生成式人工智能在智慧課堂應用中的挑戰與應對

關鍵詞：智慧課堂；生成式人工智能；ChatGPT；應用場景；挑戰與應對；創新路徑

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）28-0177-04

《新一代人工智能發展規劃》明確指出要抓住人工智能發展的重大機遇，加速推進智能時代教育信息化發展。黨的二十大報告明確強調“推進教育數字化”并將“智能化”學習作為重點，推動教育環境改革，推進智慧課堂普及與創新。國家相繼出臺了一系列政策文件，旨在建設人工智能支持下的智慧校園，探索混合式、合作式、體驗式、探究式等教學模式，加強整合式、項目式、定制化課程建設，并探索靈活開放的教學組織方式，構建家庭、學校、社會協同育人模式，最終實現差異化教學和個性化學習，促進教與學的人機協同，提高教學效率。以ChatGPT為代表的生成式人工智能（AIGC） 技術，憑借其在文本生成和語境理解方面的優勢，正深刻影響著教育領域，并將持續賦能教育數字化轉型，促進智慧課堂的普及和創新。

1 智慧課堂、大語言模型（LLM） 及生成式人工智能（AIGC） 的發展概況

1.1 智慧課堂

智慧課堂[1]是智慧教育的主陣地和主戰場，是智能技術與教育深度融合的重要領域。這里的“智慧”既指智能信息技術，又包含著人類的聰明才智，是兩者的深度融合。智慧課堂也稱未來課堂，是在智慧教育理念引領下，借助人工智能、大數據、物聯網等新一代信息技術構建的教學智能化、學習自主化、資源多樣化、場景泛在化的教育環境。隨著信息新技術的出現和不斷發展，智慧課堂發展大致經歷了三個階段[2]：第一階段（20世紀80—90年代），以個人計算機和互聯網為支撐，開啟了電化教育的時代；第二階段（2000—2010年），投影、電子白板等數字化設備的應用，標志著數字化教育階段的到來；第三階段（2010年至今），隨著人工智能、大數據、物聯網、云計算、AR/VR、元宇宙、區塊鏈等前沿技術的融入，智慧課堂邁入了智能化時代，教育環境也更加智能化、互動化和個性化。新穎的AIGC人工智能技術的出現，則進一步推動智慧課堂走向了智能時代。

1.2 大語言模型

大語言模型（LLM） [3]是指參數眾多、訓練數據量龐大的自然語言處理人工智能模型。自然語言處理（NLP） 領域的發展經歷了從規則到統計、從統計機器學習到深度學習的演變過程，如圖1所示。

2017年，谷歌大腦團隊提出的神經網絡架構Transformer，憑借其在訓練速度、并行度和通用性方面的優勢，迅速成為NLP領域的統治性框架，后續的許多模型都基于Transformer框架開發。

1.3生成式人工智能

生成式人工智能（Artificial Intelligence Generated Content） 是一種基于算法、模型、規則生成文本、圖片、聲音、視頻、代碼等內容的技術，代表著人工智能技術的最新發展方向。ChatGPT（Generative Pre-trainedTransformer） 是OpenAI開發的一款基于大語言模型的聊天機器人，自2018年發布以來歷經多次迭代。目前，最新版本為ChatGPT-4。ChatGPT能夠理解和生成自然語言文本，改變了以往的信息獲取方式。目前，國內外眾多科技公司推出了類似ChatGPT 的AIGC產品，例如：微軟的Bing、谷歌的Bard、百度的文心一言等。與Deep Blue和AlphaGo等專用人工智能應用不同，生成式人工智能具有更強的泛化能力和創造性，能夠應用于更廣泛的場景。

2 AIGC 在智慧課堂中的應用場景[4]

以ChatGPT為代表的生成式人工智能技術與智慧課堂的融合發展，將引領教育領域的深刻變革。其廣泛應用于學情分析、個性化教學方案的生成、智能助教、資源優化、人機互動、智慧評價與反饋等眾多場景。

1） 問題解答：ChatGPT能針對師生的提問，迅速給出相關的有用信息。對老師而言，就像一個助教，可以隨時出手相助；對學生而言，就像多了個智能學伴，課堂教學真正做到了“師師有助教、生生有學伴”。

2） 設計課程：ChatGPT可以為教師協助檢索和整理課程設計的教學材料，教師可帶有批判性地選擇性更新教學大綱、教學計劃、閱讀材料，設計指導書等，并根據相關內容提出設計新的思路。

3） 協助備課：除了課程設計，ChatGPT能夠很好地參與教研備課中，給老師一個起步的計劃，提供通識性和常態化的內容，幫助教師節省初始構思時間。

4） 課堂模擬：通過與ChatGPT進行模擬對話，從而更好地了解學生的問題，并做好課堂準備。

5） 課堂助教：ChatGPT可以為師生提供一個共享平臺，為學生解析概念及復雜內容，實時回答課堂疑問，為課堂教學的內容及方式提出合理化建議。

6） 師生互動：師生向ChatGPT提出問題，與課堂上的實質性討論相結合，讓討論更豐富，有利于學生完善思維、練習想法。

7） 作業批改：ChatGPT 可以自動批改學生的作業，并提供相應的評估和反饋。它能夠快速準確地檢查學生的答案，并給出建議和改進意見。這有助于教師更有效地管理學生的作業，及時發現問題和提供指導。

8） 個性化推薦：ChatGPT 首先收集學生詳細數據，如學習行為、反饋和表現等，對這些數據進行分析，了解學生的學習習慣、偏好和能力水平。根據學生的學習目標、學習進度和能力水平，量身定制個性化學習計劃，推薦與學生興趣和學習需求相匹配的學習資源，如教材、參考資料、練習題、視頻課程、在線講座等。

9） 協助研究：ChatGPT可以為教師提供有關研究思路和點子，協助檢索相關的研究文獻，整理文獻資料，推薦核心參考文獻。ChatGPT還可以指導學生寫論文，建議題目，概述結構，提供思路，并提供改進幫助和建議。

10） 虛擬實驗：ChatGPT可以創建虛擬實踐環境，讓學生在缺乏實體實驗室的情況下也能進行實踐教學。這不僅降低了實驗成本，還拓寬了實驗教學的邊界，學生能更靈活自主地安排學習時間和地點。

11） 職業指導：隨著時代的變遷、人工智能技術的興起，機器人取代了很多職業或崗位。同時，新技術革命也帶來許多新的技術工種及崗位。ChatGPT這類大語言模型的聊天機器人能根據學生提出的職業等工作要求，提供相關就業信息或潛在職業，指導學生就業。

12） 教育公平：教育公平是教育領域關注的重要問題，而ChatGPT可以為解決這一問題提供一種新的思路。ChatGPT可以通過語音和文字兩種方式與學生進行交互，為一些特殊的學生提供更加便捷的學習途徑。例如，視力障礙學生可以通過語音交互與Chat?GPT進行學習，聽力障礙學生可以通過文字交互進行學習。通過這種方式，教育資源和學習機會可以更加平等地分配和獲得。

13） 教育創新：傳統的教育模式往往是由教師單向傳授知識，而ChatGPT可以與學生進行互動，激發學生的學習興趣，培養學生的自主學習能力。此外，ChatGPT還可以利用數據分析和人工智能技術，為教師提供更加全面、準確的學生評估服務，顯著提高學生的學習效果。

3 AIGC 給智慧課堂帶來的挑戰與應對策略[5]

AIGC技術在智慧課堂的應用尚處于探索階段，面臨著一系列挑戰，需要師生和教學管理部門共同面對，通過不斷學習和實踐來適應教學變革。主要體現在以下幾個方面。

3.1 模型的公平性與偏見問題

AIGC是基于大模型訓練的人工智能，需要學習大量的人類語言，其中會包含失之偏頗、不公平不公正甚至錯誤信息，基于這類信息回答問題會產生偏見。例如，訓練中常用“他”代表醫生、用“她”代表護士，這種不平衡導致模型在性別傾向上存在偏見。此外，算法的“黑箱”設計，也會影響輸出結果的公允性。因而需通過數據加權等方式來降低數據不平衡影響；通過測試來選擇和完善公平算法。

3.2 數據隱私與安全性問題

AIGC大模型學習時會接觸到大量個人或組織的隱私數據，其中可能涉及師生信息泄露或濫用情況，威脅到數據及其他方面的安全。由于AIGC缺乏邏輯思維及自我判斷能力，也容易被不懷好意者用來發布負面信息。因而需要加強隱私保護教育；采用安全的傳輸協議、先進的數據加密和脫敏技術；建立數據管理制度以及加強數據的合規性審查。

3.3 抄襲或知識產權侵權問題

AIGC在生成圖文或音像文件時，可能會引用一些文獻等材料，但目前它還不能標注引用出處，也無法判斷是否侵犯了知識產權。因此，需要增強知識產權保護意識、優化大模型的版權保護機制，建立并踐行投訴舉報機制，對用AIGC技術生成的內容應予以明確標注。

3.4 意識形態及價值導向問題

由于AIGC訓練數據來源渠道紛雜，處理方式也有局限性，尤其是受到模型及算法的影響，對某些問題的理解和解答會存在明顯的偏差，甚至會生成一些不健康內容。因此，首先要建立正確的世界觀、價值觀。其次要加強內容審查及過濾，發現不良或違法信息時及時向有關部門報告，并封存日志信息。

3.5 獨立思考能力削弱問題

除了AIGC在技術方面存在諸多隱患，更令人擔憂nkC8ykzVYTPDXZSgFfgdvA==的是學生如果過度依賴AI工具，可能會逐漸喪失獨立思考及學習的能力。例如：學生依賴AIGC技術工具后，會借助AI工具提供思路或答案，這樣削弱了學生獨立思考和解決問題的能力；依賴AIGC技術學習新知識時，容易淺嘗輒止，忽略知識本質及內在聯系；借助AI寫作時易出現句式和觀點的雷同化，缺乏個人見解及深度思考。因而須明確AI的工具性和局限性，保持批判性思維，培養創新思維能力，不斷提高師生信息素養。

綜上所述，面對AIGC給智慧課堂帶來的種種挑戰，需要從技術、法律、道德和教育等多個層面采取應對策略。從技術層面上，不斷提高AIGC的質量和安全性，避免出現錯誤或濫用的情況；從法律層面上，制定合理和有效的規范和監管，保護師生的權益和責任；從道德層面上，培養師生對AIGC的正確和合理的態度和使用習慣，尊重其價值和尊嚴；從教育層面上，提高人們對AIGC的認識和理解，增強人們的判斷力和批判性思維以應對風險。

4 智能時代智慧課堂教學模式創新路徑初探

智能教育時代，教師不僅是知識的傳授者，更是學生學習的引導者和促進者。高校課堂教學應注重培養學生的自主性與解決問題的能力。以傾聽、信任、融入、緩沖等多種方式滿足學生的學習需要，激發和挖掘學生的學習和創新潛力。基于此，智能背景下高校智慧課堂教學應緊緊抓住“新”“疑”“放”“動”4個明顯特征[6]，“新”指以新思維、新技術讓學生獲得更好的成就感；“疑”即教師通過新理念、新方法促使學生敢于質疑、善于質疑；“放”是教師采用新的教學模式，讓學生無拘無束自由探索，學習已知、探索未知；“動”是教師提供更新、更豐富的平臺和機會，讓學生動手實踐，提升能力。智能時代智慧課堂教學模式應從提升教師信息素養及能力、巧妙運用網絡教學技能、與AIGC技術融合、建立教學評價及反饋機制等路徑進行創新，如圖2所示。

其中教師信息素養及能力提升是基礎，沒有教師信息素養的提升，后續的教學創新與改革將難以實施；網絡等現代教育技術的運用是推動教學模式創新變革的關鍵；以學生為中心是課堂教學模式創新的導向，所有的創新都應圍繞學生的需求和發展展開；差異化個性化教學是課堂教學新趨勢；與AIGC技術融合，則是智慧課堂教學模式創新的主要手段，未來的課堂教學將是教師-AI工具-學生三者間人機協同教學創新模式；評價與反饋是保障，通過科學的評價和反饋機制，可以及時發現和解決問題，確保教學模式的持續改進和優化。

4.1 培育教師信息技術素養，提高教師運用現代教育技術能力

智能教育離不開智能技術的支撐，更離不開教師的技術運用能力。這要求教師具備一定的信息技術素養，特別是人工智能、大數據、計算機網絡及云計算等方向的基本知識，并有能力將多元化的資源整合到一個教學平臺或管理系統中，便于學生隨時隨地獲取，大大提高學習效率。教師還應具備AIGC工具操作與應用的技能，指導學生合理運用AI工具。

4.2 突破傳統課堂的時空局限，巧妙運用網絡教學技能智能

時代課堂突破了時空限制[7]，教師可以靈活運用網絡教學技術，創作更加貼近學生需求的教學視頻、微課等，充分利用好慕課等網絡平臺。根據課程特點、教學目標以及學生的具體學習情況，教師可以多渠道、多時空安排學習內容和進度。

4.3 以學生為中心，組織豐富多樣的課堂教學方式

在基于學習產出的教育模式OBE（OutcomesbasedEducation） 理念指導下，以學生為中心，靈活運用團隊協作TBL（Team-based Learning） 、問題導向PBL（Problem-based Learning） 、基于挑戰式CBL（Challenge-based Learning） 、混合式BOPPPS（Bridge引入、Objective目標、Pre-assessment課前評估、Participa?tory learning 參與學習、Post-assessment 課后評估）等多種教學模式組織課堂教學。除傳統講授外，積極組織小組討論、協作探究、課題探索等多種教學方式。堅持“學用創”融合，讓學生在學中做、做中學、用中學、學中用、創中學、學中創。

4.4 因人而異，根據學生興趣、能力實施差異化、個性化教學

差異化個性化教學是根據學生的學習需要和現實條件，為學生提供有針對性的教學內容和方法，以適應不同的學習需求。AIGC技術能實時分析學生學習情況，為教師提供反饋及建議。通過師生與AIGC 工具的人機互動，教師可以結合學生的興趣愛好、學習能力等為學生制訂各自的學習目標，并為其提供相應的教學內容和教學資源，安排不同的學習任務及學習目標，并適時地進行調整，以提高學生的學習積極性和自主性。

4.5 與AIGC 合作，培養學生問題意識、批判性思維和創新能力

提出問題是重要的學習能力之一。智慧課堂教學應盡量減少記憶性學習，而應鼓勵學生積極思考、主動提問。師生可以利用AIGC技術創設問題情境，通過人機對話啟發學生發現問題、提出問題乃至解決問題，并在學習中逐步形成問題意識、好奇心及想象力。批判性思維和結構性思維是高等教育的基本目標，教師可以利用ChatGPT等AIGC工具，引導學生對信息進行分析、評估和反思，并鼓勵學生進行邏輯推理和系統思考，從而培養學生的批判性思維和結構性思維。由于AIGC人工智能的局限性，很可能出現“一本正經地胡說八道”的虛假信息，或可能收到低質量文本。通過案例分析，對這些輸出進行反思，并為AI 提供足夠有針對性的信息后，形成正確的論點。此外，利用ChatGPT等AIGC工具，學生可以自由探索跨學科領域知識，結合不同學科的理論方法去解決復雜問題。這些與AIGC的互動，可以有效培養學生批判性思維、綜合思維、個體創造力、價值判斷等高階思維能力，為未來生活與職業發展做準備。

4.6 打破陳規，建立一套行之有效的課堂教學評價及反饋機制

OBE理念要求改變傳統的教學模式和評價方式，從以“教”為中心轉變為以“學”為中心，強調學生的能力和學習成果，突出學生的主體地位。在AIGC生成式人工智能的背景下，知識大爆炸，知識的地位卻逐漸下降，評價標準應從傳統固化的知識目標轉向以問題意識、好奇心、想象力、個體創造力、批判性思維、價值判斷等素養為基座的能力標準，逐步形成激發教師教學提升動力、追求教與學內在價值的課堂教學評價體系，并將評價結果及時反饋給評價對象，以達成促進教師改進教學、增強學生學習效果的目標。

5 結束語

以ChatGPT為代表的生成式人工智能技術對未來課堂的創新化教學、個性化學習支持、智能化輔導、跨學科知識融合、精準評估與反饋、教育公平與普及等無疑會起到積極的促進作用。但它畢竟還是機器，對大規模的文本、數據等信息的真實性難以自辨真偽，還會帶來個人信息泄露等倫理問題以及抄襲侵權等問題。作為一種高級技術工具，它能快速輕松回答各種問題，但并不具備批判性思維及社會情感。因此，對于生成式人工智能技術，在智慧課堂上師生既要抓住機遇積極應用，又要主動出擊防范風險。未來，隨著技術的不斷進步和應用場景的拓展，AIGC技術在個性化教學方案的生成、人機協同的增強、評價體系的革新及智慧教育生態系統的構建等多方面為智慧教學注入新動力，為智慧課堂教學模式的創新增添新活力。