生成式人工智能在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用路徑研究

摘"要：從生成式人工智能的特征出發(fā)，基于文獻(xiàn)分析、案例總結(jié)和工具應(yīng)用，構(gòu)建生成式人工智能在教學(xué)設(shè)計(jì)、資源生成、情境創(chuàng)設(shè)、學(xué)習(xí)創(chuàng)新、成果生成、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用路徑，闡述其應(yīng)用方法，推動(dòng)生成式人工智能與教學(xué)深度融合，助力教學(xué)提質(zhì)增效。關(guān)鍵詞：生成式人工智能；中小學(xué)教學(xué)；教學(xué)創(chuàng)新0"引言自2022年ChatGPT問(wèn)世以來(lái)，生成式人工智能對(duì)教育產(chǎn)生了極大影響。生成式人工智能不僅極大地拓寬了教育的邊界，還為提升教育質(zhì)量、優(yōu)化教育效率、促進(jìn)教育公平提供了創(chuàng)新性的途徑和策略[1]，正成為創(chuàng)新教育教學(xué)的重要手段。2024年3月，教育部啟動(dòng)四項(xiàng)人工智能賦能教育行動(dòng)，實(shí)施教育系統(tǒng)人工智能大模型應(yīng)用示范行動(dòng)，推動(dòng)大模型從課堂走向應(yīng)用。面對(duì)新技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)牢牢把握生成式人工智能為教學(xué)革新帶來(lái)的契機(jī)，發(fā)揮好人工智能在教學(xué)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，以應(yīng)用為導(dǎo)向，探索生成式人工智能工具如何深入融入教學(xué)全過(guò)程。本文從生成式人工智能的特征出發(fā)，在文獻(xiàn)分析、案例總結(jié)和工具應(yīng)用的基礎(chǔ)上，從教學(xué)設(shè)計(jì)、資源生成、情境創(chuàng)設(shè)、學(xué)習(xí)創(chuàng)新、成果生成、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)六個(gè)維度探索生成式人工智能賦能中小學(xué)教學(xué)創(chuàng)新路徑，推動(dòng)生成式人工智能與教學(xué)深度融合，助力教學(xué)提質(zhì)增效。1"生成式人工智能的內(nèi)涵與特征生成式人工智能（GenerativeArtificialIntelligence，GAI）是一種基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的人工智能模型，通過(guò)人工智能相關(guān)技術(shù)，自動(dòng)化生成文本、圖像、視頻、音頻等多模態(tài)數(shù)據(jù)[2]。生成式人工智能技術(shù)的進(jìn)步得益于技術(shù)革新的持續(xù)驅(qū)動(dòng)影響，集成了先進(jìn)的生成算法、強(qiáng)大的預(yù)訓(xùn)練模型和靈活的多模態(tài)處理能力。生成式人工智能具有以下特征。首先，多模態(tài)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新潛能[3]。生成式人工智能以強(qiáng)大算力和算法為支撐，能對(duì)多模態(tài)信息進(jìn)行融合處理、存儲(chǔ)、再創(chuàng)造。教師和學(xué)生能以圖片、文檔、表格等多種格式上傳內(nèi)容，由生成式人工智能進(jìn)行信息讀取、分析、學(xué)習(xí)、模仿。其次，智能動(dòng)態(tài)交互[4-5]。生成式人工智能基于極強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和邏輯語(yǔ)言處理能力，打破傳統(tǒng)交流模式，對(duì)情感、角色、情境等多元素進(jìn)行深度理解[6]，作出“類人化”應(yīng)答。教師可利用其智能交互能力開(kāi)展創(chuàng)新性教學(xué)活動(dòng)，如尋找教學(xué)靈感、搭建創(chuàng)新人機(jī)互動(dòng)性課堂環(huán)境、進(jìn)行學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)等。最后，創(chuàng)新性內(nèi)容生成。生成式人工智能能夠根據(jù)不同的輸入和情境，自適應(yīng)地生成所需內(nèi)容，且生成能力、生成內(nèi)容質(zhì)量和多樣性可隨著生成式人工智能的不斷學(xué)習(xí)而提高。教師可利用生成式人工智能的創(chuàng)造性進(jìn)行資源生成、成果生成，如生成教學(xué)所需的教案、PPT、圖片、音頻等資源[7]，生成科研報(bào)告、總結(jié)等。2"生成式人工智能在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用""路徑具備多模態(tài)數(shù)據(jù)處理、智能交互、創(chuàng)造性內(nèi)容生成等功能的生成式人工智能能深度融入中小學(xué)教學(xué)過(guò)程，賦能教學(xué)設(shè)計(jì)、資源生成、情境創(chuàng)設(shè)、學(xué)習(xí)創(chuàng)新、成果生成、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)創(chuàng)新，推動(dòng)教學(xué)提質(zhì)增效。2.1"教學(xué)設(shè)計(jì)：賦能教師高效備課教學(xué)提質(zhì)增效是落實(shí)“雙減”政策的保障，教學(xué)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)教學(xué)提質(zhì)增效的重要起點(diǎn)。生成式人工智能具備超凡的認(rèn)知交互力和高效的任務(wù)執(zhí)行力[8]，能深入理解和高效執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)，賦能教師教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，助力教學(xué)提質(zhì)增效[9]。主要體現(xiàn)在以下幾方面。1）賦能精準(zhǔn)學(xué)情分析。生成式人工智能能基于多輪對(duì)話中的上下文信息，準(zhǔn)確把握用戶的意圖和對(duì)話背景，給予邏輯性強(qiáng)且連貫的回應(yīng)[2]，有助于賦能教師精準(zhǔn)分析學(xué)情。一方面，可按需生成測(cè)驗(yàn)、問(wèn)卷、量表等，幫助教師快速進(jìn)行學(xué)情統(tǒng)計(jì)與分析，高效掌握學(xué)生學(xué)情。另一方面，教師引導(dǎo)學(xué)生與生成式人工智能開(kāi)展多輪對(duì)話，利用其收集、分析學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、能力現(xiàn)狀、認(rèn)知特點(diǎn)等數(shù)據(jù)，提升學(xué)情分析精準(zhǔn)度。2）個(gè)性化任務(wù)設(shè)計(jì)。生成式人工智能能自動(dòng)分析用戶輸入的任務(wù)，并相應(yīng)地調(diào)整自身輸出的內(nèi)容，以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平[10]。如“智譜清言”可支持教師根據(jù)需求和偏好定制專屬智能體AI助理，根據(jù)學(xué)情數(shù)據(jù)生成個(gè)性化學(xué)習(xí)任務(wù)，支撐學(xué)習(xí)的任務(wù)支架、拓展資源等，精準(zhǔn)滿足教學(xué)需求。3）賦能教案智能生成。生成式人工智能可幫助教師快速生成定制化的教學(xué)設(shè)計(jì)方案。具體步驟如下：先擬定提示語(yǔ)，如“我是一名小學(xué)老師，請(qǐng)生成一份氣球動(dòng)力小汽車主題的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，包含教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程等”。隨后，生成式人工智能便會(huì)生成一份教案。教師應(yīng)針對(duì)教案中的內(nèi)容繼續(xù)追問(wèn)，并完善相關(guān)內(nèi)容。最終生成一份符合需求的教學(xué)設(shè)計(jì)方案。生成式人工智能可成為智能教學(xué)助理，為教師在創(chuàng)意生成、數(shù)據(jù)分析、材料制作等方面提供支持與幫助，提升教師的備課效率與授課質(zhì)量[11]。2.2"資源生成：按需定制數(shù)字教學(xué)資源隨著技術(shù)快速發(fā)展、知識(shí)爆炸式增長(zhǎng)，教師面臨教學(xué)資源更新速度慢、個(gè)性化程度低、開(kāi)發(fā)耗時(shí)費(fèi)力等難題，難以滿足智能時(shí)代教學(xué)需求。生成式人工智能具備創(chuàng)造性內(nèi)容生成能力，可根據(jù)使用者的描述或提示快速生成圖片、視頻、課件等資源。生成式人工智能極強(qiáng)的生成能力，為教育領(lǐng)域帶來(lái)了嶄新的可能，有助于教師改變傳統(tǒng)教學(xué)資源的生成方式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源生成由“人工創(chuàng)造”到“智能生成”[12]的轉(zhuǎn)變，有效解決教學(xué)資源開(kāi)發(fā)與更新的難題。1）應(yīng)用生成式人工智能工具生成圖片，既能將抽象知識(shí)形象化，為學(xué)生學(xué)習(xí)添磚加瓦，又可為教師減負(fù)。如在“商湯秒畫”和“文心一格”等圖片生成工具中，教師輸入命令后，即可自動(dòng)生成與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的圖片。以生成化學(xué)教學(xué)資源為例，輸入“化學(xué)反應(yīng)示意圖”指令，工具會(huì)自動(dòng)生成清晰、生動(dòng)的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)過(guò)程的圖片。2）應(yīng)用生成式人工智能工具生成教學(xué)視頻，增強(qiáng)教學(xué)生動(dòng)性與互動(dòng)性。如“一幀秒創(chuàng)”和“萬(wàn)彩微影”等生成式人工智能視頻生成工具，教師輸入主題或情節(jié)指令后，工具會(huì)自動(dòng)生成符合教學(xué)要求的情境視頻，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的生動(dòng)性和互動(dòng)性。3）生成式人工智能工具能根據(jù)內(nèi)容定制教學(xué)課件，實(shí)現(xiàn)多媒體課件“秒生成”。如“訊飛智文”等生成式人工智能工具，內(nèi)置豐富模板和素材庫(kù)，教師僅需輸入教學(xué)內(nèi)容和關(guān)鍵信息，根據(jù)教學(xué)需求挑選合適模板，便可自動(dòng)生成優(yōu)質(zhì)課件。生成式人工智能能幫助教師從耗時(shí)、繁重的資源開(kāi)發(fā)工作中解脫出來(lái)，將更多精力投入創(chuàng)造性的教學(xué)工作中。2.3"情境創(chuàng)設(shè)：創(chuàng)造虛實(shí)融合的學(xué)習(xí)情境學(xué)習(xí)情境是連接知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用的重要紐帶。當(dāng)教學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用情境脫節(jié)時(shí)，容易形成難以調(diào)動(dòng)的“惰性知識(shí)”，不利于知識(shí)的靈活遷移和使用[13]?！读x務(wù)教育課程方案（2022年版）》強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)、社會(huì)生活的聯(lián)系，注重培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中的綜合運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力[14]。傳統(tǒng)技術(shù)條件下，學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)常存在虛實(shí)情境割裂、情境體驗(yàn)感不強(qiáng)、情境維度單一等問(wèn)題。生成式人工智能的內(nèi)容快速創(chuàng)建、實(shí)時(shí)同步和跨平臺(tái)智能生成的能力，有望突破現(xiàn)有瓶頸，推動(dòng)情境創(chuàng)設(shè)向高效率的方向發(fā)展[13]。生成式人工智能根據(jù)輸入的文本快速生成貼合語(yǔ)境的素材，輔助教師進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)。資源素材的生成是迭代式互動(dòng)生成的過(guò)程，利用生成式人工智能創(chuàng)作出因“境”制宜的資源，精髓在于人與生成式人工智能的有效互動(dòng)[15]。隨著模型的深入訓(xùn)練與強(qiáng)化，生成式人工智能創(chuàng)設(shè)虛擬角色和三維環(huán)境自由度更高，推動(dòng)了“數(shù)字人物+數(shù)字場(chǎng)景”新型情境創(chuàng)設(shè)的發(fā)展，并促進(jìn)教育教學(xué)向虛實(shí)融合的空間轉(zhuǎn)型[16]。如在講解清朝歷史時(shí)，教師針對(duì)情境需求在“一幀秒創(chuàng)”中輸入相關(guān)歷史場(chǎng)景描述文本，生成式人工智能工具即可根據(jù)文本自動(dòng)匹配在線素材，生成初版視頻。若生成的視頻未能達(dá)到預(yù)期效果，教師可以根據(jù)需求對(duì)視頻進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，最終完成清朝歷史相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的情境創(chuàng)設(shè)。又如，基于情境運(yùn)用“騰訊智影”的數(shù)字仿真技術(shù)可以打造虛擬角色形象，在選定基本的虛擬角色類型之后，教師可以針對(duì)語(yǔ)文古詩(shī)情境對(duì)角色的服裝、語(yǔ)音、語(yǔ)速等進(jìn)行調(diào)試設(shè)置，使角色更加貼近古詩(shī)的情境。2.4"學(xué)習(xí)創(chuàng)新：開(kāi)展人機(jī)協(xié)同教學(xué)《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》提出，利用智能技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系[17]。生成式人工智能被應(yīng)用到教育領(lǐng)域，為教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”服務(wù)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有賦能作用，成為智能導(dǎo)師、學(xué)伴，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化成長(zhǎng)，為學(xué)習(xí)提供工具、腳手架和多元化路徑，促進(jìn)學(xué)生有價(jià)值地發(fā)展[13]。置身于數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，生成式人工智能催生出三種新型學(xué)習(xí)方式。1）面向跨學(xué)科融合的人機(jī)協(xié)同教學(xué)。在進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生通常面臨著對(duì)多個(gè)學(xué)科知識(shí)的整合需求，這一過(guò)程往往伴隨著繁雜的信息搜索和資料查詢工作，給學(xué)生帶來(lái)較高的認(rèn)知負(fù)荷[18]。學(xué)生可以借助生成式人工智能工具，自動(dòng)化生成內(nèi)容文檔的精華摘要和思維導(dǎo)圖。生成式人工智能工具還支持自由對(duì)話提問(wèn)，學(xué)生可以針對(duì)不懂的知識(shí)向其提問(wèn)。如“知我AI”能提供豐富、精練的知識(shí)資源，幫助學(xué)生進(jìn)行更深入的自主學(xué)習(xí)。2）面向項(xiàng)目的人機(jī)協(xié)同教學(xué)。生成式人工智能工具在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中能夠提供即時(shí)的評(píng)估和反饋，幫助小組討論和優(yōu)化項(xiàng)目作品。學(xué)生對(duì)教師提出的項(xiàng)目問(wèn)題不知如何開(kāi)展討論時(shí)，能借助“訊飛星火認(rèn)知大模型”進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，在模型給出的新想法和觀點(diǎn)的啟發(fā)下，打開(kāi)思路、拓展思維，促進(jìn)合作學(xué)習(xí)有效開(kāi)展。同時(shí)，模型能夠根據(jù)學(xué)生的提問(wèn)實(shí)時(shí)提供個(gè)性化的反饋，精準(zhǔn)指出小組在項(xiàng)目中的亮點(diǎn)與不足。3）探究導(dǎo)向的人機(jī)協(xié)同教學(xué)。生成式人工智能能夠?qū)W(xué)生的問(wèn)題進(jìn)行逐步分解，輔助學(xué)生掌握解決問(wèn)題的關(guān)鍵步驟和困難點(diǎn)。信息技術(shù)課上組織開(kāi)展探究學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生可以應(yīng)用“文小言”解析問(wèn)題需求，針對(duì)不理解的知識(shí)點(diǎn)根據(jù)生成式人工智能工具的逐步引導(dǎo)完成代碼編寫。學(xué)生還可以讓“文小言”通過(guò)自動(dòng)識(shí)別程序語(yǔ)言檢查代碼是否編寫正確并給出有效的優(yōu)化建議。由淺入深、層層遞進(jìn)的啟發(fā)式教學(xué)，極大地提升了探究學(xué)習(xí)的效率。2.5"成果生成：生成多元化的教與學(xué)成果生成式人工智能具有跨界知識(shí)融合特性，能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的策略和規(guī)則自動(dòng)化生成教與學(xué)成果，賦能教師、學(xué)生高效開(kāi)展研究、調(diào)研、實(shí)驗(yàn)和工作總結(jié)等，將教師和學(xué)生從繁重的報(bào)告撰寫工作中剝離出來(lái)，為實(shí)現(xiàn)教師工作成果和學(xué)生學(xué)習(xí)成果生成提供可能。利用生成式人工智能賦能成果生成，主要可分為三個(gè)步驟。第一步要明確成果生成需求，選取適合的工具。如生成科研數(shù)據(jù)和成果綜述報(bào)告，可選擇“星火科研助手”；生成定制化的調(diào)查問(wèn)卷或調(diào)研報(bào)告大綱，可選擇“曉語(yǔ)臺(tái)”。第二步要明晰內(nèi)容生成指令，進(jìn)行實(shí)踐操作。以“星火科研助手”為例，點(diǎn)擊“成果調(diào)研”并進(jìn)行內(nèi)容檢索，可輕松完成報(bào)告生成。輸入調(diào)研主題和受眾者信息，可應(yīng)用“曉語(yǔ)臺(tái)”自動(dòng)生成相應(yīng)的問(wèn)卷和大綱。第三步需要潤(rùn)色和拓展內(nèi)容，優(yōu)化報(bào)告。在內(nèi)容潤(rùn)色方面，生成式人工智能基于邏輯處理能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)告文本的潤(rùn)色、二創(chuàng)、改寫，有效提升報(bào)告的實(shí)用價(jià)值和閱讀體驗(yàn)。以“火山寫作”為例，可基于實(shí)際需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，選擇優(yōu)化幅度并點(diǎn)擊“優(yōu)化”，即可獲取更具個(gè)人特色的報(bào)告。在拓展內(nèi)容方面，生成式人工智能具備精準(zhǔn)解碼和剖析文本數(shù)據(jù)能力，基于智能交互特性提供拓展建議，進(jìn)行報(bào)告內(nèi)容拓展。以使用“訊飛星火大模型”創(chuàng)作高質(zhì)量數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型報(bào)告為例，使用者完成數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)后，盡可能詳盡地描述需求，同時(shí)關(guān)注問(wèn)題呈現(xiàn)方式的變化，即可輕松獲得創(chuàng)新性拓展內(nèi)容或拓展方向。2.6"學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)：提供個(gè)性化評(píng)價(jià)與反饋評(píng)價(jià)與反饋是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)檢驗(yàn)教學(xué)效果和調(diào)整教學(xué)具有重要作用。在教學(xué)中，教師往往需要投入大量時(shí)間與精力制作評(píng)價(jià)工具、批閱學(xué)生材料、分析結(jié)果數(shù)據(jù)、提供學(xué)習(xí)反饋。由于學(xué)生眾多，個(gè)性化反饋難以普遍滿足[19]。應(yīng)用生成式人工智能可大大提升學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)效率，為個(gè)性化學(xué)習(xí)提供反饋。教師可通過(guò)以下三步有效利用生成式人工智能輔助學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)：第一步，確立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。教師使用生成式人工智能工具生成可靠的作業(yè)或作品評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，或自行根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[20]。第二步，指定生成式人工智能學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以“訊飛星火大模型”為例，教師可在訊飛星火助手中心創(chuàng)建新助手，輸入基本助手信息和結(jié)構(gòu)化指令完成調(diào)試與創(chuàng)建，讓生成式人工智能學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。第三步，上傳學(xué)生作業(yè)開(kāi)展評(píng)價(jià)。教師將學(xué)生作業(yè)上傳至評(píng)價(jià)系統(tǒng)，生成式人工智能完成標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)后，憑借算法自動(dòng)解析并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)生成作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)和個(gè)性化反饋。教師在后臺(tái)實(shí)時(shí)追蹤、判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和效果，并根據(jù)反饋改進(jìn)教學(xué)。此外，部分生成式人工智能工具有創(chuàng)新評(píng)價(jià)功能，如Gradescope可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，提供定制化的學(xué)習(xí)資源；Gramma