基于智能體的信息科技學科問題解決教學實踐

【中圖分類號】G434【文獻標志碼】A【論文編號】1671-7384（2025）06-011-03

《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》中多次強調“問題”與“問題解決”。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中約有150余次提及“問題解決”與“解決問題”，提倡以問題解決為線索架構模塊內容，在問題解決過程中構建知識、提升素養。信息科技作為中小學科技教育體系的重要組成部分，肩負著培養學生理解人類如何解決問題，以及如何將解決問題的過程遷移至日新月異的其他新問題解決的歷史使命[1]。問題解決是信息科技學科的內在邏輯理路，依托問題解決開展信息科技學科教學，是新課標核心素養落實的有力抓手。

基于問題解決的教學包括以下關鍵要素[2l3]：-是聚焦真實生活情境；二是關注問題與問題鏈設計；三是重視任務和活動設計。在指向問題解決的教學實踐中，教師面臨著一系列挑戰，例如，如何創設具有啟發性的情境、如何設計問題與問題鏈、如何有效組織互動式與探究式學習活動等。AI智能體的出現為面向問題解決的信息科技學科教學帶來了新的機遇與路徑，智能體具有強大的學習、規劃和決策能力，能夠設定并執行一系列動作，從而完成復雜的任務[4]。當前，基于智能體的人機協同教學實踐持續涌現，學者們積極探討基于大模型的教學智能體的具體框架及其應用場景5。本文聚焦中小學信息科技教師如何自己動手搭建A智能體，助力信息科技學科問題解決教學進行闡述。

信息科技問題解決教學存在的問題

信息科技學科問題解決教學核心在于“問題發現”和“問題解決”。學生在經歷問題解決的過程中，通過思維活動構建與問題相關的知識結構，由表及里、層次清晰地分析問題，合理表達自己的觀點，最終具備自主發現并解決問題的能力。從實施現狀來看，當前的信息科技學科問題解決教學存在以下問題。

1.問題情境流于形式化、表面化

問題情境的有效構建益于增強學生的真實情感體驗。然而，當前信息科技學科教學中問題情境的引入并不盡如人意。一是僅僅依賴文字敘述進行簡單引入，難以激發學生的探索興趣。二是情境設計趨于表面化，雖具趣味性但未體現學科知識聯結。再者，情境脫離學生生活經驗難以引發共鳴。例如，在圖像識別技術原理探究課中，使用“為提升環保意識，學校決定實施校園垃圾分類計劃，請小組設計并開發垃圾分類應用”的情境。盡管該情境具有一定的現實意義，但情境描述過于寬泛，可能會導致學生思考偏離預設的學習方向，難以明確需要解決的具體核心問題。

2.問題設計缺乏層次和針對性

科學合理的問題和問題鏈是促進知識內容結構化的重要途徑。當前信息科技學科教學在問題設計方面存在以下不足。一是問題難度把握不當，過于簡單或過于復雜。二是問題缺乏層次性，學生難以跟隨問題的發展脈絡，建立知識點之間的聯系。以“感知數據”一課為例，“數據是如何演變的？生活中有哪些數據？數據有什么意義？”這些問題之間缺乏內在邏輯，學生難以形成清晰的“數據一信息一知識”概念認知。三是子問題發生偏離，無法有效支撐核心問題的解決。

3.問題解決過程缺乏深度探究

學習活動是知識轉化為素養的渠道和途徑。學生在活動探究過程中達成意義建構。當前，部分信息科技課堂的問題解決過程是由教師講授，學生未能真正參與到任務的執行和問題的解決中。即使通過活動形式讓學生經歷“做”的過程，但受限于師資、課堂時間及學生差異，探究過程中教師難以關注每位學生且提供個性化指導。例如，在編程實踐中碰到程序運行報錯時，教師難以指導到每位學生，學生通常只能簡單地檢查邏輯和語法問題，逐步“試錯”來解決，限制了其對具體算法思想的深入理解，甚至有限時間內不能完成糾錯致使失去學習興趣。

搭建AI智能體，助力信息科技學科問題解決教學的設計

基于大模型的智能體包括工具、記憶、規劃等組成要素，憑借其強大的推理與對話優勢、多模態的內容創作能力、個性化存儲和記憶特性，以及精細規劃與多步驟執行的優勢，在真實生活情境創設、問題與問題鏈生成、學習任務與活動設計等方面具有獨特優勢。

1.AI智能體助力問題情境生成，提高學生真實情感體驗

AI智能體憑借其精細規劃與多步驟執行特性、多模態的內容創作能力，在問題情境的創新生成方面展現出強大潛力。第一，拓展情境生成的可能范圍。Al智能體的出現降低了教師對情境的創意與設計要求。教師只需輸入簡單的提示詞，即可快速生成各種貼近真實生活場景或專業領域背景的情境。第二，約定情境所含信息。通過精細規劃AI智能體的人設和回復邏輯設定，為問題情境設置包含特定結構要素的輸出結果，生成限定且完整的情境信息。第三，豐富情境載體形式。AI智能體通過綜合調用圖像、視頻等不同的插件工具，生成多模態的素材資源，有利于為學生提供更加豐富和個性化的情感體驗。

2.AI智能體助力問題/問題鏈構建，促進知識內容結構化

AI智能體在助力教師設計類型多樣、指向清晰、啟發思考、符合認知的問題與問題鏈等方面具有顯著優勢。首先，AI智能體具備卓越的內容解析能力，能夠深入分析并理解教師上傳的知識庫內容，精準捕捉信息科技學科的核心要點，依據課程自標和學情，巧妙生成兼具挑戰性且符合學生認知水平和語言表達的核心問題。其次，AI智能體具有強大的問題分解和重構能力，能夠按照預設的問題鏈生成標準或模式（如中心輻射式、并列串珠式、類比聯結式、逐層遞進式等），快速將復雜問題分解為多個內部邏輯關聯的子問題，且清晰指向問題解決路徑上的特定知識點，幫助學生逐步構建出系統化的知識結構。

3.AI智能體助力學習任務設計，實現知識與任 務高匹配

AI智能體憑借個性化存儲與記憶特性，結合其強大的推理與對話優勢，能夠顯著增強學習任務與知識內容的匹配，以及與學生能力的適配。首先，AI智能體能夠高效地檢索查詢已上傳的知識庫資源，并整合構建與之匹配的學習目標，確保設計的學習任務能夠精確地覆蓋所需的知識范圍并指向學習目標達成。其次，AI智能體能夠深入分析學生的學習歷史和行為模式，個性化地存儲和記憶關鍵信息。通過自動分析與挖掘，準確把握不同學生的學習偏好、學習短板及學習進度，從而設計出與學生能力相匹配的學習任務。

4.具體案例分析 “信息科技素養導向的學習任務設計”智能體

團隊開發的“信息科技素養導向的學習任務設計”智能體，能夠基于教師需求和學科核心素養培養要求，確立符合學情和學習自標的情境和問題，并在此基礎上精心設計以學生探究為中心的學習任務，促進學生深度學習。具體包括三項技能：第一，構建貼近高中生生活的學習情境；第二，基于特定情境生成核心問題與問題鏈；第三，根據問題設計針對性的學習任務。為了更好地訓練智能體的這三項技能，教師對其進行了角色規劃和回復邏輯設定，并上傳了信息科技課程標準、枚舉算法相關參考資料等。

以下是教師課前使用該智能體開展“枚舉算法”主題協同備課過程中生成的問題情境、驅動性問題以及對應的學習任務示例。

問題情境：學校動漫社團要籌備一次校園展覽活動，現有400元資金用于購買展示作品所需的畫框和顏料兩種物資。畫框單價20元，顏料單價15元。考慮到場地空間和實際需求，購買畫框數量不能超過15個，購買顏料數量不能超過20盒。小浦決定利用所學的枚舉算法知識，幫助動漫社團梳理可能的購買方案。

驅動性問題：如何利用枚舉算法找出所有可能的采購方案？

子問題1：采購方案設計時需要考慮的關鍵因素有哪些？子問題2：如何詳細描述枚舉算法求解采購方案的過程與步驟？子問題3：如何用Python編程實現并找出所有采購方案？

學習任務1：小組討論在采購方案設計中必須考慮的要素，列舉分析并確定枚舉范圍與條件（解決子問題1）。學習任務2：根據任務1的分析結果，用自然語言描述找出所有采購方案的過程。思考并設計枚舉算法流程圖（解決子問題2）。學習任務3：自主編寫Python程序，找出所有符合要求的采購方案（解決子問題3）。

總體來說，情境設置在學校動漫社團籌備展覽活動的實際背景下，通過解決資金預算和物資購買數量限制等現實問題，學生可以直觀感受到枚舉算法的實際應用價值。同時，問題鏈設計緊密圍繞核心問題解決，從考慮關鍵因素、描述算法過程到編程實現，層層遞進，具有很強的實踐性和可操作性。

應用AI智能體開展課堂教學實踐，促進學 生個性化深度參與

AI智能體在輔助學生解決問題、促進個性化深度參與方面發揮著重要作用。首先，AI智能體可以作為學科專家，為學生提供多視角的見解與啟發。通過“喂養”和“訓練”，使智能體精準掌握某一學科領域知識。在問題解決過程中為學生提供專業指導和思維啟迪。其次，AI智能體可以作為虛擬教師，根據學生的學習風格和問題解決進度，為其提供個性化指導與實時反饋。通過連續對話與追問，激發學生深入思考，培養批判性思維與問題解決能力。第三，AI智能體可以作為問題助手，為學生提供任務解決支架和幫助（如資源檢索、策略制定等），確保學生在遇到阻礙時不會感到無助，從而保持持續的學習動力和興趣。此外，AI智能體還可以作為學生問題解決過程中的親密伙伴，通過模擬人類的情感交流和互動方式，為其提供情感共鳴與支持。

針對高中生算法原理理解困難、算法轉化為Python代碼能力不足、編程實踐不夠等問題，團隊開發了“枚舉算法學習”智能體。該智能體能夠提供枚舉算法的微視頻學習；提供枚舉算法的應用案例分析；引導學生用自然語言將枚舉算法轉化為流程圖；提供枚舉算法Python編程實現過程中的易錯點示例；提供枚舉算法Python編程的解釋與糾錯。立足技能達成整體規劃智能體的角色和執行過程，在智能體建構中規定其只能回答與枚舉算法相關的問題，上傳了歷年積累的枚舉算法教學設計、課件，并添加了代碼執行器、流程圖、嘩哩嘩哩視頻、必應搜索等插件工具。

課中，教師組織學生與智能體協作學習，自主開展編程實踐，培養學生綜合運用算法和編程知識解決問題的能力。課后，學生可以通過與智能體的進一步互動對話獲取枚舉算法的微視頻、應用案例分析等定制化學習資源。

結語

基于智能體設計與實施信息科技學科問題解決教學對學生核心素養培養具有積極價值，教師應當積極適應時代發展，主動學習并充分挖掘、利用AI智能體的技術潛力，開展核心素養導向的學科教學實踐，并在此過程中關注智能技術使用可能涉及的倫理風險等問題及挑戰等。需要強調的是，盡管智能體在教育教學中的作用日益增強，但教師的核心價值和不可替代性依然存在。中小學信息科技教師需要不斷提升批判性思維、問題解決能力和決策力，與智能體形成更加緊密的協同關系，以實現人機協同教學的最大效能。

參考文獻

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[5]盧宇，余京蕾，陳鵬鶴.基于大模型的教學智能體構建與應用研究[J].中國電化教育，2024（7）：99-108.

作者單位：上海市浦東教育發展研究院

編輯：王曉波