摘要：本文在總結(jié)生成式人工智能在跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中發(fā)揮的作用的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)與實(shí)施了“蛇口當(dāng)下與未來”項(xiàng)目，旨在探索如何利用生成式人工智能技術(shù)，在跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中幫助學(xué)生解決問題，以提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。結(jié)果表明，生成式人工智能能夠提高項(xiàng)目式學(xué)習(xí)效率，為學(xué)生帶來更加個(gè)性化的指導(dǎo)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

關(guān)鍵詞：生成式人工智能；跨學(xué)科；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；信息科技

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）21-0049-04

引言

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）倡導(dǎo)“以跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式開展教育教學(xué)活動(dòng)，以落實(shí)核心素養(yǎng)的培育”?？鐚W(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是信息科技教學(xué)中的一種有效的教學(xué)方法，它強(qiáng)調(diào)在真實(shí)、完整且有意義的項(xiàng)目中應(yīng)用各類知識(shí)和技能。[1]但目前，跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在開展過程中還存在目標(biāo)定位不清晰、活動(dòng)游離于目標(biāo)之外、相關(guān)領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)項(xiàng)目支持不夠、學(xué)生對(duì)項(xiàng)目成果貢獻(xiàn)不足等問題，導(dǎo)致項(xiàng)目推進(jìn)緩慢或項(xiàng)目成果不突出等。為解決上述問題，本文提出在學(xué)習(xí)過程中加入生成式人工智能，利用生成式人工智能快速生成內(nèi)容、形成項(xiàng)目框架，提供高質(zhì)量的教育資源的優(yōu)勢(shì)，幫助學(xué)生順利推進(jìn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化發(fā)展。

跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)現(xiàn)狀與困境

跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)旨在通過解決真實(shí)世界的問題促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)和核心素養(yǎng)的發(fā)展。這種學(xué)習(xí)方式強(qiáng)調(diào)在解決復(fù)雜問題的過程中，綜合運(yùn)用不同學(xué)科的知識(shí)和技能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、批判性思維和團(tuán)隊(duì)合作能力。但在一線教學(xué)中，跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的開展阻力重重，出現(xiàn)這一問題的原因如下：

1.項(xiàng)目跨學(xué)科難度大

跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)涉及多個(gè)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，然而，在項(xiàng)目開展過程中學(xué)生無法識(shí)別和理解目標(biāo)概念背后蘊(yùn)含的特定領(lǐng)域的表征和方法，學(xué)生完成項(xiàng)目的難度增大。[2]

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)細(xì)化不足

在跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師事先設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)目標(biāo)，但項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的綜合性太強(qiáng)，學(xué)生無法在短時(shí)間內(nèi)基于大量的信息和要求細(xì)化項(xiàng)目目標(biāo)。[2]學(xué)生在理解和細(xì)化項(xiàng)目目標(biāo)時(shí)如果出現(xiàn)困難，必將拖慢項(xiàng)目進(jìn)度。

3.跨學(xué)科對(duì)教師提出更高要求

跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對(duì)教師提出了更高的要求，在項(xiàng)目開展過程中若是單一教師，則需要教師具有多學(xué)科背景以提供更專業(yè)的指導(dǎo)，否則需要多學(xué)科教師合作，而多學(xué)科教師合作則容易出現(xiàn)項(xiàng)目指導(dǎo)割裂等問題。[3]在跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，若教師專業(yè)性不足會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)項(xiàng)目深度不夠、項(xiàng)目成果不顯著等問題。

生成式人工智能及其教育應(yīng)用

根據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織2023年發(fā)布的Guidance for generative AI in education and research（《生成式人工智能教育與研究應(yīng)用指南》）的描述，生成式人工智能是基于人類思維符號(hào)表征系統(tǒng)表達(dá)的提示工程自動(dòng)生成內(nèi)容的人工智能技術(shù)。[4]現(xiàn)今不同學(xué)科背景的教師逐步采用人工智能技術(shù)賦能教、學(xué)、評(píng)的過程，如侯瑜等發(fā)現(xiàn)生成式人工智能作為強(qiáng)有力的工具，為實(shí)施高中地理思維型課堂提供了支持。[5]吳浩等探討了生成式人工智能在生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其可以為教師提供豐富的生物學(xué)教學(xué)素材，促進(jìn)生物學(xué)跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)開展，改善學(xué)生的表達(dá)與論證并生成微觀事物模型具象化學(xué)生想象等。[6]在未來，生成式人工智能將深入學(xué)科教學(xué)，成為教育的一個(gè)重要組成部分，建議利用技術(shù)來加強(qiáng)學(xué)習(xí)。[7]

生成式人工智能強(qiáng)大的啟發(fā)性內(nèi)容生成、理解情景對(duì)話、解析程序語言的能力，為其在跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中提供了廣泛應(yīng)用的可能性。綜合而言，在跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，它能在以下教學(xué)場(chǎng)景中提供支持：①頭腦風(fēng)暴。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，倡導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性構(gòu)思，學(xué)生可以向人工智能提出問題，獲取關(guān)于該主題的大量信息和觀點(diǎn)，從而激發(fā)創(chuàng)造性思維，拓展思維廣度。②個(gè)性化輔導(dǎo)。生成式人工智能通過回答學(xué)生提出的問題、解釋復(fù)雜概念、提供實(shí)例等方式，幫助學(xué)生更好地理解知識(shí)點(diǎn)，填補(bǔ)學(xué)生個(gè)體在學(xué)習(xí)中的差異。③項(xiàng)目指導(dǎo)。學(xué)生可以向人工智能咨詢有關(guān)項(xiàng)目的相關(guān)問題，包括方法論、文獻(xiàn)綜述、數(shù)據(jù)分析等方面的建議，幫助學(xué)生更好地完成任務(wù)，彌補(bǔ)教師在跨學(xué)科項(xiàng)目指導(dǎo)中學(xué)科背景缺失的不足。④創(chuàng)作輔助。在以信息科技學(xué)科為主的跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以就程序編寫、3D打印設(shè)計(jì)圖紙、激光切割圖等設(shè)計(jì)創(chuàng)作等問題尋求人工智能的幫助，降低項(xiàng)目完成的難度，提高項(xiàng)目開展效率。

生成式人工智能在跨學(xué)科項(xiàng)目中的應(yīng)用

生成式人工智能在跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中承擔(dān)著重要角色，筆者提出了基于生成式人工智能的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)結(jié)構(gòu)，具體如下圖所示。下面，以“蛇口當(dāng)下與未來”項(xiàng)目為例，參照魏羽飛等人提出的跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的理念[8]，從主題選擇與課程整合、團(tuán)隊(duì)建設(shè)與任務(wù)分工、項(xiàng)目實(shí)施與方案迭代、成果展示與評(píng)價(jià)策略四個(gè)方面進(jìn)行介紹。

1.主題選擇與課程整合

（1）主題選擇

在選擇主題時(shí)，教師可以先進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，了解學(xué)生的興趣、社會(huì)熱點(diǎn)以及與新課標(biāo)相關(guān)的重要議題。[8]“蛇口當(dāng)下與未來”是一個(gè)基于深圳蛇口地域文化，以“未來城市”為主題展開的跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程，通過認(rèn)識(shí)蛇口歷史發(fā)展、城市形態(tài)、自然環(huán)境、人文環(huán)境等，讓學(xué)生像設(shè)計(jì)師和工程師一樣，從城市規(guī)劃、社區(qū)生活、自然環(huán)境、工業(yè)區(qū)發(fā)展和城市地標(biāo)性建筑等方面出發(fā)，圍繞一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的議題如“電能驅(qū)動(dòng)的城市”，思考未來蛇口的城市特色。該主題兼顧了廣度和深度，能夠貫穿多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，同時(shí)也需要足夠深入，以確保學(xué)生有足夠的深度學(xué)習(xí)空間。

（2）課程整合

在項(xiàng)目開始時(shí)教師進(jìn)行情境導(dǎo)入，通過視頻展示未來城市的各種可能性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行暢想。結(jié)合每年舉行的“未來之城”的比賽，展示往年比賽成果，并引出每年比賽的可持續(xù)發(fā)展議題，今年的議題是“電能驅(qū)動(dòng)的未來城市”，將未來城市的暢想與實(shí)際比賽主題整合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。本項(xiàng)目將學(xué)習(xí)活動(dòng)劃分為了解蛇口、調(diào)查電能技術(shù)、設(shè)計(jì)未來城市、制作城市模型四個(gè)環(huán)節(jié)。課程整合了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，最終形成一個(gè)未來城市的論文和模型。

2.團(tuán)隊(duì)建設(shè)與任務(wù)分工

學(xué)生具有不同的興趣和技能，在團(tuán)隊(duì)建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮將具有不同專長(zhǎng)的學(xué)生組成一個(gè)多元化的團(tuán)隊(duì)，本案例加入生成式人工智能，教師引導(dǎo)學(xué)生將人工智能作為團(tuán)隊(duì)合作的伙伴和輔導(dǎo)者。例如，學(xué)生可以從不同角度對(duì)蛇口進(jìn)行調(diào)研，最后匯總為蛇口的介紹，確保每位學(xué)生都在項(xiàng)目中有所貢獻(xiàn)，同時(shí)每位學(xué)生又可以與人工智能協(xié)作，討論調(diào)研結(jié)果。

3.項(xiàng)目實(shí)施與方案迭代

（1）項(xiàng)目實(shí)施

“蛇口當(dāng)下與未來”項(xiàng)目分為了解蛇口、調(diào)查電能技術(shù)、設(shè)計(jì)未來城市、制作城市模型四個(gè)環(huán)節(jié)。

了解蛇口指了解蛇口的自然人文等，驅(qū)動(dòng)性問題包括“蛇口的地理樣貌是怎樣的”“蛇口的歷史文化是什么”等，其中涉及地理、歷史等學(xué)科。在此環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生采用“關(guān)鍵詞表達(dá)”和“信息修正”的方式與人工智能對(duì)話。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，生成式人工智能發(fā)揮了信息搜索和整合的作用，幫助學(xué)生快速整理蛇口的自然與人文信息。

調(diào)查電能技術(shù)指從可再生能源利用、智能電網(wǎng)系統(tǒng)、能源儲(chǔ)存技術(shù)、能源高效利用、用電管理系統(tǒng)以及應(yīng)急備用電力系統(tǒng)等方面調(diào)查先進(jìn)技術(shù)，這一過程涉及科學(xué)、工程和技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)。在此環(huán)節(jié)，引入具有文獻(xiàn)檢索和整理功能的人工智能，利用人工智能整合文獻(xiàn)信息的功能，幫助沒有文獻(xiàn)檢索閱讀經(jīng)歷的學(xué)生快速了解先進(jìn)技術(shù)，建構(gòu)電力知識(shí)框架。

設(shè)計(jì)未來城市指思考以電力驅(qū)動(dòng)的高效運(yùn)行的城市方案，并思考這種方案對(duì)居住就業(yè)、工農(nóng)業(yè)、科技、城市特色等的影響，這一環(huán)節(jié)涉及技術(shù)工程和社會(huì)科學(xué)的學(xué)科。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，生成式人工智能幫助學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴和方案框架整理，并幫助學(xué)生反思方案、完善設(shè)想。

制作城市模型要求學(xué)生用廢棄物品完成蛇口的未來城市模型，模型制作過程涉及數(shù)學(xué)、藝術(shù)和科學(xué)學(xué)科。教師在這個(gè)過程中需要明確每個(gè)學(xué)科在項(xiàng)目中的貢獻(xiàn)和角色，確保各學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)能夠有機(jī)地結(jié)合到整個(gè)項(xiàng)目中。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生利用生成式人工智能生成圖片的功能，進(jìn)行創(chuàng)作輔助。

（2）方案迭代

在跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，階段性設(shè)計(jì)和迭代是一個(gè)關(guān)鍵的策略，旨在引導(dǎo)學(xué)生有序地深入研究并解決復(fù)雜問題。[8]本項(xiàng)目實(shí)施過程可以分為三個(gè)階段性的設(shè)計(jì)。

階段一：提出設(shè)想擬定方案。

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的前兩個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生處于調(diào)查研究形成想法的階段，可以初步提出未來城市的構(gòu)想，并根據(jù)構(gòu)想不斷搜集更多資料和信息，在“了解蛇口”和“調(diào)查電能技術(shù)”之后擬定一個(gè)初步方案。

階段二：完善設(shè)想形成方案。

在形成初步設(shè)想的基礎(chǔ)上，學(xué)生進(jìn)入“設(shè)計(jì)未來城市”的環(huán)節(jié)，教師為學(xué)生提供了方案框架和驅(qū)動(dòng)性問題的腳手架，學(xué)生基于該腳手架填寫相應(yīng)的內(nèi)容。在此過程中，遇到任何關(guān)于未來技術(shù)、生活，或蛇口地域特色等問題，學(xué)生返回調(diào)研階段，完善想法，形成一個(gè)完整的方案。

階段三：優(yōu)化設(shè)想補(bǔ)充方案。

在進(jìn)行方案和模型展示之后，可以根據(jù)教師、生成式人工智能和其他同學(xué)的反饋，基于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)想法漏洞，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)想。這個(gè)過程既考驗(yàn)了學(xué)生對(duì)跨學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用能力，也培養(yǎng)了他們的語言表達(dá)和溝通能力。

4.成果展示與評(píng)價(jià)策略

“蛇口當(dāng)下與未來”采用多元的展示方式，包括展示性報(bào)告、論文和模型。展示性報(bào)告是一種常見而有效的成果展示方式，包括口頭報(bào)告或展示性PPT，學(xué)生可以向全班同學(xué)展示自己在項(xiàng)目中的研究過程、解決方案以及心得體會(huì)。論文是具有規(guī)范性的文件，幫助學(xué)生更好地組織和傳遞信息，使觀眾可以深入了解項(xiàng)目的背景、目的、方法以及結(jié)論，從而更全面地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)術(shù)水平和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。模型是最具有視覺沖擊力的成果，直觀地展示了未來城市構(gòu)想，學(xué)生通過模型展現(xiàn)對(duì)跨學(xué)科思維的運(yùn)用和對(duì)不同學(xué)科之間關(guān)聯(lián)性的理解，這樣不僅能夠反映學(xué)科綜合素養(yǎng)，還能夠培養(yǎng)跨學(xué)科思維以及綜合分析和解決問題的能力。

總結(jié)和反思

本文提出了將生成式人工智能融入跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的想法，并通過“蛇口當(dāng)下與未來”項(xiàng)目加以應(yīng)用。本研究主要有以下兩點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)：①創(chuàng)新的教學(xué)模式。本文提出將生成式人工智能融入項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，以縮短項(xiàng)目式學(xué)習(xí)資料收集、信息整理和方案設(shè)計(jì)等的時(shí)間，降低學(xué)生在項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知負(fù)荷和技術(shù)難度，并提出了跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)模式及生成式人工智能在其中承擔(dān)的角色。融合生成式人工智能的創(chuàng)新教學(xué)模式有利于減少項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的課時(shí)，增加教學(xué)成果輸出，避免“為了運(yùn)用新技術(shù)而用新技術(shù)”的教學(xué)。②高效的雙師教學(xué)。雙師教學(xué)模式將人類教師與AI教師緊密結(jié)合，有效提高教學(xué)效率。擁有兩位差異化的教師，能給予學(xué)生高質(zhì)量的專業(yè)指導(dǎo)，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合學(xué)科思維和素養(yǎng)。

生成式人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用正迅速發(fā)展，其能夠提供快速的內(nèi)容開發(fā)方法，同時(shí)也能創(chuàng)造多樣化、高質(zhì)量的教育資源。[9]但其依舊面臨著不透明性和不可解釋性、數(shù)據(jù)隱私和安全等問題。[10]同時(shí)，生成式人工智能在一線教學(xué)中需要確保內(nèi)容的準(zhǔn)確性、過程的可解釋性和個(gè)性化的聯(lián)動(dòng)性。[11]這意味著，在設(shè)計(jì)跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)策略時(shí)，需要考慮如何有效地整合生成式人工智能技術(shù)，以支持個(gè)性化學(xué)習(xí)和提高學(xué)習(xí)效率。因此，未來研究不僅要探究生成式人工智能的融入路徑，還要提出更精細(xì)化的教學(xué)策略來指導(dǎo)教學(xué)過程。

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