人工智能在社會性科學議題教學中的應用

隨著信息技術飛速發展，人工智能為教育教學領域帶來了新的機遇。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”）要求學生關注社會性科學議題并參與討論，但在教學中，受教學時間緊張和議題資料收集困難等因素影響，社會性科學議題的教學效果往往不盡如人意。為解決這一問題，筆者探索利用生成式人工智能輔助教學，以“轉基因產品的安全性”為例，應用人機互動模式，引導學生深入探討這一社會性科學議題，以提升學生的批判性思維和科學素養。

一、人工智能時代社會性科學議題教學分析

以人工智能為代表的信息技術是新一輪教育創新發展的重要驅動力，利用人工智能促進教育變革創新已成為世界各國重要的戰略方向，而開展人工智能賦能教與學的研究是發展“人工智能+教育”的核心任務^[1]。在此背景下，如何利用人工智能賦能課堂教學成為當前研究的核心任務之一。課標指出：學生應關注社會性科學議題，參與討論并做出理性解釋。由于個人立場、價值觀等有差異，這些社會性問題往往存在爭議，一般沒有最優解決方案，具有開放性^[2]。社會性科學議題作為將科技與社會相連接的教育主題，其在教學中的融合對于學生學習科學知識，培養科學思維方式、科學探究能力、科學態度與社會責任都具有重要意義。開展基于社會性科學議題的教學能提升學生的科學素養水平，是落實我國課程標準要求的有效嘗試^[3]。教學過程中，受限于教學時間緊張、議題資料收集困難等因素，社會性科學議題的教學效果往往受到挑戰。以ChatGPT為代表的生成式人工智能基于自然語言處理技術，能模擬人類對話方式與用戶進行交互，具有強大的內容理解與生成能力。該技術的出現為有效實施社會性科學議題教學提供了新的可能性。

（一）生成式人工智能的設計與優化

在本課例中，筆者重點探索如何開展多輪對話和人機互動，引導學生深入理解轉基因產品的安全性問題。為此，設計了一系列基于“轉基因產品的安全性”這一科學議題的專屬生成式人工智能體（以下簡稱“智能體”），以確保有效支持學生的學習需求。利用字節跳動公司開發的“扣子”平臺來設計智能體。為幫助學生多角度充分發表見解，筆者設計了六大智能體，分別對應不同的立場相關者，包括“轉基因科學家”“轉基因食品供應商”“傳統食品供應商”“政府工作人員”“普通消費者”“轉基因食品消費者”。其中，“轉基因科學家”“轉基因食品供應商”“政府工作人員”“轉基因食品消費者”對轉基因食品持支持態度，“傳統食品供應商”和“普通消費者”則持反對態度。這些角色的觀點可能一致，但因角色立場不同，支撐其觀點的理由各有不同。例如，“轉基因科學家”重視科學研究和實驗數據，而“轉基因食品供應商”則更關注經濟效益。基于特定角色設計多個智能體在教學過程中能幫助學生理解。面對同一議題，不同立場的人可能基于不同的動機做出不同的判斷，這有利于學生深入認識社會性科學議題的復雜性。

為了確保智能體的回答能準確反映其角色的專業領域和立場，我們需要借助平臺為智能體設計符合角色立場的提示詞并導入相關插件。例如，將“轉基因科學家”角色設定為“講科學講實證，提供豐富的科學實驗證據佐證觀點”，該智能體的提示詞設定和導入的插件需要為其“人設”服務。教師可以使用以下的提示詞對該智能體的人設和回復邏輯進行初步設定：“你是一名熱衷于科普且堅定支持轉基因產品的科學家，能夠運用豐富詳細的實驗證據以及科學原理，以清晰易懂的方式為大眾闡釋經過嚴格安全審查的轉基因產品的安全性。”接著可利用平臺自帶的AI提示詞優化功能自動優化提示詞，使提示詞符合平臺的格式規范要求。設定智能體的“人設與回復邏輯”之后就可創建一個大致符合要求的智能體，但仍需要不斷測試優化。測試發現，該智能體的回答過于簡略，且沒有提供詳細的實驗證據來證明轉基因產品的安全性。為使智能體的回復更符合角色邏輯，需要對該智能體的“人設與回復邏輯”進行優化并為智能體導入必要的實驗數據插件供其調用。經過多輪測試與迭代優化，該智能體的回應已基本符合預期，能夠在教學中為學生提供可靠的支持（如圖1）。其余智能體也按此方法設計。

（二）教學思路與目標分析

長久以來，轉基因技術及其產品的安全問題一直飽受爭議。筆者選擇“轉基因產品的安全性”作為議題，引入生成式人工智能輔助教學，應用人機互動教學模式，引導學生深入探討“轉基因產品的安全性”。本課例，筆者依據課標模塊3中的大概念6“生物技術在造福人類社會的同時也可能會帶來安全與倫理問題”設計教學方案，緊扣重要概念6.1“轉基因產品的安全性引發社會的廣泛關注”和6.1.2“探討轉基因技術在應用過程中帶來的影響”這一次位概念，在“人機對話”活動中達成教學目標。筆者安排1課時完成本節教學任務，內容如圖2所示。

學生在第3章的學習中已經認識到轉基因技術的核心原理及基本程序，或多或少了解或接觸過轉基因產品，但缺乏對轉基因產品安全性的深度思考，對于轉基因產品的相關政策法規研究不多。基于學情分析和課標要求，筆者為學生定下具體學習目標：①與生成式人工智能對話，收集資料與證據，說出轉基因產品安全性引發廣泛爭議的原因。（重點）②與生成式人工智能對話，獲取信息后從不同角度論證轉基因產品的安全性問題，經過科學論證后，最終能理性看待轉基因產品的安全性問題。（重、難點）③與生成式人工智能對話，了解我國轉基因產品的相關政策法規，深化對轉基因產品安全性的認識。

二、教學流程及效果

在該課例中，筆者引入生成式人工智能作為學生的“虛擬導師”和“智能學伴”，通過多輪互動對話，幫助學生深入探討“轉基因產品的安全性”這一社會性科學議題。以下是教學實施的具體步驟及效果分析。

（一）情境導入，引出議題

課程開始時，筆者介紹2018年由我國學者崔凱發起的一項全國范圍的轉基因食品認知調查，結果顯示約有一半的公民對轉基因食品持否定態度。接著提出問題：“你認為轉基因食品安全嗎？你愿意食用轉基因食品嗎？”學生各抒己見，表達觀點。有的認為不管安不安全只要好吃就行，有的則受到家人的影響認為不安全，有的學生則堅定地選擇不食用轉基因食品。筆者做總結，肯定學生是基于一定的理由和依據做出判斷，同時引導學生認識到在做出任何決策之前都需要經過嚴密推理、深入思考并有充足的科學依據做支撐。轉基因產品到底安不安全，同樣需要科學論證。

（二）收集資料，梳理爭議

隨后，筆者播放關于轉基因食品安全的新聞報道，提出問題：“為什么轉基因技術在日常生活中廣泛應用，但涉及食品領域時，會引發如此大的爭議？”由此引導學生與智能體對話，探究引發基因產品安全爭議的原因。

學生：為什么轉基因產品會引發巨大爭議？

智能體（簡略）：以下是我對該問題的理解。①科學認知差異，很多人缺乏相關的科學背景知識，難以準確理解轉基因產品的原理和安全性，導致對未知事物心存恐懼；②安全擔憂；③利益相關方影響；④媒體傳播等。

學生：如果我作為一名科學家向公眾解釋轉基因食品是安全的，能否打消公眾疑慮？

智能體：我認為不一定，原因如下。①信任的建立需要時間；②認知局限難以突破；③信息來源多元化；④對公正性的質疑，公眾會懷疑科學家的解釋是否受到了商業利益的影響等。

通過人機互動，學生逐漸了解引發議題爭議的原因，并梳理出相關爭議點。在此過程中，學生不再是知識的被動接受者，而是通過與智能體的互動不斷構建知識。學生的主體性地位得到體現。

（三）開展活動，科學論證

筆者接著播放一位教授關于轉基因食品的觀點視頻，并提問：“不同社會背景的人，基于不同的立場會產生不同的觀點。如果你是這位教授會如何看待轉基因食品呢？”接著，引導學生進行角色扮演，以不同的角色與智能體互動，獲取信息后從各自的角度闡述自己的觀點。

學生需要基于所扮演角色的特定立場與智能體互動獲取資料。在與智能體互動時，他們關注的議題側重點和需要智能體所提供的背景信息各不相同，這正是教師在課前基于特定議題設計智能體的原因所在。相比于未經設定的智能體，經過特定提示詞和插件設計的智能體具有更強的針對性，能夠從特定的角度和更小的范圍與學生討論轉基因產品的安全性。專屬智能體的引入，可以確保學生在討論中獲得更精確的與角色相關的背景資料，從而引導他們以更符合角色立場的角度深入探討議題。

為了獲得足以支撐自己觀點的證據，學生需要逐步增加提問的深度和廣度。筆者要求學生基于綜合智能體提供的信息和自己的思考，提出自己的觀點（掃碼看圖）并進行論證。在與智能體的互動過程中，學生經過搜集、整理、加工、傳輸、反饋、再加工和再反饋信息的過程完成社會性科學議題的討論。采用這種循序漸進的模式對話，學生不僅擴展了知識廣度，而且增加了思維的深度，學會了如何批判性地看待問題，并結合證據得出科學的結論。

（四）師生總結，科學決策

在總結和決策環節，筆者提問：“經過嚴格的監管和科學評估，轉基因產品被認為是安全且有益的，我國為了確保這些產品的安全性采取了哪些措施？”隨后，引導學生與智能體對話，了解我國在轉基因產品安全監管方面的政策和法規，深化對轉基因產品安全性的認識。在多輪互動和科學論證過程中，學生逐漸形成了統一的觀點：“在嚴格的監管和科學評估基礎上，轉基因產品是安全且有益的，應該理性看待轉基因產品的安全性。”這一觀點的形成不僅依賴于生成式人工智能在信息收集和知識獲取方面提供的幫助，更得益于學生在與智能體互動過程中，對自身認知的持續反思與調整。

三、教學反思與技術優化方向

本課例，筆者引入生成式人工智能輔助社會性科學議題教學，顯著提升了教學效果。生成式人工智能憑借其強大的數據庫資源和交互模式，展現出巨大的教學潛力。學生與生成式人工智能對話，不僅加深了對復雜議題的理解，而且在批判性思維、問題解決、信息提煉和提問能力等方面取得了顯著進步。此外，生成式人工智能能夠根據學生的不同需求提供定制化的學習支持，幫助他們在各自的理解層次上取得進步，豐富了學習內容的呈現形式，使課堂更加生動有趣，激發了學生的學習動機，提高了課堂活動參與度。

然而，生成式人工智能在教學應用中也暴露出一些局限性。例如，因為其仍然難以充分理解信息和分析信息內在的邏輯關系，因此很容易生成不合理的內容或者犯事實性的錯誤，這種事實性的錯誤容易誤導不具備專業知識或相關常識的學習者，引起學習迷航與認知障礙^[4]。首先，生成式人工智能在理解信息和分析信息內在邏輯關系方面仍存在不足，容易生成不合理的內容或犯事實性錯誤，這可能誤導缺乏專業知識的學生，引發學習迷航和認知障礙。其次，生成式人工智能應用的互動深度和個性化程度有限，若使用不當，可能導致學生過度依賴技術，削弱自主思考能力。此外，智能體在情感化表達的響應能力方面也存在不足。

為突破這些局限，未來可以從以下方面優化應用：構建學科專屬知識庫，整合權威期刊與政策文件；開發協作模塊，支持學生之間的觀點交鋒；加強教師的技術培訓，提升其倫理風險管理能力。技術的教育價值在于人文關懷與工具理性的平衡，只有這樣，才能為學生的全面發展提供有效支撐。

注：本文系“基于‘A+課堂派’的《貴州省生態地標賞析》課程教學改革實踐”（編號：[2021]SJG 第 2021065 號）、貴州師范大學2023—2024學年校級課程思政示范項目——《貴州省生態地表賞析》示范課程（編號：2023KCSZ13）、2022年度貴州省級“金課”——貴州省生態地標賞析（編號：2022JKHH0109）的研究成果。

參考文獻

[1] 夏立新，楊宗凱，黃榮懷，等.教育數字化與新時代教育變革（筆談）[J].華中師范大學學報（人文社會科學版）， 2023（5）：1-22.

[2] 張曉菲，劉宏哲，龐玥.論證教學在社會性科學議題教學中的應用：以“基因檢測”為例[J].生物學通報，2024（1）：17-21.

[3] 李諾，柯立，劉恩山，等.社會性科學議題在我國中學科學教育中的價值分析[J].中國考試，2021（8）：87-94.

[4] 盧宇，余京蕾，陳鵬鶴，等.生成式人工智能的教育應用與展望：以ChatGPT系統為例[J].中國遠程教育，2023（4）：24-31.

（作者明丹系貴州師范大學生命科學學院研究生；劉杰系貴州師范大學生命科學學院副教授；王惠芹系貴州大學附屬中學高級教師）

責任編輯：祝元志