ChatGPT融入初中地理項目式教學的課堂互動研究

【摘" 要】 2022年，作為大型語言模型（Large Language Mode，LLM）的機器學習系統，ChatGPT可以通過海量數據存儲和高效的設計架構理解、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“較高復雜度的回應文本”，更好地實現了人機交互。項目式學習是近幾年興起的一種新型教學模式，將項目式學習應用在地理教學中，不僅可以豐富教學模式，還能提高課堂教學中學生學習的積極主動性。學生在項目化的探究中，可以從多種信息渠道了解課堂內容。然而，對初中學生而言，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。實驗結果表明，ChatGPT可以顯著地推動中學生的合作互動，對提高學生的成績、互動積極性與集體效能感，有非常顯著的效果和意義。

【關鍵詞】 ChatGPT;初中地理;項目式教學

一、研究背景

現代技術與機器的出現，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雜問題，當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和語言學的多學科方法，它渴望創造出需要執行人類智能任務的機器。這些任務包括學習、適應、理解抽象概念的能力，以及對復雜人類屬性的反應，如注意力、情感和創造力等。人工智能作為一門科學，其歷史可以追溯到20世紀中期達特茅斯的AI夏季研究項目。隨后是機器學習（ML）算法的發展，該算法允許基于大型數據集中的模式進行決策或預測。隨后，神經網絡（大腦模擬算法）、遺傳算法（通過應用進化原理為復雜的問題尋找最優解決方案）開始逐漸應用于相關行業。

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

二、ChatGPT概述

ChatGPT（Chat Generative Pre-trained Transformer）的中文全稱為“生成型預訓練變換模型”。它是美國人工智能研究實驗室OpenAl于2022年11月30日發布的聊天機器人程序，該機器人使用了Transformer神經網絡架構（GPT-3.5架構）。ChatGPT作為一款人工智能技術驅動的自然語言處理工具，可以通過海量數據存儲和高效設計架構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“較高復雜度的回應文本”，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。

ChatGPT的原理是在GPT3.5的基礎上，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，并引入了反復訓練的“人工標記數據+強化學習”。與傳統的人工智能技術相比，ChatGPT代表了未來人工智能的發展趨勢，它在語言風格、論證效力和思想深度等方面，具備新一代人工智能技術鮮明的特征，基于大數據集自行生成內容。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加入了人工標記數據，但量級極小，這種規模的數據量和訓練，與GPT-3.5模型使用的數據量相比，幾乎可以忽略不計，對GPT-3.5基礎能力的提升基本不會發揮作用。

有研究發現，ChatGPT在處理自然語言的一系列任務上有了很大的進步，比如文本理解和生成、對話問答、機器翻譯和程序代碼生成。從技術層面而言，得益于深度神經網絡和大型語言模型研究在近幾年的不斷發展，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的發展理念，可以將其理解為“構建一個與任務無關的超大型LLM，讓它從海量的數據中學習各種知識”。相較以往，人工智能進化的深度學習能力，對大部分人而言，只是一個高深的概念。ChatGPT通過生成式預訓練轉換模型RLHEF、基于人類反饋的強化學習這一方式，讓所有人真正地感受到“人工智能+深度學習”帶來的變化，以及對人類的生活產生的影響。因此ChatGPT可能會加快人工智能和深度學習理論在經濟社會各領域的普及、應用。

三、ChatGPT參與課堂互動的研究過程

（一）研究問題

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

1. 與傳統課堂相比，ChatGPT能否提高學生個人的地理成績？

2. 與傳統課堂相比，ChatGPT能否提高學生參與課堂互動的積極性？

3. 與傳統課堂相比，ChatGPT能否提高學生與他人合作的集體效能？

（二）研究方法

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

本研究采用了兩種不同的方法來檢驗不同交互機制設計下學習的有效性。為了評估該方法的有效性，在初中一年級的地理課程中，由同一位教師指導設計，為“認識地圖上的方向”單元設計了一個利用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課堂互動與利用ChatGPT進行團隊合作、課堂互動的學生的學習成績、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名七年級學生。當學生進入七年級時，學校會根據他們的學習成績將學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，另一個組在傳統教師指導組織的方式下進行學習。兩個班的學生都接受了地理位置的基礎知識測試，以確保他們在地理課程中擁有同等的知識水平。所有的學生都由有5年以上教學經驗的同一位教師指導，以盡量減少不同教育者的資質帶來的影響。

當實驗開始時，教師預測學生的地理位置判斷能力，確保他們具有相同的前測水平。然后進行學習活動，在學習過程中，實驗組在項目式授課的過程中，引入了ChatGPT參與課堂互動，另一個組運用傳統的教師指導、組織的方式進行學習。在學習活動結束后，兩個組采用相應的試題進行后測，進而調查學生的學習結果。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的教學方式，讓學生學習“地圖的概念和三要素”、理解一幅地圖的構成。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，得到回復后，學生根據回復，探究在不同地圖中判斷方向的方法;另一組運用傳統教師指導的形式，由教師進行講授。

本實驗設計對比的另一個教學過程，是在現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，再根據回復的方法繼續對話，了解感興趣的方式;另一組根據課本中活動的提示，由教師講授。在方法的傳授上，ChatGPT具有明顯的優勢，可以把具體的方法描述得更加準確，且學生會產生極大的探究欲。

（四）實驗結果

在實驗開始前，本文先預測試了兩組學生的學習成績，以檢查兩組學生是否具有同等的先驗知識。以學生的前測地理成績為協變量，以學生組別為自變量，以學生的后測成績為因變量，評估ChatGPT參與課堂互動的學習方法對學生學習成績造成的影響，如表1所示。

在驗證F=0.003（pgt;0.05）沒有違反回歸同質性假設后，本文將學生的前測分數作為協變量，進行單因素協方差分析（ANCOVA），總結學生的學習成績。在表1中，兩組間的學習成績差異有統計學意義（F=18.4，plt;0.001）。實驗表明，實驗組的學習成績優于對照組。實驗組的校正均數和得分的標準誤差分別為59.21和1.73，對照組的分別為40.36和1.73。η2為0.31，表明效應量較大。這一結果表明，ChatGPT參與課堂互動，對學生的學習成績有顯著的積極影響。

在學習活動結束后，測量兩組的外部和內部學習動機，如表2所示。根據表2可知，實驗組的內部動機平均數跟標準差分別為4.38和0.81;對照組的內部動機平均數和標準差分別為2.01和0.90。t檢驗結果顯示，實驗組內部學習動機評分（t=10.35，plt;0.001）高于對照組。實驗組的外部動機平均數跟標準差分別為4.07和0.97。對照組的外部動機平均數和標準差分別為1.85和0.736。兩t檢驗結果顯示，實驗組內部學習動機評分（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學生的學習動機。

ANCOVA分析結果，表示兩組間的差異有統計學意義（F=12.58，plt;0.05，η2=0.129），如表3所示。ChatGPT參與課堂互動與傳統教師組織的課堂互動的平均數和標準差分別為4.62（SD=0.61）和3.92（SD=0.74），這表明基于ChatGPT的項目式教學課堂互動模式，對學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論

本研究針對項目式教學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課堂互動的方法，以提高學生課堂的參與度、學習積極性，形成了基于學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習成績，本文從實驗結果出發，發現ChatGPT互動方法與傳統互動方法的學習成果，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，本文發現，ChatGPT互動方法與傳統互動方法的學生互動積極性存在顯著的差異。學生使用ChatGPT學習的動機明顯改善，而傳統學習組的動機沒有明顯改善。如果學生對學習內容和教育目標有更好的理解，那么他們很可能會有更高的學習動機。由此可以推斷，ChatGPT可以幫助學生更好地參與地理項目式教學，進行位置判斷，從而激發他們對該課程的興趣和深刻的動機。根據社會建構主義，將學生置于互動學習的環境中，可以提高他們的學習參與度，使他們理解學習內容的意義。學生將付出更多的努力來理解學習內容，從而獲得了更深層次的見解和更好的學習結果。這一結果也與巴克利特納的研究相一致：一個以學生為中心或由學生控制的學習環境，允許學生做出決定和控制學習的過程，將鼓勵他們更積極地學習，使他們具有更好的學習態度和動機，因此學生可以有更好的學習表現。

在研究問題3中，本文發現，ChatGPT互動方法與傳統互動方法的集體效能存在顯著差異。研究結果表明，與傳統的課堂互動相比，ChatGPT互動方法可以提高學生的學習成績、學習積極性與集體效能。

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