摘要：本文針對(duì)當(dāng)前高中信息技術(shù)新教材教學(xué)中存在的問題，同時(shí)為了促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)，借助生成式人工智能設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)內(nèi)容，提出了生成式人工智能賦能高中信息技術(shù)教學(xué)思路，并研究其中的技術(shù)支持過程，以期為信息技術(shù)教學(xué)提供新的教學(xué)策略和案例。

關(guān)鍵詞：生成式人工智能；高中信息技術(shù)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）16-0046-04

生成式人工智能對(duì)教學(xué)領(lǐng)域的影響

1.人類教師的局限性

教師在教學(xué)過程中面臨諸多局限性。首先，教師在個(gè)人認(rèn)知和專業(yè)知識(shí)方面存在局限，這可能導(dǎo)致對(duì)某些學(xué)科或領(lǐng)域的教學(xué)覆蓋不足。其次，教學(xué)資源和時(shí)間的限制也會(huì)影響教學(xué)的深度和廣度，進(jìn)而影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。再次，人類教師對(duì)學(xué)生個(gè)體差異的認(rèn)知局限也可能導(dǎo)致無法對(duì)每個(gè)學(xué)生實(shí)施個(gè)性化教學(xué)，從而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2.人工智能的優(yōu)越性

人工智能在教學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出了諸多優(yōu)越性。首先，人工智能擁有龐大的知識(shí)儲(chǔ)備和卓越的信息處理能力，能夠?qū)⒏鱾€(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)整合并快速傳授給學(xué)生。其次，人工智能可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)和智能化輔助，針對(duì)學(xué)生的個(gè)體差異提供量身定制的學(xué)習(xí)計(jì)劃和教學(xué)輔助，從而提高教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效果。再次，人工智能能夠進(jìn)行長時(shí)間、大規(guī)模的教學(xué)和評(píng)估，通過數(shù)據(jù)分析和反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的全面跟蹤和評(píng)估，從而為教學(xué)過程提供更多有益信息。

3.人類教師與人工智能的關(guān)系

人類教師與人工智能的關(guān)系備受關(guān)注。一方面，人工智能可以作為教學(xué)的輔助工具，為教師提供更多教學(xué)資源和智能化支持；另一方面，需要在實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)的同時(shí)，平衡人工智能和人類教師在教學(xué)過程中的作用與發(fā)揮，確保兩者能夠相互補(bǔ)充，而非取代。此外，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，教師的角色也需要轉(zhuǎn)變與重新定位，教師要更多地發(fā)揮指導(dǎo)者、引導(dǎo)者和課程設(shè)計(jì)者的作用，更注重與學(xué)生的互動(dòng)和情感交流。這些方面都需要在教育中進(jìn)行更多的探索和實(shí)踐。

基于生成式人工智能的項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

高中信息技術(shù)教材中要求使用Python中的Flask Web應(yīng)用框架以及Sqlite數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。大部分教師雖然通過學(xué)習(xí)具備了編寫教材中網(wǎng)絡(luò)聊天機(jī)器人以及室內(nèi)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)踐基礎(chǔ)，但是缺乏開發(fā)其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件所需的理論知識(shí)和必備技能。筆者在與生成式人工智能交互的過程中，結(jié)合必修2學(xué)習(xí)內(nèi)容要求設(shè)計(jì)了“在線加法練習(xí)系統(tǒng)”項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生參與基于真實(shí)問題的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)的全過程，充分利用開源硬件和人工智能應(yīng)用等資源，搭建了面向?qū)嶋H生活的應(yīng)用場景，發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與探究學(xué)習(xí)能力，鼓勵(lì)學(xué)生積極探究、大膽實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

下面，筆者結(jié)合高中信息技術(shù)必修2《信息系統(tǒng)與社會(huì)》中的《2.6網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件開發(fā)》一課談?wù)劸唧w的教學(xué)設(shè)計(jì)，以驗(yàn)證基于生成式人工智能的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的效果。

1.明確目標(biāo)框架—系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

在學(xué)習(xí)必修2《信息系統(tǒng)與社會(huì)》中的《2.4 傳感與控制》一課時(shí)，學(xué)生在“實(shí)踐與體驗(yàn)”活動(dòng)中學(xué)會(huì)了使用計(jì)算機(jī)控制micro：bit的LED陣列，且教材中提出了“用計(jì)算機(jī)隨機(jī)出數(shù)學(xué)題，micro：bit根據(jù)回答是否正確而顯示不同的表情”的拓展任務(wù)。因此，結(jié)合單元教學(xué)的理念及課程標(biāo)準(zhǔn)要求，筆者在《2.6網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件開發(fā)》一課以“在線加法練習(xí)系統(tǒng)”的開發(fā)為問題情境，融合《傳感與控制》以及必修1中的Pandas數(shù)據(jù)處理相關(guān)知識(shí)展開設(shè)計(jì)，系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)如表1所示。

2.交互構(gòu)建雛形—系統(tǒng)的開發(fā)編寫

筆者選用基于ChatGPT 3.5的ZelinAI平臺(tái)作為輔助開發(fā)工具，給出需求明確的問題獲取相應(yīng)的代碼或示例，在交互改進(jìn)中實(shí)現(xiàn)在線加法練習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體開發(fā)交互過程如上頁表2所示。

筆者發(fā)現(xiàn)，在開發(fā)過程中，生成式人工智能可以結(jié)合算法需求快速編寫代碼、結(jié)合知識(shí)需求快速給出示例、結(jié)合創(chuàng)意要求快速給出文案。

3.結(jié)合需求優(yōu)化—系統(tǒng)的改進(jìn)迭代

教材中“網(wǎng)絡(luò)聊天機(jī)器人”案例是導(dǎo)入Flask_wtf擴(kuò)展的FlaskForm模塊實(shí)現(xiàn)用戶在網(wǎng)頁中使用提交表單提交聊天語句。教師可以結(jié)合“聊天機(jī)器人”案例修改登錄頁面，使用表單模塊實(shí)現(xiàn)登錄功能（如下圖）。

4.項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐—系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用

項(xiàng)目采用“結(jié)對(duì)編程”的方式開展合作學(xué)習(xí)，一位學(xué)生負(fù)責(zé)開發(fā)服務(wù)器端代碼及調(diào)試運(yùn)行，另一位學(xué)生負(fù)責(zé)檢查代碼的正確性及客戶端訪問的可行性。

活動(dòng)一：項(xiàng)目設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目需求討論確定在線加法練習(xí)系統(tǒng)的功能模塊，明確各個(gè)模塊的URL與相應(yīng)的路由及視圖函數(shù)，確定數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，知道網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中要導(dǎo)入的模塊及編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序需要完成的操作步驟。

活動(dòng)二：設(shè)計(jì)主頁模塊

編寫主頁模塊的路由及視圖函數(shù)，實(shí)現(xiàn)渲染顯示網(wǎng)頁模板；調(diào)試過程中掌握調(diào)試發(fā)布應(yīng)用程序的知識(shí)與技能，實(shí)現(xiàn)客戶端通過URL訪問系統(tǒng)主頁。

活動(dòng)三：設(shè)計(jì)注冊(cè)模塊

編寫注冊(cè)模塊的路由及視圖函數(shù)，以GET請(qǐng)求渲染顯示register.html頁面，在表單中輸入用戶名和密碼后，以POST請(qǐng)求提交數(shù)據(jù)到路由中，在數(shù)據(jù)表users中插入用戶名和密碼，跳轉(zhuǎn)到登錄頁面。

活動(dòng)四：登錄頁面

編寫登錄模塊的路由及視圖函數(shù)，在路由中使用FlaskForm類創(chuàng)建自定義表單實(shí)現(xiàn)登錄功能，鞏固GET及POST請(qǐng)求的應(yīng)用及區(qū)別，并在登錄成功后實(shí)現(xiàn)頁面跳轉(zhuǎn)至練習(xí)模塊。

活動(dòng)五：練習(xí)頁面

編寫練習(xí)模塊的路由及視圖函數(shù)，路由接收GET請(qǐng)求后隨機(jī)生成兩個(gè)[1，100]之間的隨機(jī)數(shù)并渲染顯示practice.html頁面，在表單中輸入答案后，以POST請(qǐng)求提交數(shù)據(jù)到路由中，若答案正確，新建一條累計(jì)得分記錄（用戶、得分、時(shí)間），若回答錯(cuò)誤則給出錯(cuò)誤提示，等待重新輸入。

活動(dòng)六：排行榜頁面

編寫排行榜模塊的路由及視圖函數(shù)，路由接收GET請(qǐng)求后查詢數(shù)據(jù)庫records數(shù)據(jù)表，以用戶ID為依據(jù)分組找出每個(gè)用戶的累計(jì)最高得分，按累計(jì)最高得分降序排序。取前十名，輸出用戶名、累計(jì)得分和記錄刷新時(shí)間。

最后，學(xué)生對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的問題以及解決方案等予以反思總結(jié)，將感性體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為理性知識(shí)并內(nèi)化掌握，并提出了項(xiàng)目改進(jìn)的方向—設(shè)計(jì)擴(kuò)展功能實(shí)現(xiàn)服務(wù)器根據(jù)回答是否正確在客戶端的智能終端micro：bit顯示屏顯示對(duì)應(yīng)的表情。

基于生成式人工智能的項(xiàng)目式教學(xué)策略

1.依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境

教師基于學(xué)科大概念及課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的學(xué)情創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境。真實(shí)的情境可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)的實(shí)踐性，將學(xué)習(xí)從教材枯燥的概念轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，提升學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣。

2.聚焦核心問題，明確項(xiàng)目架構(gòu)

教師首先需要明確項(xiàng)目的核心問題，分析核心問題涉及的學(xué)科知識(shí)，確定項(xiàng)目的范圍和內(nèi)容及項(xiàng)目的整體框架；其次確定項(xiàng)目的學(xué)習(xí)活動(dòng)，這些活動(dòng)應(yīng)能夠逐步引領(lǐng)學(xué)生深入理解和解決核心問題。

3.借助生成式AI，開發(fā)項(xiàng)目資源

生成式人工智能提供了豐富的工具和資源，可以用于開發(fā)項(xiàng)目所需的素材和內(nèi)容。除此之外，還可以利用自然語言生成模型來生成項(xiàng)目描述、程序的測試數(shù)據(jù)等。

4.關(guān)鍵問題引領(lǐng)，實(shí)施項(xiàng)目活動(dòng)

教師通過啟發(fā)性的問題激發(fā)學(xué)生的興趣并引發(fā)思考，學(xué)生借助閱讀教材、與生成式人工智能交互及程序編寫調(diào)試等方式對(duì)一系列的問題鏈逐步深入探究，挖掘項(xiàng)目中涉及的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和技能，在實(shí)踐中應(yīng)用知識(shí)、形成經(jīng)驗(yàn)并逐漸建立認(rèn)知結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步養(yǎng)成解決問題的關(guān)鍵能力。

5.復(fù)盤項(xiàng)目過程，改進(jìn)優(yōu)化項(xiàng)目

教師鼓勵(lì)學(xué)生分享項(xiàng)目學(xué)習(xí)成果及感想，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目存在的問題和不足之處，提出改進(jìn)和優(yōu)化的方向，并為下一次的項(xiàng)目改進(jìn)和優(yōu)化提供參考。

結(jié)語

利用生成式人工智能輔助項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對(duì)教師提出了更高的要求，教師要能精準(zhǔn)定位教學(xué)設(shè)計(jì)需求，掌握與生成式人工智能交互的方法，結(jié)合自身需求提供明確的交互要求，在交互過程中明確問題算法設(shè)計(jì)及優(yōu)化的方向。

參考文獻(xiàn)：

余南平，張翌然.ChatGPT/生成式人工智能對(duì)教育的影響：大國博弈新邊疆[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)：教育科學(xué)版，2023，41（07）：15-25.