ChatGPT辅助初中物理项目式教学的探索

摘要：本文以“连接串并联电路”为例，具体论述如何在初中物理课堂中，借助智能聊天机器人模型ChatGPT展开问题导向、任务驱动的项目式教学，进而培养学生的科学思维能力和探究能力，提升学生的学科素养，以期为教师应用人工智能技术赋能教与学提供实践参考。关键词：ChatGPT项目式教学初中物理一、人工智能赋能技术教师专业发展ChatGPT是由OpenAI公司于2022年发布的一款基于人工智能技术的聊天机器人程序。它可以通过学习大量的语料库和对话数据，自动产生符合语法和语义规则的响应，可以与用户进行自然而流畅的对话，提供各种服务并解决各种问题。传统的搜索引擎通常是需要用户在搜索框中输入关键词进行查询，反馈的结果相对固定、静态，而ChatGPT可以与用户进行更加互动化、生动化的对话。2018年，教育部等五部门印发《教师教育振兴行动计划（2018—2022年）》，提出充分利用云计算、大数据、虚拟现实、人工智能等新技术，开展“互联网+教师教育”创新行动。教育部于2018年和2021年分批启动了人工智能助推教师队伍建设试点工作，深入推进人工智能等新技术与教师队伍建设的融合。可见，在教育数字化转型背景下，国家从政策和行动上积极推动人工智能技术赋能教师专业发展。初中物理教师面对的群体，是年龄大多在14岁左右的学生，他们在使用计算机和互联网的环境中长大，对各种技术应用很熟悉，新的行为模式和学习方式，对教师的教学提出了新的要求和期待，也为ChatGPT辅助教师开展教学提供了可能性。具体来说，教师在教学过程中，可以引导学生展开人机对话，学生在向ChatGPT提问的过程中需要进行逻辑推理和分析，从而提高思维能力；ChatGPT针对学生的提问，给出相关的例子和解释，能加强学生对知识的掌握；学生可以获得及时、准确、个性化的回答，从而激发学习兴趣。这样的学习方式，可以帮助学生独立思考和解决问题，提高学生的自主学习能力。而教师可以借助ChatGPT，完成备课、题目生成、语言翻译等具有重复性的传统教师工作，从而能够有更多的时间用来关注学生个体差异，并给予个性化支持。二、项目式学习培养学生核心素养项目式学习（简称PBL）是一种基于实践和探究的学习方法，通过让学生参与真实的项目活动，帮助他们积累知识、技能和经验，培养其解决问题和创新思维的能力。与传统的课堂教学相比，项目式学习更注重学生的主动性、参与性和合作性，可以激发学生的学习兴趣和动力，提高学习效率。同时，在项目式学习中，学生可以获得更多的社交和情感体验，增强他们的团队合作和沟通能力，有助于学生的全面发展和成长。新课标提出了发展学生核心素养、立德树人的教学目标，项目式教学能给师生提供一种“以学生为中心”的高效有序的课堂教学模式。在初中物理教学中积极开展项目式教学，是培养学生物理学科核心素养的主要途径。三、ChatGPT辅助项目式教学案例下面以“连接串并联电路”一课为例，具体分析教师以核心素养为导向，借助ChatGPT展开项目式教学的流程。（一）教学目标突出素养立意“连接串并联电路”是沪科版物理九年级的内容，本节内容包含两个部分：1.简介串联、并联电路及其各自的特点，会画它们的电路图；2.连接串联、并联电路，探究开关在串联、并联电路中的作用。本节内容是在学生学习了简单电路，掌握了简单电路的构成和连接，以及电路图的画法的基础上展开的。生活中，学生有观察多个用电器同时工作的生活经验，利用该经验，学生能探索多个用电器的连接方法，具备判别串并联电路异同的能力。根据对2022年版课标的研读和对教材的理解，确定了基于核心素养的四个维度的教学目标。如表１所示。（二）教学过程本节课要解决的问题有两个：1.认识串并联电路，会画串联、并联电路图；2.掌握开关在串并联电路中的作用。为此，教师设计的核心学习活动有两个：1.让两个小灯泡在同一电路中工作；2.让两个小灯泡在电路中可以独立实现亮和暗。这两个活动，是基于学生解决“使奥特曼的双眼更灵活生动”这一问题来开展。具体过程如下：1.创设情境，提出核心问题，展开项目式学习课堂开始，教师播放一段奥特曼打怪兽的视频，提出问题：奥特曼的两只眼睛有什么特点？揭晓答案：很大很亮，但是不会眨眼，他无论是高兴还是沮丧，无法用两只眼表达他的情绪，不够生动和俏皮。本来完成对奥特曼的改造，让他有两只会闪动的大眼睛。若将他的眼睛比作电路中的原件，那应该是小灯泡。教师将奥特曼模型中的双眼用小灯泡代替，通过灯泡的亮暗来表现双眼的睁和闭，从而将本节课要解决的问题“改造奥特曼的双眼”自然过渡为物理问题：探究同一电路中，两个用电器同时工作的特点。设计意图：核心素养理念下项目式教学，需要给学生创设真实的、有价值的物理情境，让学生在真实情境中发现问题、思考问题和解决问题。笔者在充分了解学生的兴趣爱好后发现，利用改造卡通人物奥特曼这个方式，能充分激发学生学习兴趣，引发学生思考，并顺利进入实验探究环节。2.对话ChatGPT，构建核心物理概念改造一对灵活生动的眼睛，其本质是让两个小灯泡在电路中可以独立实现亮和暗。为了实现“掌握串并联电路”和“探究开关在其中的作用”两个教学目标，我将这一任务划分为两个小任务：1.让两只“眼睛”同时发光；2.让两只眼睛独立睁闭。通过引导学生完成任务1，来掌握串并联电路的内涵。活动1：教师展示只有一个灯泡工作的简单电路。在此基础上，请学生自主设计一个电路，让两只小灯泡发光，并根据实物图画出电路图。分享各组的电路图，并将各组的电路图汇总在黑板上。设计意图：从一个灯泡的简单电路到两个灯泡的电路，学生很容易想到两种连接方式：串联或并列接入原有灯泡。引导学生将所连接的电路转换成电路图，并在黑板上展示，同时进行评价，以期培养学生解决电学问题时思维的规范性。活动2：教师带领学生一起对各种电路图进行比较、分析和归类，根据分类出的两类连接方式，用准确简洁的语言向ChatGPT提问，给两种电路连接方式下定义。教师带领学生对搜索的结果进行整理，结合教材，给出串并联的定义。设计意图：鼓励学生对黑板上的多个电路图进行分析、归纳和分类。学生不难发现，虽然画法多样，但都能探寻出它们在电流路径上的区别，即串联电路的电流只有一条路径，而并联电路的电流路径不止一条。不同于传统教学，直接给出串联和并联的定义，教师引导学生借助ChatGPT，给两种电路连接方式下定义，对两种连接方式的区别做总结。学生自主向ChatGPT提问，获得答案，这种方式可以充分调动学生的学习积极性，学生会主动去探索未知的物理概念。他们组织语言的过程，其本质就是理解串并联电路区别的过程。串并联的概念，是学生通过自己的发掘、思考、总结探索出来的，这会使学生对概念有更深入的理解。活动3：教师引导学生思考，生活中有没有类似于串联、并联这样的例子？学生自然联想到，河流在某些地域会出现分流、而后又汇流的现象。除此之外，教师鼓励学生收集、列举其他的例子。学生通过交流讨论，并向ChatGPT提问，又列举了诸如管道、河流、任务分工等类似的例子。设计意图：因为串联、并联这两个概念相对抽象，教师希望学生类比生活现象，更进一步理解串联、并联的概念。活动结合生活实际，将串并联这一抽象的、复杂的问题转化为生活中具象的、简单的问题，让学生从更多的角度来理解其区别，使学生更容易掌握和应用串并联的概念。同时，类比河流的干流和支流，我们还可以定义并联电路中的干路和支路两个概念。3.借助ChatGPT解决问题，探究物理规律在完成第一个教学目标后，教师设计任务2，以实现“探究开关在串联、并联电路中的作用”这一目标。活动4：引导学生在原有电路中，通过增加或改变开关的位置，实现两只灯泡独立工作。学生在分组合作、改造电路的过程中遇到了一些问题，通过讨论及向ChatGPT提问解决了疑问。最终，学生实现了在并联电路中，灯泡单独工作的目标，并且通过将开关接在支路上，实现了控制所在支路的目标。设计意图：学生通过前面的探索，对串并联电路的区别理解得十分透彻，自然联想到，并联电路的两个用电器在两条支路上，它们的工作可能不会相互影响。学生通过改造，完成了对开关在电路中的作用的探究，即在串联电路中，开关的位置不影响其作用，始终控制整个电路的通断；而并联电路中，干路上的开关控制整个电路，支路上的开关控制所在支路。而最初连接方式为串联电路的小组，在解决该问题时遇到了比较大的困难，他们通过向ChatGPT提问，更深入地理解了串并联电路的区别，以及干路和支路开关作用的不同。4.理解ChatGPT的回答，为后续教学铺垫在本节课的教学过程中，学生在分组实验时，提出了很多有价值的问题，主要有以下三大类：（1）在串联和并联电路中，两只灯泡亮度为什么不一样？（2）并联电路中，干路电流等于支路电流之和吗？串联电路中，电流又有什么规律？（3）串联电路中，用电器一定不能单独工作吗？活动5：教师鼓励学生围绕提出的问题交流讨论，组织语言，充分利用ChatGPT收集资料，解决问题。对于这些问题，ChatGPT给出了答案，但学生并不太理解其中的一部分回答。设计意图：学生通过与ChatGPT对话，寻找答案，而在理解ChatGPT回答中提到的电压、电流等概念时，学生产生了继续探索的欲望，与ChatGPT展开连续的人机对话。这些未知的概念，正是本章后两节要学习的内容——串并联电路的电流和电压。设计这一活动，为学生后续的学习做了铺垫，也是大单元教学的要求。同时，可以帮助学生独立思考和解决问题，提高学生的自主学习能力。学生与ChatGPT对话，可以获得及时、准确、个性化的回答，从而激发学生的学习兴趣。（三）教学反思本节课利用“改造奥特曼的双眼”这一任务引入新课，通过课堂实验，借助ChatGPT，类比生活实例，构建串联、并联和干路、支路的概念，探索开关在串联、并联电路中的作用，体现了从生活走向物理，从物理走向社会的基本理念。同时，也符合新课标中对实验和探究部分的要求。围绕“改造奥特曼的双眼”这一任务，学生采用小组讨论的形式，充分利用ChatGPT收集资料，解决问题。通过课堂实践，我们发现，借助AI的主动探索，比被动接受知识更加有效和高效。相比传统的教学方式，这种项目式学习充分体现了以学生为中心的理念，培养了学生的自主学习能力和创新能力。但本节课对人工智能的应用比较单一，主要体现在学生使用其展开人机对话、获取答案，而在进行数据处理、题目生成方面的应用较少。另外，ChatGPT所给出的答案中，一部分存在问题，还有一些超出了初中生的理解范围，所以需要教师结合教材，全面给予指导和判断。四、关于人工智能与教学的思考在物理学习过程中，提出一个问题比解决一个问题更有价值。在未来的竞争中，会提问的人才能更好地驾驭人工智能。学生在努力提出最精准的问题的过程中，他们或许已经触及了问题的本质和答案。所以，笔者相信，我们不会因为人工智能丧失思考的能力，相反它的出现应该指引教师对课程有更深入的思考和设计。通过人工智能辅