高組合型創(chuàng)新能力、可視化表達(dá)能力、批判性思維能力，增強(qiáng)信息社會責(zé)任感，從而發(fā)揮生成式人工智能在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的作用。

一、設(shè)計方案，培養(yǎng)組合型創(chuàng)新能力

組合型創(chuàng)新指利用創(chuàng)新思維將已知的若干事物合并成一個新的事物，使其在性能和服務(wù)功能等方面發(fā)生變化，以產(chǎn)生新的價值。在項目實施之前，為培養(yǎng)學(xué)生的組合型創(chuàng)新能力，教師利用生成式人工智能工具獲取多個智能種植園的設(shè)計方案并發(fā)送給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)學(xué)。

這些設(shè)計方案涵蓋不同的種植園布局、設(shè)備選型、智能控制系統(tǒng)等方面的內(nèi)容。教師在課堂上引導(dǎo)學(xué)生對比分析這些內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)智能種植園的設(shè)計要綜合考慮種植規(guī)模、植物種類、氣候條件、預(yù)算等因素，并選擇合適的設(shè)備。例如，對于種植熱帶水果的種植園，要設(shè)計具有良好的通風(fēng)和遮陽功能的溫室結(jié)構(gòu)，以及適合熱帶植物生長的灌溉和施肥系統(tǒng)。在學(xué)生形成基本的設(shè)計思路后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行組合創(chuàng)新。學(xué)生嘗試整合不同方案的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合自己的創(chuàng)意和對種植園的理解，設(shè)計智能種植園規(guī)劃方案。例如，第1組學(xué)生將一種方案中的智能灌溉系統(tǒng)與另一種方案中的智能監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，并添加自己設(shè)計的控制模塊，實現(xiàn)了高效、精準(zhǔn)管理種植園的設(shè)計效果。

在對方案進(jìn)行分析、選擇和組合優(yōu)化的過程中，學(xué)生需要運(yùn)用植物學(xué)知識判斷植物的生長需求，運(yùn)用電子技術(shù)選擇和連接設(shè)備，運(yùn)用人工智能技術(shù)設(shè)計智能控制系統(tǒng)。這種跨領(lǐng)域知識和技能的學(xué)習(xí)提升了學(xué)生的組合型創(chuàng)新能力。

二、創(chuàng)想繪圖，提升可視化表達(dá)能力

在設(shè)計智能種植園的實踐過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生利用生成式人工智能工具中的“繪圖助手”等進(jìn)行創(chuàng)想繪圖。例如，在設(shè)計智能種植園的布局時，學(xué)生輸入詳細(xì)指令“繪制智能種植園布局圖，清晰展示種植區(qū)域、灌溉系統(tǒng)布局、感應(yīng)燈位置以及不同植物種植區(qū)域的劃分”之后，“繪圖助手”會依據(jù)指令生成相應(yīng)的草圖（如圖1-1、圖1-2），幫助學(xué)生更好地把握智能種植園的空間結(jié)構(gòu)和各功能區(qū)之間的關(guān)系。

借助草圖，學(xué)生可以一目了然地看到種植區(qū)域如何劃分、灌溉系統(tǒng)如何分布、感應(yīng)燈位于何處等關(guān)鍵信息。這對于學(xué)生優(yōu)化智能種植園的設(shè)計方案，合理安排各個區(qū)塊的位置和功能具有指導(dǎo)價值。

智能繪圖工具不僅為學(xué)生提供了可視化的設(shè)計平臺，還為學(xué)生的創(chuàng)意表達(dá)提供了廣闊的空間。教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)對智能種植園的理解，個性化地修改和完善草圖，將自己的創(chuàng)新思維融入設(shè)計方案中，使其更具個性和創(chuàng)意。一名學(xué)生根據(jù)之前對方案設(shè)計的構(gòu)想，調(diào)整了草圖1-1的設(shè)計——針對周末不會到學(xué)校了解植物生長狀態(tài)的實際，增添了植物生長檢測儀。這種檢測儀不僅能時刻監(jiān)測植物的生長情況，還能預(yù)測澆水、施肥、授粉等的合適時間段，使設(shè)計方案更加符合實際需求。

草圖設(shè)計完成后，教師發(fā)布“巡游問診”任務(wù)，讓每個小組選派2名學(xué)生留在本組負(fù)責(zé)介紹方案，其余學(xué)生則到其他小組像醫(yī)生問診一樣提出諸如“種植區(qū)域的劃分是否合理？”“灌溉系統(tǒng)的設(shè)計如何滿足不同植物的需求？”等問題，促使學(xué)生不僅深入思考自己的方案，還在互動交流的過程中掌握更多的設(shè)計要點(diǎn)和注意事項。

三、發(fā)布方案，發(fā)展批判性思維能力

在完成智能種植園的設(shè)計、繪圖工作之后，教師組織學(xué)生以小組為單位，從智能種植園的整體規(guī)劃理念、智能化系統(tǒng)設(shè)計、預(yù)期效果等方面全面、詳細(xì)地介紹與展示方案。為了讓更多的小組獲得展示機(jī)會，教師采取了兩種方案：一是讓學(xué)生在智慧學(xué)習(xí)平臺上用圖片、文字、語音或視頻的形式展示，二是小組現(xiàn)場展示。在展評過程中，展示小組的學(xué)生要傾聽他人的意見和建議，思考如何根據(jù)反饋信息改進(jìn)和優(yōu)化自己的方案。第4小組學(xué)生在學(xué)習(xí)平臺上用圖片（略）與文字說明相結(jié)合的方式呈現(xiàn)了設(shè)計的整個過程，并介紹：“智能種植園的中心位置是植物種植區(qū)，最下面的位置是機(jī)器人存放處。澆水機(jī)器人可以沿著外圍的道路給植物澆水，除草機(jī)器人和修剪機(jī)器人可以深入種植區(qū)內(nèi)部除草和修剪?！痹u價時，一名學(xué)生提出加裝土壤和環(huán)境溫濕度傳感器使?jié)菜康念A(yù)測更精準(zhǔn)的建議。第4小組結(jié)合評價建議對方案進(jìn)行了修改，讓種植園更加智能化。

教師還引導(dǎo)學(xué)生使用大模型對設(shè)計方案進(jìn)行評價，并結(jié)合大模型對設(shè)計方案提出的建議展開組內(nèi)討論，進(jìn)而有針對性地完善方案。學(xué)生將設(shè)計方案“我們設(shè)計的是智能種植園，目標(biāo)用戶是學(xué)校師生。種植園配備智能感應(yīng)燈用于夜間照明，配備智能除草機(jī)維護(hù)植物生長環(huán)境。種植區(qū)種植蔬菜和花卉，采用盆栽和地栽相結(jié)合的方式。智能設(shè)備放置區(qū)合理放置各種智能設(shè)備。請評價該方案”輸入大模型中。隨后，大模型給出評價：“該方案具有一定的合理性。優(yōu)點(diǎn)是考慮到了目標(biāo)用戶需求，智能設(shè)備的選擇符合種植園基本管理需求，但存在一些問題，比如智能感應(yīng)燈的亮度和感應(yīng)范圍是否適合種植園實際情況尚未明確……”這樣教學(xué)有助于學(xué)生完善設(shè)計方案，提高設(shè)計水平，進(jìn)一步發(fā)展批判性思維能力。

四、拓展學(xué)習(xí)，增強(qiáng)信息社會責(zé)任感

在拓展環(huán)節(jié)，教師先讓學(xué)生說一說學(xué)習(xí)收獲以及沒有解決的問題，然后引導(dǎo)學(xué)生討論智慧農(nóng)業(yè)對環(huán)境保護(hù)的意義，最后利用生成式人工智能工具為學(xué)生推薦關(guān)于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、人工智能在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的創(chuàng)新應(yīng)用、智能種植園對生態(tài)環(huán)境的影響等閱讀材料，以及智慧植物學(xué)課程、趣味智能種植實驗課程等在線課程。通過課后學(xué)習(xí)這些拓展閱讀材料和在線課程，學(xué)生拓寬了知識面，加深了對智能種植園相關(guān)領(lǐng)域知識的了解，體會到生成式人工智能的應(yīng)用價值，形成了理性看待和使用生成式人工智能技術(shù)的認(rèn)識，增強(qiáng)了信息社會責(zé)任感。

生成式人工智能為教育領(lǐng)域注入了創(chuàng)新元素。值得注意的是，我們必須認(rèn)識到要引導(dǎo)學(xué)生合理使用人工智能工具，避免過度依賴，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和社會責(zé)任感的高素質(zhì)人才奠定基礎(chǔ)。

（作者單位：武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)湖畔小學(xué)）

責(zé)任編輯 劉佳