人工智能在社會性科學(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)域帶來了新的機遇。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標(biāo)”）要求學(xué)生關(guān)注社會性科學(xué)議題并參與討論，但在教學(xué)中，受教學(xué)時間緊張和議題資料收集困難等因素影響，社會性科學(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)用人機互動模式，引導(dǎo)學(xué)生深入探討這一社會性科學(xué)議題，以提升學(xué)生的批判性思維和科學(xué)素養(yǎng)。一、人工智能時代社會性科學(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)動力，利用人工智能促進教育變革創(chuàng)新已成為世界各國重要的戰(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)注社會性科學(xué)議題，參與討論并做出理性解釋。由于個人立場、價值觀等有差異，這些社會性問題往往存在爭議，一般沒有最優(yōu)解決方案，具有開放性[2]。社會性科學(xué)議題作為將科技與社會相連接的教育主題，其在教學(xué)中的融合對于學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識，培養(yǎng)科學(xué)思維方式、科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任都具有重要意義。開展基于社會性科學(xué)議題的教學(xué)能提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平，是落實我國課程標(biāo)準(zhǔn)要求的有效嘗試[3]。教學(xué)過程中，受限于教學(xué)時間緊張、議題資料收集困難等因素，社會性科學(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言處理技術(shù)，能模擬人類對話方式與用戶進行交互，具有強大的內(nèi)容理解與生成能力。該技術(shù)的出現(xiàn)為有效實施社會性科學(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)計與優(yōu)化在本課例中，筆者重點探索如何開展多輪對話和人機互動，引導(dǎo)學(xué)生深入理解轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性問題。為此，設(shè)計了一系列基于“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)跳動公司開發(fā)的“扣子”平臺來設(shè)計智能體。為幫助學(xué)生多角度充分發(fā)表見解，筆者設(shè)計了六大智能體，分別對應(yīng)不同的立場相關(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”“普通消費者”“轉(zhuǎn)基因食品消費者”。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)基因食品消費者”對轉(zhuǎn)基因食品持支持態(tài)度，“傳統(tǒng)食品供應(yīng)商”和“普通消費者”則持反對態(tài)度。這些角色的觀點可能一致，但因角色立場不同，支撐其觀點的理由各有不同。例如，“轉(zhuǎn)基因科學(xué)家”重視科學(xué)研究和實驗數(shù)據(jù)，而“轉(zhuǎn)基因食品供應(yīng)商”則更關(guān)注經(jīng)濟效益。基于特定角色設(shè)計多個智能體在教學(xué)過程中能幫助學(xué)生理解。面對同一議題，不同立場的人可能基于不同的動機做出不同的判斷，這有利于學(xué)生深入認(rèn)識社會性科學(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，我們需要借助平臺為智能體設(shè)計符合角色立場的提示詞并導(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)講實證，提供豐富的科學(xué)實驗證據(jù)佐證觀點”，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該智能體的人設(shè)和回復(fù)邏輯進行初步設(shè)定：“你是一名熱衷于科普且堅定支持轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的科學(xué)家，能夠運用豐富詳細(xì)的實驗證據(jù)以及科學(xué)原理，以清晰易懂的方式為大眾闡釋經(jīng)過嚴(yán)格安全審查的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性?！苯又衫闷脚_自帶的AI提示詞優(yōu)化功能自動優(yōu)化提示詞，使提示詞符合平臺的格式規(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)建一個大致符合要求的智能體，但仍需要不斷測試優(yōu)化。測試發(fā)現(xiàn)，該智能體的回答過于簡略，且沒有提供詳細(xì)的實驗證據(jù)來證明轉(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，需要對該智能體的“人設(shè)與回復(fù)邏輯”進行優(yōu)化并為智能體導(dǎo)入必要的實驗數(shù)據(jù)插件供其調(diào)用。經(jīng)過多輪測試與迭代優(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。（二）教學(xué)思路與目標(biāo)分析長久以來，轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其產(chǎn)品的安全問題一直飽受爭議。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)用人機互動教學(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)在造福人類社會的同時也可能會帶來安全與倫理問題”設(shè)計教學(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)社會的廣泛關(guān)注”和6.1.2“探討轉(zhuǎn)基因技術(shù)在應(yīng)用過程中帶來的影響”這一次位概念，在“人機對話”活動中達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。筆者安排1課時完成本節(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轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，但缺乏對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的深度思考，對于轉(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話，收集資料與證據(jù)，說出轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性引發(fā)廣泛爭議的原因。（重點）②與生成式人工智能對話，獲取信息后從不同角度論證轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性問題，經(jīng)過科學(xué)論證后，最終能理性看待轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性問題。（重、難點）③與生成式人工智能對話，了解我國轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的相關(guān)政策法規(guī)，深化對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的認(rèn)識。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”，通過多輪互動對話，幫助學(xué)生深入探討“轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性”這一社會性科學(xué)議題。以下是教學(xué)實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，筆者介紹2018年由我國學(xué)者崔凱發(fā)起的一項全國范圍的轉(zhuǎn)基因食品認(rèn)知調(diào)查，結(jié)果顯示約有一半的公民對轉(zhuǎn)基因食品持否定態(tài)度。接著提出問題：“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。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，同時引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到在做出任何決策之前都需要經(jīng)過嚴(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，梳理爭議隨后，筆者播放關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品安全的新聞報道，提出問題：“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，會引發(fā)如此大的爭議？”由此引導(dǎo)學(xué)生與智能體對話，探究引發(fā)基因產(chǎn)品安全爭議的原因。學(xué)生：為什么轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品會引發(fā)巨大爭議？智能體（簡略）：以下是我對該問題的理解。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，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信任的建立需要時間；②認(rèn)知局限難以突破；③信息來源多元化；④對公正性的質(zhì)疑，公眾會懷疑科學(xué)家的解釋是否受到了商業(yè)利益的影響等。通過人機互動，學(xué)生逐漸了解引發(fā)議題爭議的原因，并梳理出相關(guān)爭議點。在此過程中，學(xué)生不再是知識的被動接受者，而是通過與智能體的互動不斷構(gòu)建知識。學(xué)生的主體性地位得到體現(xiàn)。（三）開展活動，科學(xué)論證筆者接著播放一位教授關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品的觀點視頻，并提問：“不同社會背景的人，基于不同的立場會產(chǎn)生不同的觀點。如果你是這位教授會如何看待轉(zhuǎn)基因食品呢？”接著，引導(dǎo)學(xué)生進行角色扮演，以不同的角色與智能體互動，獲取信息后從各自的角度闡述自己的觀點。學(xué)生需要基于所扮演角色的特定立場與智能體互動獲取資料。在與智能體互動時，他們關(guān)注的議題側(cè)重點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)計智能體的原因所在。相比于未經(jīng)設(shè)定的智能體，經(jīng)過特定提示詞和插件設(shè)計的智能體具有更強的針對性，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的角度深入探討議題。為了獲得足以支撐自己觀點的證據(jù)，學(xué)生需要逐步增加提問的深度和廣度。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（掃碼看圖）并進行論證。在與智能體的互動過程中，學(xué)生經(jīng)過搜集、整理、加工、傳輸、反饋、再加工和再反饋信息的過程完成社會性科學(xué)議題的討論。采用這種循序漸進的模式對話，學(xué)生不僅擴展了知識廣度，而且增加了思維的深度，學(xué)會了如何批判性地看待問題，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：“經(jīng)過嚴(yán)格的監(jiān)管和科學(xué)評估，轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品被認(rèn)為是安全且有益的，我國為了確保這些產(chǎn)品的安全性采取了哪些措施？”隨后，引導(dǎo)學(xué)生與智能體對話，了解我國在轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全監(jiān)管方面的政策和法規(guī)，深化對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性的認(rèn)識。在多輪互動和科學(xué)論證過程中，學(xué)生逐漸形成了統(tǒng)一的觀點：“在嚴(yán)格的監(jiān)管和科學(xué)評估基礎(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?！边@一觀點的形成不僅依賴于生成式人工智能在信息收集和知識獲取方面提供的幫助，更得益于學(xué)生在與智能體互動過程中，對自身認(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大的數(shù)據(jù)庫資源和交互模式，展現(xiàn)出巨大的教學(xué)潛力。學(xué)生與生成式人工智能對話，不僅加深了對復(fù)雜議題的理解，而且在批判性思維、問題解決、信息提煉和提問能力等方面取得了顯著進步。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，幫助他們在各自的理解層次上取得進步，豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容的呈現(xiàn)形式，使課堂更加生動有趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，提高了課堂活動參與度。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，因為其仍然難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)容或者犯事實性的錯誤，這種事實性的錯誤容易誤導(dǎo)不具備專業(yè)知識或相關(guān)常識的學(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)容或犯事實性錯誤，這可能誤導(dǎo)缺乏專業(yè)知識的學(xué)