生成式人工智能賦能高中信息技術教學

摘要：本文針對當前高中信息技術新教材教學中存在的問題，同時為了促進學生的有效學習，借助生成式人工智能設計項目式學習內容，提出了生成式人工智能賦能高中信息技術教學思路，并研究其中的技術支持過程，以期為信息技術教學提供新的教學策略和案例。

關鍵詞：生成式人工智能；高中信息技術

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）16-0046-04

生成式人工智能對教學領域的影響

1.人類教師的局限性

教師在教學過程中面臨諸多局限性。首先，教師在個人認知和專業知識方面存在局限，這可能導致對某些學科或領域的教學覆蓋不足。其次，教學資源和時間的限制也會影響教學的深度和廣度，進而影響到學生的學習體驗。再次，人類教師對學生個體差異的認知局限也可能導致無法對每個學生實施個性化教學，從而影響學生的學習效果。

2.人工智能的優越性

人工智能在教學領域展現出了諸多優越性。首先，人工智能擁有龐大的知識儲備和卓越的信息處理能力，能夠將各個學科領域的知識整合并快速傳授給學生。其次，人工智能可以實現個性化教學和智能化輔助，針對學生的個體差異提供量身定制的學習計劃和教學輔助，從而提高教學效率和學習效果。再次，人工智能能夠進行長時間、大規模的教學和評估，通過數據分析和反饋實現對學生學習情況的全面跟蹤和評估，從而為教學過程提供更多有益信息。

3.人類教師與人工智能的關系

人類教師與人工智能的關系備受關注。一方面，人工智能可以作為教學的輔助工具，為教師提供更多教學資源和智能化支持；另一方面，需要在實現個性化教學的同時，平衡人工智能和人類教師在教學過程中的作用與發揮，確保兩者能夠相互補充，而非取代。此外，隨著人工智能技術的發展，教師的角色也需要轉變與重新定位，教師要更多地發揮指導者、引導者和課程設計者的作用，更注重與學生的互動和情感交流。這些方面都需要在教育中進行更多的探索和實踐。

基于生成式人工智能的項目式教學設計與實踐

高中信息技術教材中要求使用Python中的Flask Web應用框架以及Sqlite數據庫管理系統編寫網絡應用程序。大部分教師雖然通過學習具備了編寫教材中網絡聊天機器人以及室內環境實時監測系統的實踐基礎，但是缺乏開發其他網絡應用軟件所需的理論知識和必備技能。筆者在與生成式人工智能交互的過程中，結合必修2學習內容要求設計了“在線加法練習系統”項目，引導學生參與基于真實問題的項目學習，經歷網絡應用程序開發的全過程，充分利用開源硬件和人工智能應用等資源，搭建了面向實際生活的應用場景，發揮學生的自主學習與探究學習能力，鼓勵學生積極探究、大膽實踐，激發學生的創新思維。

下面，筆者結合高中信息技術必修2《信息系統與社會》中的《2.6網絡應用軟件開發》一課談談具體的教學設計，以驗證基于生成式人工智能的項目式學習的效果。

1.明確目標框架—系統的規劃設計

在學習必修2《信息系統與社會》中的《2.4 傳感與控制》一課時，學生在“實踐與體驗”活動中學會了使用計算機控制micro：bit的LED陣列，且教材中提出了“用計算機隨機出數學題，micro：bit根據回答是否正確而顯示不同的表情”的拓展任務。因此，結合單元教學的理念及課程標準要求，筆者在《2.6網絡應用軟件開發》一課以“在線加法練習系統”的開發為問題情境，融合《傳感與控制》以及必修1中的Pandas數據處理相關知識展開設計，系統規劃設計如表1所示。

2.交互構建雛形—系統的開發編寫

筆者選用基于ChatGPT 3.5的ZelinAI平臺作為輔助開發工具，給出需求明確的問題獲取相應的代碼或示例，在交互改進中實現在線加法練習系統的設計，具體開發交互過程如上頁表2所示。

筆者發現，在開發過程中，生成式人工智能可以結合算法需求快速編寫代碼、結合知識需求快速給出示例、結合創意要求快速給出文案。

3.結合需求優化—系統的改進迭代

教材中“網絡聊天機器人”案例是導入Flask_wtf擴展的FlaskForm模塊實現用戶在網頁中使用提交表單提交聊天語句。教師可以結合“聊天機器人”案例修改登錄頁面，使用表單模塊實現登錄功能（如下圖）。

4.項目設計實踐—系統的教學應用

項目采用“結對編程”的方式開展合作學習，一位學生負責開發服務器端代碼及調試運行，另一位學生負責檢查代碼的正確性及客戶端訪問的可行性。

活動一：項目設計

根據項目需求討論確定在線加法練習系統的功能模塊，明確各個模塊的URL與相應的路由及視圖函數，確定數據庫數據表結構的設計，知道網絡應用程序中要導入的模塊及編寫網絡應用程序需要完成的操作步驟。

活動二：設計主頁模塊

編寫主頁模塊的路由及視圖函數，實現渲染顯示網頁模板；調試過程中掌握調試發布應用程序的知識與技能，實現客戶端通過URL訪問系統主頁。

活動三：設計注冊模塊

編寫注冊模塊的路由及視圖函數，以GET請求渲染顯示register.html頁面，在表單中輸入用戶名和密碼后，以POST請求提交數據到路由中，在數據表users中插入用戶名和密碼，跳轉到登錄頁面。

活動四：登錄頁面

編寫登錄模塊的路由及視圖函數，在路由中使用FlaskForm類創建自定義表單實現登錄功能，鞏固GET及POST請求的應用及區別，并在登錄成功后實現頁面跳轉至練習模塊。

活動五：練習頁面

編寫練習模塊的路由及視圖函數，路由接收GET請求后隨機生成兩個[1，100]之間的隨機數并渲染顯示practice.html頁面，在表單中輸入答案后，以POST請求提交數據到路由中，若答案正確，新建一條累計得分記錄（用戶、得分、時間），若回答錯誤則給出錯誤提示，等待重新輸入。

活動六：排行榜頁面

編寫排行榜模塊的路由及視圖函數，路由接收GET請求后查詢數據庫records數據表，以用戶ID為依據分組找出每個用戶的累計最高得分，按累計最高得分降序排序。取前十名，輸出用戶名、累計得分和記錄刷新時間。

最后，學生對項目實施過程中遇到的問題以及解決方案等予以反思總結，將感性體驗轉化為理性知識并內化掌握，并提出了項目改進的方向—設計擴展功能實現服務器根據回答是否正確在客戶端的智能終端micro：bit顯示屏顯示對應的表情。

基于生成式人工智能的項目式教學策略

1.依據學習目標，創設真實情境

教師基于學科大概念及課程標準的要求，結合教學內容與學生的學情創設真實情境。真實的情境可以增強學習的實踐性，將學習從教材枯燥的概念轉化為實際應用，提升學習動機和興趣。

2.聚焦核心問題，明確項目架構

教師首先需要明確項目的核心問題，分析核心問題涉及的學科知識，確定項目的范圍和內容及項目的整體框架；其次確定項目的學習活動，這些活動應能夠逐步引領學生深入理解和解決核心問題。

3.借助生成式AI，開發項目資源

生成式人工智能提供了豐富的工具和資源，可以用于開發項目所需的素材和內容。除此之外，還可以利用自然語言生成模型來生成項目描述、程序的測試數據等。

4.關鍵問題引領，實施項目活動

教師通過啟發性的問題激發學生的興趣并引發思考，學生借助閱讀教材、與生成式人工智能交互及程序編寫調試等方式對一系列的問題鏈逐步深入探究，挖掘項目中涉及的關鍵知識點和技能，在實踐中應用知識、形成經驗并逐漸建立認知結構，進一步養成解決問題的關鍵能力。

5.復盤項目過程，改進優化項目

教師鼓勵學生分享項目學習成果及感想，發現項目存在的問題和不足之處，提出改進和優化的方向，并為下一次的項目改進和優化提供參考。

結語

利用生成式人工智能輔助項目式學習對教師提出了更高的要求，教師要能精準定位教學設計需求，掌握與生成式人工智能交互的方法，結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計及優化的方向。

參考文獻：

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