陳鄧康 張屹

人工智能時代，人工智能技術(shù)成為推動教育創(chuàng)新和發(fā)展的關(guān)鍵力量，特別是在跨學(xué)科學(xué)習(xí)領(lǐng)域，數(shù)字化技術(shù)和產(chǎn)品能幫助教師和學(xué)生獲取優(yōu)質(zhì)資源的支持，獲得真實的學(xué)習(xí)情境和有跡可循的評價反饋。本文從跨學(xué)科教學(xué)全過程探討智能技術(shù)如何賦能跨學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新，為新課程標(biāo)準(zhǔn)落地和跨學(xué)科教學(xué)實踐提供有益啟示。

一、人工智能技術(shù)賦能跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的生成

跨學(xué)科教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，內(nèi)容一般涉及多個領(lǐng)域。人工智能技術(shù)可為跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的生成和實施注入新的活力，推動教學(xué)內(nèi)容向更深層次的整合和更廣泛的應(yīng)用上發(fā)展。

一方面，人工智能技術(shù)能夠賦能跨學(xué)科主題教學(xué)內(nèi)容的生成，使每名教師成為跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)作者。跨學(xué)科教學(xué)的一個重要特點是，教師需要選擇一個主題貫穿整個教學(xué)過程。人工智能技術(shù)工具能根據(jù)文本提示自動生成大量內(nèi)容，這可以拓展教師的主題遴選渠道。人工智能技術(shù)還能根據(jù)主題設(shè)計相應(yīng)的跨學(xué)科任務(wù)。如，對于學(xué)生難以理解的抽象數(shù)學(xué)概念，教師可以通過人工智能技術(shù)生成逼真的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生在真實情境中理解數(shù)學(xué)概念，并將數(shù)學(xué)概念應(yīng)用于現(xiàn)實世界的場景中。同時，人工智能技術(shù)可以整合科學(xué)、工程等相關(guān)知識，生成有趣的跨學(xué)科任務(wù)，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行深入的數(shù)學(xué)思考，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和批判性思維能力。進(jìn)一步地，教師還可以通過與生成式人工智能聊天（需要提前撰寫提示詞模板），快速為個別學(xué)生生成量身定制的學(xué)習(xí)材料，如情境、任務(wù)和解釋等，以提供個性化學(xué)習(xí)體驗，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

另一方面，人工智能本身作為一門具有時代性的綜合性學(xué)科，其在跨學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用越來越受到教師的重視。在人工智能課程中，教師可以結(jié)合計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)、倫理學(xué)等知識，設(shè)計基于跨學(xué)科大概念的教學(xué)活動。例如，在講授機(jī)器學(xué)習(xí)算法時，教師可以巧妙地融入數(shù)學(xué)領(lǐng)域的統(tǒng)計學(xué)和概率論相關(guān)知識。以決策樹算法為例，學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)如何通過編程實現(xiàn)這一算法，還要深入理解其背后的數(shù)學(xué)原理，如熵的計算和信息增益的衡量。為了拓寬學(xué)生的視野，教師還可以鼓勵學(xué)生就“機(jī)器人的道德和法律責(zé)任”論題展開探討，以此實現(xiàn)“人工智能領(lǐng)域與工程學(xué)、倫理學(xué)等領(lǐng)域的交叉融合，為學(xué)生構(gòu)建一個更加全面、立體的知識體系（李天宇，《基于STEAM教育的中小學(xué)人工智能教育研究——以“機(jī)器會思考嗎”一課為例》，《現(xiàn)代教育技術(shù)》2021年第1期）。通過開展人工智能項目學(xué)習(xí)，學(xué)生可以將編程、算法、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)知識應(yīng)用于具體場景中，如開發(fā)一個簡單的聊天機(jī)器人或命令機(jī)器分析社交媒體數(shù)據(jù)等。兼顧理論與實踐的教學(xué)內(nèi)容，有助于學(xué)生深入理解人工智能技術(shù)原理及其應(yīng)用價值。

二、人工智能技術(shù)賦能跨學(xué)科教學(xué)模式的改變

跨學(xué)科教學(xué)主張以真實情境為背景，將多學(xué)科知識融入綜合性探究學(xué)習(xí)任務(wù)中，使學(xué)生在親歷問題解決的過程中深化對學(xué)科知識的理解，并催生跨學(xué)科的創(chuàng)新思維。而生成式人工智能與大語言模型以其多輪對話與角色模擬功能、智能評價與反饋功能以及一定程度的邏輯推理能力等優(yōu)勢，改變了跨學(xué)科教學(xué)環(huán)境以及學(xué)習(xí)模式。

首先，數(shù)字化空間為跨學(xué)科教學(xué)創(chuàng)設(shè)了理想的教學(xué)環(huán)境。智慧教室和STEM教室等數(shù)字化空間能為學(xué)生提供沉浸式、交互式的學(xué)習(xí)體驗，有利于學(xué)生在直觀感知和體驗中輕松實現(xiàn)知識的跨領(lǐng)域融合。如，元宇宙作為一種整合多種新興智能技術(shù)、實現(xiàn)虛實共生的新型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和數(shù)字化社會形態(tài)，能為學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)開辟新的空間維度。具體地講，通過元宇宙提供的虛擬交互式三維空間，學(xué)習(xí)者可以數(shù)字化身份進(jìn)入空間并參與互動。在元宇宙中，學(xué)生可以與世界各地的同伴一起參與科學(xué)實驗、歷史重現(xiàn)、建筑設(shè)計等跨學(xué)科項目探究。這種智能課堂超越了傳統(tǒng)課堂的局限，為學(xué)習(xí)者提供了一個無界限的學(xué)習(xí)環(huán)境。再比如，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能通過頭戴式顯示器和交互設(shè)備，創(chuàng)造一個完全沉浸式的虛擬環(huán)境。借助這些設(shè)備，學(xué)生可以“身臨其境”地探索遙遠(yuǎn)星系、深海世界，或是親歷歷史上的重大事件。這種體驗極大地增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的現(xiàn)實感和參與度，能使學(xué)生在直觀感知和體驗中輕松實現(xiàn)知識的跨領(lǐng)域融合。

其次，借助生成式人工智能強(qiáng)大的生成與創(chuàng)作功能，教師可以基于已有的跨學(xué)科教學(xué)模式（如“5E”教學(xué)模式等）高效完成課程教學(xué)設(shè)計。如，教師在以“營養(yǎng)午餐”為主題開展跨學(xué)科教學(xué)時，可以通過向生成式人工智能說明自己的角色（一名小學(xué)STEM教師）、任務(wù)內(nèi)容（以“營養(yǎng)午餐”為跨學(xué)科教學(xué)主題、利用“5E”教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)等），要求其產(chǎn)出一份教學(xué)方案，并通過與生成式人工智能的多輪對話，實現(xiàn)對教學(xué)方案的修改與完善。生成式人工智能還可以協(xié)助教師設(shè)計具有挑戰(zhàn)性的問題和項目，同時提供實時反饋和指導(dǎo)，幫助學(xué)生在解決問題的過程中發(fā)展批判性思維能力和創(chuàng)新能力。

三、人工智能技術(shù)賦能跨學(xué)科評估方式的創(chuàng)新

跨學(xué)科教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、高階思維、創(chuàng)新能力及社會責(zé)任等核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，故其評價應(yīng)立足學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)過程中不斷反思與改進(jìn)實踐過程。人工智能時代，一系列尖端智能技術(shù)的使用有望打破傳統(tǒng)教學(xué)評價的局限，為跨學(xué)科教學(xué)評價打開新的大門。

首先，應(yīng)用人工智能技術(shù)使跨學(xué)科教學(xué)評價不再局限于學(xué)習(xí)結(jié)果，而是全面關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。教師可以利用教學(xué)平臺保留學(xué)生的作業(yè)、協(xié)作成果等數(shù)據(jù)，并結(jié)合社會網(wǎng)絡(luò)分析、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析等學(xué)習(xí)分析技術(shù)，對學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)投入度、問題解決能力等進(jìn)行評估；通過收集腦電波、眼動追蹤等生理和行為數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)和學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而更準(zhǔn)確地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)。此外，對于學(xué)習(xí)結(jié)果的評估，應(yīng)用人工智能技術(shù)能拓寬教師的評價視野。比如，教師可以利用“文心一言”等生成式人工智能輔助生成具有綜合性和遷移性的跨學(xué)科知識測驗題、作品評價量表，并借助人工智能的自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，完成對學(xué)生書面作品的自動分析，為評價提供參考與借鑒。

其次，人工智能技術(shù)的應(yīng)用使教學(xué)評價可以實時進(jìn)行，學(xué)生可以即時獲得反饋，及時調(diào)整學(xué)習(xí)策略。比如，教師可以在課堂上利用問卷星或教學(xué)平臺內(nèi)嵌的出題工具即時進(jìn)行小測驗，學(xué)生通過移動設(shè)備參與測驗，系統(tǒng)可以立即提供反饋和評分。

人工智能技術(shù)可以很好地解決教學(xué)評價的實用性、實效性、有效性方面的問題，有助于教學(xué)質(zhì)量的提升。

（作者單位：華中師范大學(xué)人工智能教育學(xué)部）

責(zé)任編輯? 嚴(yán)芳