人工智能在社會(huì)性科學(xué)議題教學(xué)中的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，人工智能為教育教學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”）要求學(xué)生關(guān)注社會(huì)性科學(xué)議題并參與討論，但在教學(xué)中，受教學(xué)時(shí)間緊張和議題資料收集困難等因素影響，社會(huì)性科學(xué)議題的教學(xué)效果往往不盡如人意。為解決這一問(wèn)題，筆者探索利用生成式人工智能輔助教學(xué)，以“轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性”為例，應(yīng)用人機(jī)互動(dòng)模式，引導(dǎo)學(xué)生深入探討這一社會(huì)性科學(xué)議題，以提升學(xué)生的批判性思維和科學(xué)素養(yǎng)。

一、人工智能時(shí)代社會(huì)性科學(xué)議題教學(xué)分析

以人工智能為代表的信息技術(shù)是新一輪教育創(chuàng)新發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，利用人工智能促進(jìn)教育變革創(chuàng)新已成為世界各國(guó)重要的戰(zhàn)略方向，而開展人工智能賦能教與學(xué)的研究是發(fā)展“人工智能+教育”的核心任務(wù)^[1]。在此背景下，如何利用人工智能賦能課堂教學(xué)成為當(dāng)前研究的核心任務(wù)之一。課標(biāo)指出：學(xué)生應(yīng)關(guān)注社會(huì)性科學(xué)議題，參與討論并做出理性解釋。由于個(gè)人立場(chǎng)、價(jià)值觀等有差異，這些社會(huì)性問(wèn)題往往存在爭(zhēng)議，一般沒有最優(yōu)解決方案，具有開放性^[2]。社會(huì)性科學(xué)議題作為將科技與社會(huì)相連接的教育主題，其在教學(xué)中的融合對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)科學(xué)思維方式、科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任都具有重要意義。開展基于社會(huì)性科學(xué)議題的教學(xué)能提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平，是落實(shí)我國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)要求的有效嘗試^[3]。教學(xué)過(guò)程中，受限于教學(xué)時(shí)間緊張、議題資料收集困難等因素，社會(huì)性科學(xué)議題的教學(xué)效果往往受到挑戰(zhàn)。以ChatGPT為代表的生成式人工智能基于自然語(yǔ)言處理技術(shù)，能模擬人類對(duì)話方式與用戶進(jìn)行交互，具有強(qiáng)大的內(nèi)容理解與生成能力。該技術(shù)的出現(xiàn)為有效實(shí)施社會(huì)性科學(xué)議題教學(xué)提供了新的可能性。

（一）生成式人工智能的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

在本課例中，筆者重點(diǎn)探索如何開展多輪對(duì)話和人機(jī)互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生深入理解轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性問(wèn)題。為此，設(shè)計(jì)了一系列基于“轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性”這一科學(xué)議題的專屬生成式人工智能體（以下簡(jiǎn)稱“智能體”），以確保有效支持學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。利用字節(jié)跳動(dòng)公司開發(fā)的“扣子”平臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)智能體。為幫助學(xué)生多角度充分發(fā)表見解，筆者設(shè)計(jì)了六大智能體，分別對(duì)應(yīng)不同的立場(chǎng)相關(guān)者，包括“轉(zhuǎn)基因科學(xué)家”“轉(zhuǎn)基因食品供應(yīng)商”“傳統(tǒng)食品供應(yīng)商”“政府工作人員”“普通消費(fèi)者”“轉(zhuǎn)基因食品消費(fèi)者”。其中，“轉(zhuǎn)基因科學(xué)家”“轉(zhuǎn)基因食品供應(yīng)商”“政府工作人員”“轉(zhuǎn)基因食品消費(fèi)者”對(duì)轉(zhuǎn)基因食品持支持態(tài)度，“傳統(tǒng)食品供應(yīng)商”和“普通消費(fèi)者”則持反對(duì)態(tài)度。這些角色的觀點(diǎn)可能一致，但因角色立場(chǎng)不同，支撐其觀點(diǎn)的理由各有不同。例如，“轉(zhuǎn)基因科學(xué)家”重視科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而“轉(zhuǎn)基因食品供應(yīng)商”則更關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益。基于特定角色設(shè)計(jì)多個(gè)智能體在教學(xué)過(guò)程中能幫助學(xué)生理解。面對(duì)同一議題，不同立場(chǎng)的人可能基于不同的動(dòng)機(jī)做出不同的判斷，這有利于學(xué)生深入認(rèn)識(shí)社會(huì)性科學(xué)議題的復(fù)雜性。

為了確保智能體的回答能準(zhǔn)確反映其角色的專業(yè)領(lǐng)域和立場(chǎng)，我們需要借助平臺(tái)為智能體設(shè)計(jì)符合角色立場(chǎng)的提示詞并導(dǎo)入相關(guān)插件。例如，將“轉(zhuǎn)基因科學(xué)家”角色設(shè)定為“講科學(xué)講實(shí)證，提供豐富的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù)佐證觀點(diǎn)”，該智能體的提示詞設(shè)定和導(dǎo)入的插件需要為其“人設(shè)”服務(wù)。教師可以使用以下的提示詞對(duì)該智能體的人設(shè)和回復(fù)邏輯進(jìn)行初步設(shè)定：“你是一名熱衷于科普且堅(jiān)定支持轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的科學(xué)家，能夠運(yùn)用豐富詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)以及科學(xué)原理，以清晰易懂的方式為大眾闡釋經(jīng)過(guò)嚴(yán)格安全審查的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性。”接著可利用平臺(tái)自帶的AI提示詞優(yōu)化功能自動(dòng)優(yōu)化提示詞，使提示詞符合平臺(tái)的格式規(guī)范要求。設(shè)定智能體的“人設(shè)與回復(fù)邏輯”之后就可創(chuàng)建一個(gè)大致符合要求的智能體，但仍需要不斷測(cè)試優(yōu)化。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該智能體的回答過(guò)于簡(jiǎn)略，且沒有提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)證明轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性。為使智能體的回復(fù)更符合角色邏輯，需要對(duì)該智能體的“人設(shè)與回復(fù)邏輯”進(jìn)行優(yōu)化并為智能體導(dǎo)入必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)插件供其調(diào)用。經(jīng)過(guò)多輪測(cè)試與迭代優(yōu)化，該智能體的回應(yīng)已基本符合預(yù)期，能夠在教學(xué)中為學(xué)生提供可靠的支持（如圖1）。其余智能體也按此方法設(shè)計(jì)。

（二）教學(xué)思路與目標(biāo)分析

長(zhǎng)久以來(lái)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其產(chǎn)品的安全問(wèn)題一直飽受爭(zhēng)議。筆者選擇“轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性”作為議題，引入生成式人工智能輔助教學(xué)，應(yīng)用人機(jī)互動(dòng)教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生深入探討“轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性”。本課例，筆者依據(jù)課標(biāo)模塊3中的大概念6“生物技術(shù)在造福人類社會(huì)的同時(shí)也可能會(huì)帶來(lái)安全與倫理問(wèn)題”設(shè)計(jì)教學(xué)方案，緊扣重要概念6.1“轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性引發(fā)社會(huì)的廣泛關(guān)注”和6.1.2“探討轉(zhuǎn)基因技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中帶來(lái)的影響”這一次位概念，在“人機(jī)對(duì)話”活動(dòng)中達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。筆者安排1課時(shí)完成本節(jié)教學(xué)任務(wù)，內(nèi)容如圖2所示。

學(xué)生在第3章的學(xué)習(xí)中已經(jīng)認(rèn)識(shí)到轉(zhuǎn)基因技術(shù)的核心原理及基本程序，或多或少了解或接觸過(guò)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，但缺乏對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的深度思考，對(duì)于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的相關(guān)政策法規(guī)研究不多。基于學(xué)情分析和課標(biāo)要求，筆者為學(xué)生定下具體學(xué)習(xí)目標(biāo)：①與生成式人工智能對(duì)話，收集資料與證據(jù)，說(shuō)出轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性引發(fā)廣泛爭(zhēng)議的原因。（重點(diǎn)）②與生成式人工智能對(duì)話，獲取信息后從不同角度論證轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性問(wèn)題，經(jīng)過(guò)科學(xué)論證后，最終能理性看待轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性問(wèn)題。（重、難點(diǎn)）③與生成式人工智能對(duì)話，了解我國(guó)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的相關(guān)政策法規(guī)，深化對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的認(rèn)識(shí)。

二、教學(xué)流程及效果

在該課例中，筆者引入生成式人工智能作為學(xué)生的“虛擬導(dǎo)師”和“智能學(xué)伴”，通過(guò)多輪互動(dòng)對(duì)話，幫助學(xué)生深入探討“轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性”這一社會(huì)性科學(xué)議題。以下是教學(xué)實(shí)施的具體步驟及效果分析。

（一）情境導(dǎo)入，引出議題

課程開始時(shí)，筆者介紹2018年由我國(guó)學(xué)者崔凱發(fā)起的一項(xiàng)全國(guó)范圍的轉(zhuǎn)基因食品認(rèn)知調(diào)查，結(jié)果顯示約有一半的公民對(duì)轉(zhuǎn)基因食品持否定態(tài)度。接著提出問(wèn)題：“你認(rèn)為轉(zhuǎn)基因食品安全嗎？你愿意食用轉(zhuǎn)基因食品嗎？”學(xué)生各抒己見，表達(dá)觀點(diǎn)。有的認(rèn)為不管安不安全只要好吃就行，有的則受到家人的影響認(rèn)為不安全，有的學(xué)生則堅(jiān)定地選擇不食用轉(zhuǎn)基因食品。筆者做總結(jié)，肯定學(xué)生是基于一定的理由和依據(jù)做出判斷，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到在做出任何決策之前都需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密推理、深入思考并有充足的科學(xué)依據(jù)做支撐。轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品到底安不安全，同樣需要科學(xué)論證。

（二）收集資料，梳理爭(zhēng)議

隨后，筆者播放關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品安全的新聞報(bào)道，提出問(wèn)題：“為什么轉(zhuǎn)基因技術(shù)在日常生活中廣泛應(yīng)用，但涉及食品領(lǐng)域時(shí)，會(huì)引發(fā)如此大的爭(zhēng)議？”由此引導(dǎo)學(xué)生與智能體對(duì)話，探究引發(fā)基因產(chǎn)品安全爭(zhēng)議的原因。

學(xué)生：為什么轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品會(huì)引發(fā)巨大爭(zhēng)議？

智能體（簡(jiǎn)略）：以下是我對(duì)該問(wèn)題的理解。①科學(xué)認(rèn)知差異，很多人缺乏相關(guān)的科學(xué)背景知識(shí)，難以準(zhǔn)確理解轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的原理和安全性，導(dǎo)致對(duì)未知事物心存恐懼；②安全擔(dān)憂；③利益相關(guān)方影響；④媒體傳播等。

學(xué)生：如果我作為一名科學(xué)家向公眾解釋轉(zhuǎn)基因食品是安全的，能否打消公眾疑慮？

智能體：我認(rèn)為不一定，原因如下。①信任的建立需要時(shí)間；②認(rèn)知局限難以突破；③信息來(lái)源多元化；④對(duì)公正性的質(zhì)疑，公眾會(huì)懷疑科學(xué)家的解釋是否受到了商業(yè)利益的影響等。

通過(guò)人機(jī)互動(dòng)，學(xué)生逐漸了解引發(fā)議題爭(zhēng)議的原因，并梳理出相關(guān)爭(zhēng)議點(diǎn)。在此過(guò)程中，學(xué)生不再是知識(shí)的被動(dòng)接受者，而是通過(guò)與智能體的互動(dòng)不斷構(gòu)建知識(shí)。學(xué)生的主體性地位得到體現(xiàn)。

（三）開展活動(dòng)，科學(xué)論證

筆者接著播放一位教授關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品的觀點(diǎn)視頻，并提問(wèn)：“不同社會(huì)背景的人，基于不同的立場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生不同的觀點(diǎn)。如果你是這位教授會(huì)如何看待轉(zhuǎn)基因食品呢？”接著，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行角色扮演，以不同的角色與智能體互動(dòng)，獲取信息后從各自的角度闡述自己的觀點(diǎn)。

學(xué)生需要基于所扮演角色的特定立場(chǎng)與智能體互動(dòng)獲取資料。在與智能體互動(dòng)時(shí)，他們關(guān)注的議題側(cè)重點(diǎn)和需要智能體所提供的背景信息各不相同，這正是教師在課前基于特定議題設(shè)計(jì)智能體的原因所在。相比于未經(jīng)設(shè)定的智能體，經(jīng)過(guò)特定提示詞和插件設(shè)計(jì)的智能體具有更強(qiáng)的針對(duì)性，能夠從特定的角度和更小的范圍與學(xué)生討論轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性。專屬智能體的引入，可以確保學(xué)生在討論中獲得更精確的與角色相關(guān)的背景資料，從而引導(dǎo)他們以更符合角色立場(chǎng)的角度深入探討議題。

為了獲得足以支撐自己觀點(diǎn)的證據(jù)，學(xué)生需要逐步增加提問(wèn)的深度和廣度。筆者要求學(xué)生基于綜合智能體提供的信息和自己的思考，提出自己的觀點(diǎn)（掃碼看圖）并進(jìn)行論證。在與智能體的互動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)過(guò)搜集、整理、加工、傳輸、反饋、再加工和再反饋信息的過(guò)程完成社會(huì)性科學(xué)議題的討論。采用這種循序漸進(jìn)的模式對(duì)話，學(xué)生不僅擴(kuò)展了知識(shí)廣度，而且增加了思維的深度，學(xué)會(huì)了如何批判性地看待問(wèn)題，并結(jié)合證據(jù)得出科學(xué)的結(jié)論。

（四）師生總結(jié)，科學(xué)決策

在總結(jié)和決策環(huán)節(jié)，筆者提問(wèn)：“經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的監(jiān)管和科學(xué)評(píng)估，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品被認(rèn)為是安全且有益的，我國(guó)為了確保這些產(chǎn)品的安全性采取了哪些措施？”隨后，引導(dǎo)學(xué)生與智能體對(duì)話，了解我國(guó)在轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全監(jiān)管方面的政策和法規(guī)，深化對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的認(rèn)識(shí)。在多輪互動(dòng)和科學(xué)論證過(guò)程中，學(xué)生逐漸形成了統(tǒng)一的觀點(diǎn)：“在嚴(yán)格的監(jiān)管和科學(xué)評(píng)估基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品是安全且有益的，應(yīng)該理性看待轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性。”這一觀點(diǎn)的形成不僅依賴于生成式人工智能在信息收集和知識(shí)獲取方面提供的幫助，更得益于學(xué)生在與智能體互動(dòng)過(guò)程中，對(duì)自身認(rèn)知的持續(xù)反思與調(diào)整。

三、教學(xué)反思與技術(shù)優(yōu)化方向

本課例，筆者引入生成式人工智能輔助社會(huì)性科學(xué)議題教學(xué)，顯著提升了教學(xué)效果。生成式人工智能憑借其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)資源和交互模式，展現(xiàn)出巨大的教學(xué)潛力。學(xué)生與生成式人工智能對(duì)話，不僅加深了對(duì)復(fù)雜議題的理解，而且在批判性思維、問(wèn)題解決、信息提煉和提問(wèn)能力等方面取得了顯著進(jìn)步。此外，生成式人工智能能夠根據(jù)學(xué)生的不同需求提供定制化的學(xué)習(xí)支持，幫助他們?cè)诟髯缘睦斫鈱哟紊先〉眠M(jìn)步，豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容的呈現(xiàn)形式，使課堂更加生動(dòng)有趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高了課堂活動(dòng)參與度。

然而，生成式人工智能在教學(xué)應(yīng)用中也暴露出一些局限性。例如，因?yàn)槠淙匀浑y以充分理解信息和分析信息內(nèi)在的邏輯關(guān)系，因此很容易生成不合理的內(nèi)容或者犯事實(shí)性的錯(cuò)誤，這種事實(shí)性的錯(cuò)誤容易誤導(dǎo)不具備專業(yè)知識(shí)或相關(guān)常識(shí)的學(xué)習(xí)者，引起學(xué)習(xí)迷航與認(rèn)知障礙^[4]。首先，生成式人工智能在理解信息和分析信息內(nèi)在邏輯關(guān)系方面仍存在不足，容易生成不合理的內(nèi)容或犯事實(shí)性錯(cuò)誤，這可能誤導(dǎo)缺乏專業(yè)知識(shí)的學(xué)生，引發(fā)學(xué)習(xí)迷航和認(rèn)知障礙。其次，生成式人工智能應(yīng)用的互動(dòng)深度和個(gè)性化程度有限，若使用不當(dāng)，可能導(dǎo)致學(xué)生過(guò)度依賴技術(shù)，削弱自主思考能力。此外，智能體在情感化表達(dá)的響應(yīng)能力方面也存在不足。

為突破這些局限，未來(lái)可以從以下方面優(yōu)化應(yīng)用：構(gòu)建學(xué)科專屬知識(shí)庫(kù)，整合權(quán)威期刊與政策文件；開發(fā)協(xié)作模塊，支持學(xué)生之間的觀點(diǎn)交鋒；加強(qiáng)教師的技術(shù)培訓(xùn)，提升其倫理風(fēng)險(xiǎn)管理能力。技術(shù)的教育價(jià)值在于人文關(guān)懷與工具理性的平衡，只有這樣，才能為學(xué)生的全面發(fā)展提供有效支撐。

注：本文系“基于‘A+課堂派’的《貴州省生態(tài)地標(biāo)賞析》課程教學(xué)改革實(shí)踐”（編號(hào)：[2021]SJG 第 2021065 號(hào)）、貴州師范大學(xué)2023—2024學(xué)年校級(jí)課程思政示范項(xiàng)目——《貴州省生態(tài)地表賞析》示范課程（編號(hào)：2023KCSZ13）、2022年度貴州省級(jí)“金課”——貴州省生態(tài)地標(biāo)賞析（編號(hào)：2022JKHH0109）的研究成果。

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（作者明丹系貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究生；劉杰系貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授；王惠芹系貴州大學(xué)附屬中學(xué)高級(jí)教師）

責(zé)任編輯：祝元志