ChatGPT融入初中地理項目式教學(xué)的課堂互動研究

【摘" 要】 2022年，作為大型語言模型（Large Language Mode，LLM）的機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，ChatGPT可以通過海量數(shù)據(jù)存儲和高效的設(shè)計架構(gòu)理解、解讀用戶的請求，進而以近乎人類自然語言的方式，生成具有“較高復(fù)雜度的回應(yīng)文本”，更好地實現(xiàn)了人機交互。項目式學(xué)習(xí)是近幾年興起的一種新型教學(xué)模式，將項目式學(xué)習(xí)應(yīng)用在地理教學(xué)中，不僅可以豐富教學(xué)模式，還能提高課堂教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性。學(xué)生在項目化的探究中，可以從多種信息渠道了解課堂內(nèi)容。然而，對初中學(xué)生而言，在課堂上存在團隊合作的積極性不高、參與互動的專注度低等問題。基于此，可以將ChatGPT融入課堂互動、參與初中地理的項目式教學(xué)。實驗結(jié)果表明，ChatGPT可以顯著地推動中學(xué)生的合作互動，對提高學(xué)生的成績、互動積極性與集體效能感，有非常顯著的效果和意義。

【關(guān)鍵詞】 ChatGPT;初中地理;項目式教學(xué)

一、研究背景

現(xiàn)代技術(shù)與機器的出現(xiàn)，都是為了幫助人類解決包括體力和智力兩個層面的各種復(fù)雜問題，當(dāng)前研究者的興趣進一步聚焦到如何借助計算機來模擬人的智力活動這一問題層面。人工智能（AI）可以被定義為計算機科學(xué)和語言學(xué)的多學(xué)科方法，它渴望創(chuàng)造出需要執(zhí)行人類智能任務(wù)的機器。這些任務(wù)包括學(xué)習(xí)、適應(yīng)、理解抽象概念的能力，以及對復(fù)雜人類屬性的反應(yīng)，如注意力、情感和創(chuàng)造力等。人工智能作為一門科學(xué)，其歷史可以追溯到20世紀(jì)中期達特茅斯的AI夏季研究項目。隨后是機器學(xué)習(xí)（ML）算法的發(fā)展，該算法允許基于大型數(shù)據(jù)集中的模式進行決策或預(yù)測。隨后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（大腦模擬算法）、遺傳算法（通過應(yīng)用進化原理為復(fù)雜的問題尋找最優(yōu)解決方案）開始逐漸應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)。

項目式學(xué)習(xí)（簡稱PBL）并不是一個很新的概念。在2005年，國際PBL項目已經(jīng)進入中國。2008年，國內(nèi)出版了中文版圖書《項目學(xué)習(xí)教師指南》。在此之前，我國教師在學(xué)習(xí)PBL時，并沒有中文版的教材，只有外文教材。進入21世紀(jì)以后，全世界都開始關(guān)注未來人才的培養(yǎng)。2021年，“雙減”政策指向讓學(xué)習(xí)回歸校園的主陣地，讓學(xué)校成為育人的主要場所，其中作業(yè)管理、考試管理都與項目式學(xué)習(xí)有著密不可分的關(guān)系。如作業(yè)管理提出了分層作業(yè)、個性化作業(yè)，而項目式學(xué)習(xí)本身就是分層作業(yè)，其學(xué)習(xí)任務(wù)也是個性化的。

二、ChatGPT概述

ChatGPT（Chat Generative Pre-trained Transformer）的中文全稱為“生成型預(yù)訓(xùn)練變換模型”。它是美國人工智能研究實驗室OpenAl于2022年11月30日發(fā)布的聊天機器人程序，該機器人使用了Transformer神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（GPT-3.5架構(gòu)）。ChatGPT作為一款人工智能技術(shù)驅(qū)動的自然語言處理工具，可以通過海量數(shù)據(jù)存儲和高效設(shè)計架構(gòu)來理解和解讀用戶的請求，可以以近乎人類自然語言的方式，生成具有“較高復(fù)雜度的回應(yīng)文本”，甚至能完成撰寫腳本文案、機器翻譯、代碼生成和對話AI等任務(wù)。

ChatGPT的原理是在GPT3.5的基礎(chǔ)上，加入了人類反饋強化模型，將人類偏好作為獎勵信號對模型進行微調(diào)，并引入了反復(fù)訓(xùn)練的“人工標(biāo)記數(shù)據(jù)+強化學(xué)習(xí)”。與傳統(tǒng)的人工智能技術(shù)相比，ChatGPT代表了未來人工智能的發(fā)展趨勢，它在語言風(fēng)格、論證效力和思想深度等方面，具備新一代人工智能技術(shù)鮮明的特征，基于大數(shù)據(jù)集自行生成內(nèi)容。ChatGPT“無比強大”的能力，主要得益于它依托的大型語言模型。雖然ChatGPT加入了人工標(biāo)記數(shù)據(jù)，但量級極小，這種規(guī)模的數(shù)據(jù)量和訓(xùn)練，與GPT-3.5模型使用的數(shù)據(jù)量相比，幾乎可以忽略不計，對GPT-3.5基礎(chǔ)能力的提升基本不會發(fā)揮作用。

有研究發(fā)現(xiàn)，ChatGPT在處理自然語言的一系列任務(wù)上有了很大的進步，比如文本理解和生成、對話問答、機器翻譯和程序代碼生成。從技術(shù)層面而言，得益于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大型語言模型研究在近幾年的不斷發(fā)展，也就是海量的巨大的算力，才誕生了這樣一個大型語言模型。因此ChatGPT的強大功能主要源自隱藏其背后的“巨無霸”模型一LLM。對于LLM的發(fā)展理念，可以將其理解為“構(gòu)建一個與任務(wù)無關(guān)的超大型LLM，讓它從海量的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)各種知識”。相較以往，人工智能進化的深度學(xué)習(xí)能力，對大部分人而言，只是一個高深的概念。ChatGPT通過生成式預(yù)訓(xùn)練轉(zhuǎn)換模型RLHEF、基于人類反饋的強化學(xué)習(xí)這一方式，讓所有人真正地感受到“人工智能+深度學(xué)習(xí)”帶來的變化，以及對人類的生活產(chǎn)生的影響。因此ChatGPT可能會加快人工智能和深度學(xué)習(xí)理論在經(jīng)濟社會各領(lǐng)域的普及、應(yīng)用。

三、ChatGPT參與課堂互動的研究過程

（一）研究問題

項目式教學(xué)對學(xué)生的團隊合作水平提出了新的要求，顯而易見，傳統(tǒng)的合作方式不足以提高學(xué)生的團隊合作積極性。基于此，本文將調(diào)查ChatGPT給學(xué)生互動積極性、課堂互動帶來的影響，并回答以下研究問題：

1. 與傳統(tǒng)課堂相比，ChatGPT能否提高學(xué)生個人的地理成績？

2. 與傳統(tǒng)課堂相比，ChatGPT能否提高學(xué)生參與課堂互動的積極性？

3. 與傳統(tǒng)課堂相比，ChatGPT能否提高學(xué)生與他人合作的集體效能？

（二）研究方法

項目式學(xué)習(xí)是近幾年興起的一種新型教學(xué)模式，目前在初中課堂的教學(xué)中，應(yīng)用較少。項目式學(xué)習(xí)的教學(xué)形式，主要是在教師的輔助下，由幾名學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，共同開展資料收集、方案設(shè)計、項目執(zhí)行及改進最終評價的教學(xué)探究活動，最后由各學(xué)習(xí)小組進行分享交流，展示研究成果。項目式學(xué)習(xí)如果應(yīng)用在初中地理的教學(xué)中，能夠提高課堂教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及教師的教學(xué)水平。

本研究采用了兩種不同的方法來檢驗不同交互機制設(shè)計下學(xué)習(xí)的有效性。為了評估該方法的有效性，在初中一年級的地理課程中，由同一位教師指導(dǎo)設(shè)計，為“認(rèn)識地圖上的方向”單元設(shè)計了一個利用ChatGPT參與團隊合作、互動的課程。教師在課堂上，針對“如何在地圖中判斷方向”引入了ChatGPT。本實驗的目的是比較傳統(tǒng)課堂互動與利用ChatGPT進行團隊合作、課堂互動的學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、動機以及與他人合作的集體效能。

（三）研究對象

本研究的實驗對象為青島市一所初中兩個班的98名七年級學(xué)生。當(dāng)學(xué)生進入七年級時，學(xué)校會根據(jù)他們的學(xué)習(xí)成績將學(xué)生平均分配到兩個班。在本研究中，兩個班級中的一個班為實驗組，在項目式授課的過程中，教師引入了ChatGPT參與課堂互動，另一個組在傳統(tǒng)教師指導(dǎo)組織的方式下進行學(xué)習(xí)。兩個班的學(xué)生都接受了地理位置的基礎(chǔ)知識測試，以確保他們在地理課程中擁有同等的知識水平。所有的學(xué)生都由有5年以上教學(xué)經(jīng)驗的同一位教師指導(dǎo)，以盡量減少不同教育者的資質(zhì)帶來的影響。

當(dāng)實驗開始時，教師預(yù)測學(xué)生的地理位置判斷能力，確保他們具有相同的前測水平。然后進行學(xué)習(xí)活動，在學(xué)習(xí)過程中，實驗組在項目式授課的過程中，引入了ChatGPT參與課堂互動，另一個組運用傳統(tǒng)的教師指導(dǎo)、組織的方式進行學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)活動結(jié)束后，兩個組采用相應(yīng)的試題進行后測，進而調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。在授課過程中，在ChatGPT參與課堂前，教師對兩個組都采用了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，讓學(xué)生學(xué)習(xí)“地圖的概念和三要素”、理解一幅地圖的構(gòu)成。教師在拋出了“如何在地圖中判斷方向”的問題后，一組實驗組成員在互動的過程中，使用ChatGPT提問，得到回復(fù)后，學(xué)生根據(jù)回復(fù)，探究在不同地圖中判斷方向的方法;另一組運用傳統(tǒng)教師指導(dǎo)的形式，由教師進行講授。

本實驗設(shè)計對比的另一個教學(xué)過程，是在現(xiàn)實生活的野外中判斷方向的方式。實驗組同樣使用ChatGPT，先提問判斷方向的方法，再根據(jù)回復(fù)的方法繼續(xù)對話，了解感興趣的方式;另一組根據(jù)課本中活動的提示，由教師講授。在方法的傳授上，ChatGPT具有明顯的優(yōu)勢，可以把具體的方法描述得更加準(zhǔn)確，且學(xué)生會產(chǎn)生極大的探究欲。

（四）實驗結(jié)果

在實驗開始前，本文先預(yù)測試了兩組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，以檢查兩組學(xué)生是否具有同等的先驗知識。以學(xué)生的前測地理成績?yōu)閰f(xié)變量，以學(xué)生組別為自變量，以學(xué)生的后測成績?yōu)橐蜃兞浚u估ChatGPT參與課堂互動的學(xué)習(xí)方法對學(xué)生學(xué)習(xí)成績造成的影響，如表1所示。

在驗證F=0.003（pgt;0.05）沒有違反回歸同質(zhì)性假設(shè)后，本文將學(xué)生的前測分?jǐn)?shù)作為協(xié)變量，進行單因素協(xié)方差分析（ANCOVA），總結(jié)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。在表1中，兩組間的學(xué)習(xí)成績差異有統(tǒng)計學(xué)意義（F=18.4，plt;0.001）。實驗表明，實驗組的學(xué)習(xí)成績優(yōu)于對照組。實驗組的校正均數(shù)和得分的標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為59.21和1.73，對照組的分別為40.36和1.73。η2為0.31，表明效應(yīng)量較大。這一結(jié)果表明，ChatGPT參與課堂互動，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績有顯著的積極影響。

在學(xué)習(xí)活動結(jié)束后，測量兩組的外部和內(nèi)部學(xué)習(xí)動機，如表2所示。根據(jù)表2可知，實驗組的內(nèi)部動機平均數(shù)跟標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.38和0.81;對照組的內(nèi)部動機平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差分別為2.01和0.90。t檢驗結(jié)果顯示，實驗組內(nèi)部學(xué)習(xí)動機評分（t=10.35，plt;0.001）高于對照組。實驗組的外部動機平均數(shù)跟標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.07和0.97。對照組的外部動機平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.85和0.736。兩t檢驗結(jié)果顯示，實驗組內(nèi)部學(xué)習(xí)動機評分（t=9.49，plt;0.001）高于對照組。由此推斷，ChatGPT參與課堂有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。

ANCOVA分析結(jié)果，表示兩組間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（F=12.58，plt;0.05，η2=0.129），如表3所示。ChatGPT參與課堂互動與傳統(tǒng)教師組織的課堂互動的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.62（SD=0.61）和3.92（SD=0.74），這表明基于ChatGPT的項目式教學(xué)課堂互動模式，對學(xué)生與他人合作的集體效能有顯著的積極影響。

四、ChatGPT參與課堂互動的實驗結(jié)論

本研究針對項目式教學(xué)中團隊合作的課堂互動積極性不高等問題，提出了利用ChatGPT促進初中地理項目式教學(xué)課堂互動的方法，以提高學(xué)生課堂的參與度、學(xué)習(xí)積極性，形成了基于學(xué)生課堂互動的課程計劃。并開展實驗，以回答幾個研究問題。

在研究問題1中，針對ChatGPT能否提高個人的地理學(xué)習(xí)成績，本文從實驗結(jié)果出發(fā)，發(fā)現(xiàn)ChatGPT互動方法與傳統(tǒng)互動方法的學(xué)習(xí)成果，存在顯著的差異，顯示了ChatGPT參與課堂互動的有效性。

在研究問題2中，本文發(fā)現(xiàn)，ChatGPT互動方法與傳統(tǒng)互動方法的學(xué)生互動積極性存在顯著的差異。學(xué)生使用ChatGPT學(xué)習(xí)的動機明顯改善，而傳統(tǒng)學(xué)習(xí)組的動機沒有明顯改善。如果學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容和教育目標(biāo)有更好的理解，那么他們很可能會有更高的學(xué)習(xí)動機。由此可以推斷，ChatGPT可以幫助學(xué)生更好地參與地理項目式教學(xué)，進行位置判斷，從而激發(fā)他們對該課程的興趣和深刻的動機。根據(jù)社會建構(gòu)主義，將學(xué)生置于互動學(xué)習(xí)的環(huán)境中，可以提高他們的學(xué)習(xí)參與度，使他們理解學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義。學(xué)生將付出更多的努力來理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而獲得了更深層次的見解和更好的學(xué)習(xí)結(jié)果。這一結(jié)果也與巴克利特納的研究相一致：一個以學(xué)生為中心或由學(xué)生控制的學(xué)習(xí)環(huán)境，允許學(xué)生做出決定和控制學(xué)習(xí)的過程，將鼓勵他們更積極地學(xué)習(xí)，使他們具有更好的學(xué)習(xí)態(tài)度和動機，因此學(xué)生可以有更好的學(xué)習(xí)表現(xiàn)。

在研究問題3中，本文發(fā)現(xiàn)，ChatGPT互動方法與傳統(tǒng)互動方法的集體效能存在顯著差異。研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的課堂互動相比，ChatGPT互動方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、學(xué)習(xí)積極性與集體效能。

參考文獻：

[1] 張春泉. 論接受心理與修辭表達[M]. 北京：中國社會科學(xué)出版社，2007.

[2] 朱永新，袁振國，馬國川. 人工智能與未來教育[M]. 太原：山西教育出版社，2018.

[3] Rudin C. Stop explaning black box machine learning models for high stakes decisions and use interpretable models instead[J]. Nature Machine Intelligence，2019，1（05）：206-215.