生成式人工智能在中小学教学中的应用路径研究

摘"要：从生成式人工智能的特征出发，基于文献分析、案例总结和工具应用，构建生成式人工智能在教学设计、资源生成、情境创设、学习创新、成果生成、学习评价中的应用路径，阐述其应用方法，推动生成式人工智能与教学深度融合，助力教学提质增效。关键词：生成式人工智能；中小学教学；教学创新0"引言自2022年ChatGPT问世以来，生成式人工智能对教育产生了极大影响。生成式人工智能不仅极大地拓宽了教育的边界，还为提升教育质量、优化教育效率、促进教育公平提供了创新性的途径和策略[1]，正成为创新教育教学的重要手段。2024年3月，教育部启动四项人工智能赋能教育行动，实施教育系统人工智能大模型应用示范行动，推动大模型从课堂走向应用。面对新技术的快速发展，应牢牢把握生成式人工智能为教学革新带来的契机，发挥好人工智能在教学领域的优势，以应用为导向，探索生成式人工智能工具如何深入融入教学全过程。本文从生成式人工智能的特征出发，在文献分析、案例总结和工具应用的基础上，从教学设计、资源生成、情境创设、学习创新、成果生成、学习评价六个维度探索生成式人工智能赋能中小学教学创新路径，推动生成式人工智能与教学深度融合，助力教学提质增效。1"生成式人工智能的内涵与特征生成式人工智能（GenerativeArtificialIntelligence，GAI）是一种基于深度学习技术的人工智能模型，通过人工智能相关技术，自动化生成文本、图像、视频、音频等多模态数据[2]。生成式人工智能技术的进步得益于技术革新的持续驱动影响，集成了先进的生成算法、强大的预训练模型和灵活的多模态处理能力。生成式人工智能具有以下特征。首先，多模态数据处理的创新潜能[3]。生成式人工智能以强大算力和算法为支撑，能对多模态信息进行融合处理、存储、再创造。教师和学生能以图片、文档、表格等多种格式上传内容，由生成式人工智能进行信息读取、分析、学习、模仿。其次，智能动态交互[4-5]。生成式人工智能基于极强的学习能力和逻辑语言处理能力，打破传统交流模式，对情感、角色、情境等多元素进行深度理解[6]，作出“类人化”应答。教师可利用其智能交互能力开展创新性教学活动，如寻找教学灵感、搭建创新人机互动性课堂环境、进行学生个性化学习评价等。最后，创新性内容生成。生成式人工智能能够根据不同的输入和情境，自适应地生成所需内容，且生成能力、生成内容质量和多样性可随着生成式人工智能的不断学习而提高。教师可利用生成式人工智能的创造性进行资源生成、成果生成，如生成教学所需的教案、PPT、图片、音频等资源[7]，生成科研报告、总结等。2"生成式人工智能在中小学教学中的应用""路径具备多模态数据处理、智能交互、创造性内容生成等功能的生成式人工智能能深度融入中小学教学过程，赋能教学设计、资源生成、情境创设、学习创新、成果生成、学习评价创新，推动教学提质增效。2.1"教学设计：赋能教师高效备课教学提质增效是落实“双减”政策的保障，教学设计是实现教学提质增效的重要起点。生成式人工智能具备超凡的认知交互力和高效的任务执行力[8]，能深入理解和高效执行复杂任务，赋能教师教学设计创新，助力教学提质增效[9]。主要体现在以下几方面。1）赋能精准学情分析。生成式人工智能能基于多轮对话中的上下文信息，准确把握用户的意图和对话背景，给予逻辑性强且连贯的回应[2]，有助于赋能教师精准分析学情。一方面，可按需生成测验、问卷、量表等，帮助教师快速进行学情统计与分析，高效掌握学生学情。另一方面，教师引导学生与生成式人工智能开展多轮对话，利用其收集、分析学生的知识基础、能力现状、认知特点等数据，提升学情分析精准度。2）个性化任务设计。生成式人工智能能自动分析用户输入的任务，并相应地调整自身输出的内容，以适应学生的学习水平[10]。如“智谱清言”可支持教师根据需求和偏好定制专属智能体AI助理，根据学情数据生成个性化学习任务，支撑学习的任务支架、拓展资源等，精准满足教学需求。3）赋能教案智能生成。生成式人工智能可帮助教师快速生成定制化的教学设计方案。具体步骤如下：先拟定提示语，如“我是一名小学老师，请生成一份气球动力小汽车主题的教学设计方案，包含教学目标、教学内容、教学过程等”。随后，生成式人工智能便会生成一份教案。教师应针对教案中的内容继续追问，并完善相关内容。最终生成一份符合需求的教学设计方案。生成式人工智能可成为智能教学助理，为教师在创意生成、数据分析、材料制作等方面提供支持与帮助，提升教师的备课效率与授课质量[11]。2.2"资源生成：按需定制数字教学资源随着技术快速发展、知识爆炸式增长，教师面临教学资源更新速度慢、个性化程度低、开发耗时费力等难题，难以满足智能时代教学需求。生成式人工智能具备创造性内容生成能力，可根据使用者的描述或提示快速生成图片、视频、课件等资源。生成式人工智能极强的生成能力，为教育领域带来了崭新的可能，有助于教师改变传统教学资源的生成方式，实现教学资源生成由“人工创造”到“智能生成”[12]的转变，有效解决教学资源开发与更新的难题。1）应用生成式人工智能工具生成图片，既能将抽象知识形象化，为学生学习添砖加瓦，又可为教师减负。如在“商汤秒画”和“文心一格”等图片生成工具中，教师输入命令后，即可自动生成与教学内容相关的图片。以生成化学教学资源为例，输入“化学反应示意图”指令，工具会自动生成清晰、生动的化学分子结构和反应过程的图片。2）应用生成式人工智能工具生成教学视频，增强教学生动性与互动性。如“一帧秒创”和“万彩微影”等生成式人工智能视频生成工具，教师输入主题或情节指令后，工具会自动生成符合教学要求的情境视频，增强教学内容的生动性和互动性。3）生成式人工智能工具能根据内容定制教学课件，实现多媒体课件“秒生成”。如“讯飞智文”等生成式人工智能工具，内置丰富模板和素材库，教师仅需输入教学内容和关键信息，根据教学需求挑选合适模板，便可自动生成优质课件。生成式人工智能能帮助教师从耗时、繁重的资源开发工作中解脱出来，将更多精力投入创造性的教学工作中。2.3"情境创设：创造虚实融合的学习情境学习情境是连接知识学习与实践应用的重要纽带。当教学知识与实际应用情境脱节时，容易形成难以调动的“惰性知识”，不利于知识的灵活迁移和使用[13]。《义务教育课程方案（2022年版）》强调加强课程内容与学生经验、社会生活的联系，注重培养学生在真实情境中的综合运用知识解决问题的能力[14]。传统技术条件下，学习情境创设常存在虚实情境割裂、情境体验感不强、情境维度单一等问题。生成式人工智能的内容快速创建、实时同步和跨平台智能生成的能力，有望突破现有瓶颈，推动情境创设向高效率的方向发展[13]。生成式人工智能根据输入的文本快速生成贴合语境的素材，辅助教师进行情境创设。资源素材的生成是迭代式互动生成的过程，利用生成式人工智能创作出因“境”制宜的资源，精髓在于人与生成式人工智能的有效互动[15]。随着模型的深入训练与强化，生成式人工智能创设虚拟角色和三维环境自由度更高，推动了“数字人物+数字场景”新型情境创设的发展，并促进教育教学向虚实融合的空间转型[16]。如在讲解清朝历史时，教师针对情境需求在“一帧秒创”中输入相关历史场景描述文本，生成式人工智能工具即可根据文本自动匹配在线素材，生成初版视频。若生成的视频未能达到预期效果，教师可以根据需求对视频进行精细调整，最终完成清朝历史相关教学内容的情境创设。又如，基于情境运用“腾讯智影”的数字仿真技术可以打造虚拟角色形象，在选定基本的虚拟角色类型之后，教师可以针对语文古诗情境对角色的服装、语音、语速等进行调试设置，使角色更加贴近古诗的情境。2.4"学习创新：开展人机协同教学《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》提出，利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系[17]。生成式人工智能被应用到教育领域，为教师的“教”和学生的“学”服务，对学生的学习具有赋能作用，成为智能导师、学伴，促进学生个性化成长，为学习提供工具、脚手架和多元化路径，促进学生有价值地发展[13]。置身于数字化转型背景下，生成式人工智能催生出三种新型学习方式。1）面向跨学科融合的人机协同教学。在进行跨学科学习时学生通常面临着对多个学科知识的整合需求，这一过程往往伴随着繁杂的信息搜索和资料查询工作，给学生带来较高的认知负荷[18]。学生可以借助生成式人工智能工具，自动化生成内容文档的精华摘要和思维导图。生成式人工智能工具还支持自由对话提问，学生可以针对不懂的知识向其提问。如“知我AI”能提供丰富、精练的知识资源，帮助学生进行更深入的自主学习。2）面向项目的人机协同教学。生成式人工智能工具在项目式学习中能够提供即时的评估和反馈，帮助小组讨论和优化项目作品。学生对教师提出的项目问题不知如何开展讨论时，能借助“讯飞星火认知大模型”进行头脑风暴，在模型给出的新想法和观点的启发下，打开思路、拓展思维，促进合作学习有效开展。同时，模型能够根据学生的提问实时提供个性化的反馈，精准指出小组在项目中的亮点与不足。3）探究导向的人机协同教学。生成式人工智能能够对学生的问题进行逐步分解，辅助学生掌握解决问题的关键步骤和困难点。信息技术课上组织开展探究学习时，学生可以应用“文小言”解析问题需求，针对不理解的知识点根据生成式人工智能工具的逐步引导完成代码编写。学生还可以让“文小言”通过自动识别程序语言检查代码是否编写正确并给出有效的优化建议。由浅入深、层层递进的启发式教学，极大地提升了探究学习的效率。2.5"成果生成：生成多元化的教与学成果生成式人工智能具有跨界知识融合特性，能根据预先设定的策略和规则自动化生成教与学成果，赋能教师、学生高效开展研究、调研、实验和工作总结等，将教师和学生从繁重的报告撰写工作中剥离出来，为实现教师工作成果和学生学习成果生成提供可能。利用生成式人工智能赋能成果生成，主要可分为三个步骤。第一步要明确成果生成需求，选取适合的工具。如生成科研数据和成果综述报告，可选择“星火科研助手”；生成定制化的调查问卷或调研报告大纲，可选择“晓语台”。第二步要明晰内容生成指令，进行实践操作。以“星火科研助手”为例，点击“成果调研”并进行内容检索，可轻松完成报告生成。输入调研主题和受众者信息，可应用“晓语台”自动生成相应的问卷和大纲。第三步需要润色和拓展内容，优化报告。在内容润色方面，生成式人工智能基于逻辑处理能力，可实现对报告文本的润色、二创、改写，有效提升报告的实用价值和阅读体验。以“火山写作”为例，可基于实际需要进行优化设置，选择优化幅度并点击“优化”，即可获取更具个人特色的报告。在拓展内容方面，生成式人工智能具备精准解码和剖析文本数据能力，基于智能交互特性提供拓展建议，进行报告内容拓展。以使用“讯飞星火大模型”创作高质量数据驱动型报告为例，使用者完成数据关联后，尽可能详尽地描述需求，同时关注问题呈现方式的变化，即可轻松获得创新性拓展内容或拓展方向。2.6"学习评价：提供个性化评价与反馈评价与反馈是教学的重要环节，对检验教学效果和调整教学具有重要作用。在教学中，教师往往需要投入大量时间与精力制作评价工具、批阅学生材料、分析结果数据、提供学习反馈。由于学生众多，个性化反馈难以普遍满足[19]。应用生成式人工智能可大大提升学习评价效率，为个性化学习提供反馈。教师可通过以下三步有效利用生成式人工智能辅助学习评价：第一步，确立评价标准。教师使用生成式人工智能工具生成可靠的作业或作品评价标准，或自行根据课程教学目标制定评价标准[20]。第二步，指定生成式人工智能学习评价标准。以“讯飞星火大模型”为例，教师可在讯飞星火助手中心创建新助手，输入基本助手信息和结构化指令完成调试与创建，让生成式人工智能学会评价标准。第三步，上传学生作业开展评价。教师将学生作业上传至评价系统，生成式人工智能完成标准学习后，凭借算法自动解析并根据标准生成作业质量评价和个性化反馈。教师在后台实时追踪、判断学生的学习进度和效果，并根据反馈改进教学。此外，部分生成式人工智能工具有创新评价功能，如Gradescope可根据学生的学习情况，提供定制化的学习资源；Gramma