ChatGPT輔助初中物理項(xiàng)目式教學(xué)的探索

摘要：本文以“連接串并聯(lián)電路”為例，具體論述如何在初中物理課堂中，借助智能聊天機(jī)器人模型ChatGPT展開(kāi)問(wèn)題導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目式教學(xué)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和探究能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，以期為教師應(yīng)用人工智能技術(shù)賦能教與學(xué)提供實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：ChatGPT 項(xiàng)目式教學(xué) 初中物理

一、人工智能賦能技術(shù)教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展

ChatGPT是由OpenAI公司于2022年發(fā)布的一款基于人工智能技術(shù)的聊天機(jī)器人程序。它可以通過(guò)學(xué)習(xí)大量的語(yǔ)料庫(kù)和對(duì)話(huà)數(shù)據(jù)，自動(dòng)產(chǎn)生符合語(yǔ)法和語(yǔ)義規(guī)則的響應(yīng)，可以與用戶(hù)進(jìn)行自然而流暢的對(duì)話(huà)，提供各種服務(wù)并解決各種問(wèn)題。傳統(tǒng)的搜索引擎通常是需要用戶(hù)在搜索框中輸入關(guān)鍵詞進(jìn)行查詢(xún)，反饋的結(jié)果相對(duì)固定、靜態(tài)，而ChatGPT可以與用戶(hù)進(jìn)行更加互動(dòng)化、生動(dòng)化的對(duì)話(huà)。

2018年，教育部等五部門(mén)印發(fā)《教師教育振興行動(dòng)計(jì)劃（2018—2022年）》，提出充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)，開(kāi)展“互聯(lián)網(wǎng)+教師教育”創(chuàng)新行動(dòng)。教育部于2018年和2021年分批啟動(dòng)了人工智能助推教師隊(duì)伍建設(shè)試點(diǎn)工作，深入推進(jìn)人工智能等新技術(shù)與教師隊(duì)伍建設(shè)的融合。可見(jiàn)，在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，國(guó)家從政策和行動(dòng)上積極推動(dòng)人工智能技術(shù)賦能教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展。

初中物理教師面對(duì)的群體，是年齡大多在14歲左右的學(xué)生，他們?cè)谑褂糜?jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中長(zhǎng)大，對(duì)各種技術(shù)應(yīng)用很熟悉，新的行為模式和學(xué)習(xí)方式，對(duì)教師的教學(xué)提出了新的要求和期待，也為ChatGPT輔助教師開(kāi)展教學(xué)提供了可能性。具體來(lái)說(shuō)，教師在教學(xué)過(guò)程中，可以引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)人機(jī)對(duì)話(huà)，學(xué)生在向ChatGPT提問(wèn)的過(guò)程中需要進(jìn)行邏輯推理和分析，從而提高思維能力；ChatGPT針對(duì)學(xué)生的提問(wèn)，給出相關(guān)的例子和解釋?zhuān)芗訌?qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握；學(xué)生可以獲得及時(shí)、準(zhǔn)確、個(gè)性化的回答，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。這樣的學(xué)習(xí)方式，可以幫助學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。而教師可以借助ChatGPT，完成備課、題目生成、語(yǔ)言翻譯等具有重復(fù)性的傳統(tǒng)教師工作，從而能夠有更多的時(shí)間用來(lái)關(guān)注學(xué)生個(gè)體差異，并給予個(gè)性化支持。

二、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（簡(jiǎn)稱(chēng)PBL）是一種基于實(shí)踐和探究的學(xué)習(xí)方法，通過(guò)讓學(xué)生參與真實(shí)的項(xiàng)目活動(dòng)，幫助他們積累知識(shí)、技能和經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)其解決問(wèn)題和創(chuàng)新思維的能力。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)更注重學(xué)生的主動(dòng)性、參與性和合作性，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以獲得更多的社交和情感體驗(yàn)，增強(qiáng)他們的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力，有助于學(xué)生的全面發(fā)展和成長(zhǎng)。

新課標(biāo)提出了發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)、立德樹(shù)人的教學(xué)目標(biāo)，項(xiàng)目式教學(xué)能給師生提供一種“以學(xué)生為中心”的高效有序的課堂教學(xué)模式。在初中物理教學(xué)中積極開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主要途徑。

三、ChatGPT輔助項(xiàng)目式教學(xué)案例

下面以“連接串并聯(lián)電路”一課為例，具體分析教師以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，借助ChatGPT展開(kāi)項(xiàng)目式教學(xué)的流程。

（一）教學(xué)目標(biāo)突出素養(yǎng)立意

“連接串并聯(lián)電路”是滬科版物理九年級(jí)的內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容包含兩個(gè)部分：1.簡(jiǎn)介串聯(lián)、并聯(lián)電路及其各自的特點(diǎn)，會(huì)畫(huà)它們的電路圖；2.連接串聯(lián)、并聯(lián)電路，探究開(kāi)關(guān)在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的作用。

本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生學(xué)習(xí)了簡(jiǎn)單電路，掌握了簡(jiǎn)單電路的構(gòu)成和連接，以及電路圖的畫(huà)法的基礎(chǔ)上展開(kāi)的。生活中，學(xué)生有觀察多個(gè)用電器同時(shí)工作的生活經(jīng)驗(yàn)，利用該經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生能探索多個(gè)用電器的連接方法，具備判別串并聯(lián)電路異同的能力。

根據(jù)對(duì)2022年版課標(biāo)的研讀和對(duì)教材的理解，確定了基于核心素養(yǎng)的四個(gè)維度的教學(xué)目標(biāo)。如表１所示。

（二）教學(xué)過(guò)程

本節(jié)課要解決的問(wèn)題有兩個(gè)：1.認(rèn)識(shí)串并聯(lián)電路，會(huì)畫(huà)串聯(lián)、并聯(lián)電路圖；2.掌握開(kāi)關(guān)在串并聯(lián)電路中的作用。為此，教師設(shè)計(jì)的核心學(xué)習(xí)活動(dòng)有兩個(gè)：1.讓兩個(gè)小燈泡在同一電路中工作；2.讓兩個(gè)小燈泡在電路中可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)亮和暗。這兩個(gè)活動(dòng)，是基于學(xué)生解決“使奧特曼的雙眼更靈活生動(dòng)”這一問(wèn)題來(lái)開(kāi)展。具體過(guò)程如下：

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出核心問(wèn)題，展開(kāi)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

課堂開(kāi)始，教師播放一段奧特曼打怪獸的視頻，提出問(wèn)題：奧特曼的兩只眼睛有什么特點(diǎn)？揭曉答案：很大很亮，但是不會(huì)眨眼，他無(wú)論是高興還是沮喪，無(wú)法用兩只眼表達(dá)他的情緒，不夠生動(dòng)和俏皮。本來(lái)完成對(duì)奧特曼的改造，讓他有兩只會(huì)閃動(dòng)的大眼睛。

若將他的眼睛比作電路中的原件，那應(yīng)該是小燈泡。教師將奧特曼模型中的雙眼用小燈泡代替，通過(guò)燈泡的亮暗來(lái)表現(xiàn)雙眼的睜和閉，從而將本節(jié)課要解決的問(wèn)題“改造奧特曼的雙眼”自然過(guò)渡為物理問(wèn)題：探究同一電路中，兩個(gè)用電器同時(shí)工作的特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：核心素養(yǎng)理念下項(xiàng)目式教學(xué)，需要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的、有價(jià)值的物理情境，讓學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題和解決問(wèn)題。筆者在充分了解學(xué)生的興趣愛(ài)好后發(fā)現(xiàn)，利用改造卡通人物奧特曼這個(gè)方式，能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生思考，并順利進(jìn)入實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)。

2.對(duì)話(huà)ChatGPT，構(gòu)建核心物理概念

改造一對(duì)靈活生動(dòng)的眼睛，其本質(zhì)是讓兩個(gè)小燈泡在電路中可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)亮和暗。為了實(shí)現(xiàn)“掌握串并聯(lián)電路”和“探究開(kāi)關(guān)在其中的作用”兩個(gè)教學(xué)目標(biāo)，我將這一任務(wù)劃分為兩個(gè)小任務(wù)：1.讓兩只“眼睛”同時(shí)發(fā)光；2.讓兩只眼睛獨(dú)立睜閉。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)1，來(lái)掌握串并聯(lián)電路的內(nèi)涵。

活動(dòng)1：教師展示只有一個(gè)燈泡工作的簡(jiǎn)單電路。在此基礎(chǔ)上，請(qǐng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)一個(gè)電路，讓兩只小燈泡發(fā)光，并根據(jù)實(shí)物圖畫(huà)出電路圖。分享各組的電路圖，并將各組的電路圖匯總在黑板上。

設(shè)計(jì)意圖：從一個(gè)燈泡的簡(jiǎn)單電路到兩個(gè)燈泡的電路，學(xué)生很容易想到兩種連接方式：串聯(lián)或并列接入原有燈泡。引導(dǎo)學(xué)生將所連接的電路轉(zhuǎn)換成電路圖，并在黑板上展示，同時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期培養(yǎng)學(xué)生解決電學(xué)問(wèn)題時(shí)思維的規(guī)范性。

活動(dòng)2：教師帶領(lǐng)學(xué)生一起對(duì)各種電路圖進(jìn)行比較、分析和歸類(lèi)，根據(jù)分類(lèi)出的兩類(lèi)連接方式，用準(zhǔn)確簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言向ChatGPT提問(wèn)，給兩種電路連接方式下定義。教師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)搜索的結(jié)果進(jìn)行整理，結(jié)合教材，給出串并聯(lián)的定義。

設(shè)計(jì)意圖：鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)黑板上的多個(gè)電路圖進(jìn)行分析、歸納和分類(lèi)。學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，雖然畫(huà)法多樣，但都能探尋出它們?cè)陔娏髀窂缴系膮^(qū)別，即串聯(lián)電路的電流只有一條路徑，而并聯(lián)電路的電流路徑不止一條。不同于傳統(tǒng)教學(xué)，直接給出串聯(lián)和并聯(lián)的定義，教師引導(dǎo)學(xué)生借助ChatGPT，給兩種電路連接方式下定義，對(duì)兩種連接方式的區(qū)別做總結(jié)。學(xué)生自主向ChatGPT提問(wèn)，獲得答案，這種方式可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生會(huì)主動(dòng)去探索未知的物理概念。他們組織語(yǔ)言的過(guò)程，其本質(zhì)就是理解串并聯(lián)電路區(qū)別的過(guò)程。串并聯(lián)的概念，是學(xué)生通過(guò)自己的發(fā)掘、思考、總結(jié)探索出來(lái)的，這會(huì)使學(xué)生對(duì)概念有更深入的理解。

活動(dòng)3：教師引導(dǎo)學(xué)生思考，生活中有沒(méi)有類(lèi)似于串聯(lián)、并聯(lián)這樣的例子？學(xué)生自然聯(lián)想到，河流在某些地域會(huì)出現(xiàn)分流、而后又匯流的現(xiàn)象。除此之外，教師鼓勵(lì)學(xué)生收集、列舉其他的例子。學(xué)生通過(guò)交流討論，并向ChatGPT提問(wèn)，又列舉了諸如管道、河流、任務(wù)分工等類(lèi)似的例子。

設(shè)計(jì)意圖：因?yàn)榇?lián)、并聯(lián)這兩個(gè)概念相對(duì)抽象，教師希望學(xué)生類(lèi)比生活現(xiàn)象，更進(jìn)一步理解串聯(lián)、并聯(lián)的概念。活動(dòng)結(jié)合生活實(shí)際，將串并聯(lián)這一抽象的、復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為生活中具象的、簡(jiǎn)單的問(wèn)題，讓學(xué)生從更多的角度來(lái)理解其區(qū)別，使學(xué)生更容易掌握和應(yīng)用串并聯(lián)的概念。同時(shí)，類(lèi)比河流的干流和支流，我們還可以定義并聯(lián)電路中的干路和支路兩個(gè)概念。

3.借助ChatGPT解決問(wèn)題，探究物理規(guī)律

在完成第一個(gè)教學(xué)目標(biāo)后，教師設(shè)計(jì)任務(wù)2，以實(shí)現(xiàn)“探究開(kāi)關(guān)在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的作用”這一目標(biāo)。

活動(dòng)4：引導(dǎo)學(xué)生在原有電路中，通過(guò)增加或改變開(kāi)關(guān)的位置，實(shí)現(xiàn)兩只燈泡獨(dú)立工作。學(xué)生在分組合作、改造電路的過(guò)程中遇到了一些問(wèn)題，通過(guò)討論及向ChatGPT提問(wèn)解決了疑問(wèn)。最終，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了在并聯(lián)電路中，燈泡單獨(dú)工作的目標(biāo)，并且通過(guò)將開(kāi)關(guān)接在支路上，實(shí)現(xiàn)了控制所在支路的目標(biāo)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)前面的探索，對(duì)串并聯(lián)電路的區(qū)別理解得十分透徹，自然聯(lián)想到，并聯(lián)電路的兩個(gè)用電器在兩條支路上，它們的工作可能不會(huì)相互影響。學(xué)生通過(guò)改造，完成了對(duì)開(kāi)關(guān)在電路中的作用的探究，即在串聯(lián)電路中，開(kāi)關(guān)的位置不影響其作用，始終控制整個(gè)電路的通斷；而并聯(lián)電路中，干路上的開(kāi)關(guān)控制整個(gè)電路，支路上的開(kāi)關(guān)控制所在支路。而最初連接方式為串聯(lián)電路的小組，在解決該問(wèn)題時(shí)遇到了比較大的困難，他們通過(guò)向ChatGPT提問(wèn)，更深入地理解了串并聯(lián)電路的區(qū)別，以及干路和支路開(kāi)關(guān)作用的不同。

4.理解ChatGPT的回答，為后續(xù)教學(xué)鋪墊

在本節(jié)課的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生在分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，提出了很多有價(jià)值的問(wèn)題，主要有以下三大類(lèi)：（1）在串聯(lián)和并聯(lián)電路中，兩只燈泡亮度為什么不一樣？（2）并聯(lián)電路中，干路電流等于支路電流之和嗎？串聯(lián)電路中，電流又有什么規(guī)律？（3）串聯(lián)電路中，用電器一定不能單獨(dú)工作嗎？

活動(dòng)5：教師鼓勵(lì)學(xué)生圍繞提出的問(wèn)題交流討論，組織語(yǔ)言，充分利用ChatGPT收集資料，解決問(wèn)題。對(duì)于這些問(wèn)題，ChatGPT給出了答案，但學(xué)生并不太理解其中的一部分回答。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)與ChatGPT對(duì)話(huà)，尋找答案，而在理解ChatGPT回答中提到的電壓、電流等概念時(shí)，學(xué)生產(chǎn)生了繼續(xù)探索的欲望，與ChatGPT展開(kāi)連續(xù)的人機(jī)對(duì)話(huà)。這些未知的概念，正是本章后兩節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容——串并聯(lián)電路的電流和電壓。設(shè)計(jì)這一活動(dòng)，為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)做了鋪墊，也是大單元教學(xué)的要求。同時(shí)，可以幫助學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生與ChatGPT對(duì)話(huà)，可以獲得及時(shí)、準(zhǔn)確、個(gè)性化的回答，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）教學(xué)反思

本節(jié)課利用“改造奧特曼的雙眼”這一任務(wù)引入新課，通過(guò)課堂實(shí)驗(yàn)，借助ChatGPT，類(lèi)比生活實(shí)例，構(gòu)建串聯(lián)、并聯(lián)和干路、支路的概念，探索開(kāi)關(guān)在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的作用，體現(xiàn)了從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的基本理念。同時(shí)，也符合新課標(biāo)中對(duì)實(shí)驗(yàn)和探究部分的要求。

圍繞“改造奧特曼的雙眼”這一任務(wù)，學(xué)生采用小組討論的形式，充分利用ChatGPT收集資料，解決問(wèn)題。通過(guò)課堂實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)，借助AI的主動(dòng)探索，比被動(dòng)接受知識(shí)更加有效和高效。相比傳統(tǒng)的教學(xué)方式，這種項(xiàng)目式學(xué)習(xí)充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的理念，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

但本節(jié)課對(duì)人工智能的應(yīng)用比較單一，主要體現(xiàn)在學(xué)生使用其展開(kāi)人機(jī)對(duì)話(huà)、獲取答案，而在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、題目生成方面的應(yīng)用較少。另外，ChatGPT所給出的答案中，一部分存在問(wèn)題，還有一些超出了初中生的理解范圍，所以需要教師結(jié)合教材，全面給予指導(dǎo)和判斷。

四、關(guān)于人工智能與教學(xué)的思考

在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，提出一個(gè)問(wèn)題比解決一個(gè)問(wèn)題更有價(jià)值。在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中，會(huì)提問(wèn)的人才能更好地駕馭人工智能。學(xué)生在努力提出最精準(zhǔn)的問(wèn)題的過(guò)程中，他們或許已經(jīng)觸及了問(wèn)題的本質(zhì)和答案。所以，筆者相信，我們不會(huì)因?yàn)槿斯ぶ悄軉适伎嫉哪芰Γ喾此某霈F(xiàn)應(yīng)該指引教師對(duì)課程有更深入的思考和設(shè)計(jì)。

通過(guò)人工智能輔助物理教學(xué)，不僅可以幫助學(xué)生鞏固物理知識(shí)，提高物理核心素養(yǎng)，還有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。關(guān)于人工智能，我們初次觸碰，還處在學(xué)習(xí)使用它的初級(jí)階段，但未來(lái)，隨著科技進(jìn)步和技術(shù)完善，我們將不只是學(xué)習(xí)人工智能，而是用人工智能來(lái)學(xué)習(xí)。雖然這種技術(shù)的應(yīng)用在中學(xué)中尚未普及，但是隨著“雙減”政策落地，在發(fā)展個(gè)性化教育，培養(yǎng)個(gè)體自主學(xué)習(xí)能力等方面，人工智能的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。當(dāng)然，這其中仍然存在很多挑戰(zhàn)。“十年樹(shù)木，百年樹(shù)人”，應(yīng)用人工智能輔助教學(xué)、培養(yǎng)人才是一項(xiàng)長(zhǎng)期持久的工程，教師任重而道遠(yuǎn)。

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責(zé)任編輯：趙瀟晗