指向高階思維培養的GenAI賦能學科學習策略

回顧歷史，我們不難發現，技術的每一次進步都伴隨著教育理念的更新和教學實踐的優化。當前，生成式人工智能（GenAI）異軍突起。這場新興的技術變革浪潮，給教育領域帶來了前所未有的機遇與挑戰。我們必須直面以下核心問題：如何確保生成式人工智能真正服務于教育核心價值，而不會成為束縛思維的枷鎖？如何避免技術應用的泛化和教條化？這些問題的答案關乎教育的未來。幸運的是，DeepSeek以其開源、低成本、專業化等優勢，正在成為教育領域變革的新動力，為構建深度學習的教育生態、創新學生高階思維培育方式提供了有力支持。在此背景下，本文主要探討如何科學利用DeepSeek等先進技術，激活學生學科學習的高階思維，促進學生思維的發展和核心素養的提升。

一、教育技術演進的歷史鏡鑒

教育技術的演進，從簡單的教學工具到復雜的數字化媒介，不僅帶來了教育方式的革新和學習內容的深刻變革，更重要的是，它推動了人類思維的進化。分析甲骨文“教”字的構型，左邊部分像學生在手執木棒（作為計數工具）學習，右邊部分像教師在手持教鞭（作為指示工具）教學，直觀地展現了古代教學活動中師生教學互動的場景。為追求教育效果的快速提升，近現代相繼出現了幻燈片、投影儀、交互式白板等教學輔助工具，學生的學習資源也相應地由傳統的文本、圖片、影像轉變為多媒體等數字化資源。

近年來，生成式人工智能憑借大語言模型在語義分析和圖文聲像智能生成方面的突出表現而迅速崛起，有力地推動了學習方式向更加個性化、系統性、創新性、生成式的方向發展。其中，受機器學習啟發的深度學習模式正在引領新一輪認知方式的變革。深度學習進一步融合項目式學習和問題導向學習，為學生深人構建知識體系、形成學科技能、培養學科思維以及發展核心素養提供了新的契機。但與此同時，因受大語言模型技術性能、幻覺控制、使用成本等方面的限制，GenAI在教育領域的應用一直未能廣泛深人。2025年初，GenAI終于迎來大爆發，國產大語言模型DeepSeek以開源、低成本、專業化的語料庫及清晰的推理過程等優勢，迅速成為新一代人工智能技術的風向標，帶動了GenAI在教育領域的普及應用。

在這波新的教育技術變革浪潮來臨之際，我們教育一線工作者迫切需要審視歷史經驗，規避以往教育變革中出現的技術泛化傾向、工具教條應用等問題，盡量消除技術變革初級階段極易產生的目標盲目與活動虛化現象。比如，在教育信息化進程中，曾出現過電化教學片面強化媒體展示、多媒體灌輸削弱思維過程、技術整合流于形式等實踐偏差。實踐表明，脫離學科本質的淺表化技術應用，往往導致教學過程缺乏深度，不利于學生高階思維的發展。而這又需要經過長期實踐的試錯與校準，才能回歸技術為學科核心價值服務的初心。當前，人工智能賦能學科教育正在重構教學生態，初顯破解傳統教育困境的潛能。為此，探討如何構建深度學習的教育生態，創新學生高階思維培育方式，有利于突破“新瓶（GenAI）裝舊酒（傳統認知）”的局限，讓人工智能賦能學生思維的深化與發展。

二、借助GenAl激活學科學習高階思維的實例分析

本研究基于中學數學教學實踐，通過典型案例分析，揭示人工智能在學科教學中的潛力及其對未來教育發展的影響。中學數學學科的特點是基礎性強，但因其內容具有挑戰性，學生在學習過程中常會遇到認知困境。數學課堂上知識容量又較大，學生過度集中于解題訓練，缺乏將數學應用于工程實踐的體驗，從而制約了其數學思維的提升。借助GenAI，學生擁有了自主高效尋找問題解決方案及解決路徑的機會，能夠及時獲取清晰的解題思路與步驟，并通過生活應用來學習數學原理，這對提升學生數學素養大有裨益。

（一）促進學生自主構建個性化學習路徑

數學學科的地位和特點決定了學生在學習過程中需要完成大量作業。在家庭作業中，學生常常陷人“已會題目反復做，不會的題目總不會”的困境。這是因為數學學科難度較大，學生在課外又難以得到家長和教師的及時指導。現如今，學生可利用手機或平板電腦拍照，借助GenAI實現個性化學習。大模型的智能生成能力在個人答題分析、錯誤糾正以及針對性練習方面尤為突出。基于DeepSeek（或豆包、元寶、扣子等）天模型的優質智能體及GenAI管理平臺（如ima），能夠幫助學生構建個性化的數學學習路徑，形成反饋機制，進而促進其解決難題的思維能力發展。

（二）化抽象為具象，有效培養數學思維

天工、豆包等融合DeepSeek的智能平臺，可將數學公式和幾何圖形轉化為生活化場景的問題解決、動態模擬演示等。這非常有利于培養學生的數學思維。

為培養學生的直觀想象能力，教師可使用DeepSeek生成折線圖實例，以此闡釋函數的增減性；生成積木拼接等實例，幫助學生理解立體幾何的體積關系，增強他們對數學對象的空間感知與動態變化的理解等。

為提升學生的邏輯推理能力，教師可借助DeepSeek生成生活案例，引導學生歸納一般規律，如讓學生觀察生成的數列來尋找通項公式，或根據生成的拼圖動畫來驗證勾股定理等。教師還可引導學生從現象中抽象出邏輯結構，培養學生的歸納與演繹推理能力、問題解決能力，如運用DeepSeek生成用方程表示運動的實際情境，生成畫線作圖程序來解決行程路線問題，或生成用概率數據來分析堵車等復雜事件發生可能性的計算與推理程序，等等。

為提高學生的數學建模能力，教師可引導學生遵循“抽象（理解） $$ 具象（應用） $$ 抽象（解決）”的遞進式過程，主動利用DeepSeek進行學習探索，逐步將思考引向深人。如學生可先用“切餅”來理解分數運算，再逐步脫離實物操作符號，從具體經驗中提煉本質屬性，最終形成抽象概念。

為激活學生的創新思維，教師可利用DeepSeek生成多種具象化實例，打破學生的思維定式。例如：生成折紙策略，以便學生探索幾何對稱性；生成交互式七巧板組合動畫，幫助學生探索幾何變換的可能性；生成網頁展示數軸的動態，揭示極限思想，激發學生對數學概念的多樣化聯想與創新等。

DeepSeek通過生成具象化的示例，能將抽象的數學符號轉變為直觀的思維工具，從而有效地幫助學生構建從具體到抽象的完整認知路徑。例如，用DeepSeek生成生活事例，教師就可以很容易地說明正切函數等抽象原理的使用方法。經過多輪推理，它能展示正切函數在多個領域的廣泛應用：一是測量建筑物高度，學生可利用太陽的仰角測量旗桿高度，高度（對邊） Σ=Σ 影子長度 ?×tanθ ；二是物理中的摩擦角應用，學生可根據物體在斜面上即將滑動時的臨界角度求動摩擦因數；三是電子學中的相位差應用，學生可通過正切函數分析交流電路的響應特性；四是藝術與攝影的透視計算、廣角鏡頭視野范圍的計算等。

針對一個函數的多種實際應用，會讓學生的認知更具象化，原理也因此不再生澀難懂。

（三）生成多種解題思路，發展問題解決的高階思維

數形結合、逆向思維等策略，既能夠拓寬學生學習的廣度，又能深化其思維層次，是數學學習的重要方法之一。例如，對于求解圓內接正三角形之外的圓內面積，DeepSeek給出了基于幾何公式直接計算的原解法、坐標系行列式法、向量叉積法等多種解答方法。學生可以進一步提出自己的設想，如“不用三角函數，而用相似三角形法的詳細步驟”，或要求“用三角函數來計算涉及的定理詳解”等。初中生以學習相似三角形法為主，但也能了解到更多的方法，拓展了其思維的寬度；高中生可通過比較三角函數法與相似三角形法的優勢，實現從邏輯推理向數理計算的思維發展。在學習過程中，學生有任何不理解之處（如用到的勾股定理、正弦定理、海倫公式等原理），都可以通過進一步追問，讓GenAI細化分析。

可見，人與GenAI協同研究，能將單一題目擴展為專題式的微項目學習。學生不僅可以參考GenAI的推理過程（包括解題過程中GenAI自我糾錯的過程）來探究多種解題方法，還可以借助多個大模型交叉驗證來深化理解。從求解一道題到解決一類問題，學生的思維能力會在此過程中逐漸進階。

（四）生成跨學科融合學習情境，在綜合應用、設計中發展數學思維

DeepSeek等GenAI可將數學與編程、藝術、科學結合，激發學生興趣。以幾何圖形設計為例，當需要創作對稱圖案、分形圖形或螺旋圖形時，學生可向DeepSeek提問“用HTML語言動態繪制一個漂亮的原點對稱圖形，并給出數學原理”。DeepSeek生成的HTML代碼支持即時預覽運行效果，同時提供下載保存功能。學生可將.htm1文件保存至本地，以便在瀏覽器中反復觀察動態圖形的運行效果。當然，學生還可用記事本修改文件中不同的 x 坐標或 y 坐標參數，從而實現數學模型的優化理解，并可通過進一步追問，生成更多其他原理的圖形或現象。對作為數字原住民的中小學生來說，這是用前沿技術學習數學原理的有趣方式。在輕松實現又不依賴于專業工具的過程中，他們自然會在數學原理、代碼控制，以及物理、音樂、美術等跨學科學習中，獲得豐富的學科理解，進而促進核心素養的發展（如圖1）。

圖1生成的代碼與不同參數的動態運行效果

可見，用GenAI賦能數學學習，會打破以往按部就班的解題和學習路徑，拓展出更有寬度、更開放、更前沿的學習方式，讓學生在綜合應用、設計中發展數學思維。

（五）以深度學習構建知識、技能與思維融合的認知過程

數學學習的難點之一在于，它要求學生具備較強的空間想象能力和綜合分析能力。這對于受到人工智能機器學習算法的啟發而形成的深度學習策略而言，具有顯著的優勢。以繪制圖形研究“切線”為例。學生可首先將綜合問題分解為子問題，利用GenAI生成解決基礎知識，如“在圓上某點處繪制切線”（如圖2）。隨后，不斷在追問中探索子問題的解決方案，如“在圓上拖動點到任意位置繪制切線，并顯示當前切線的斜率”（如圖3）。在對問題的持續分解與深人探究中，他們建構學習進程，如“繪制拋物線上任意點的切線，并顯示切線的斜率”（如圖4）等。由此，逐步構建起一個將知識、技能和思維融為一體的深度學習過程，從而促進核心素養的培育。

可見，未來利用GenAI的學習將更加注重以深度學習來不斷生成知識、追問方案，運用高階思維建構認知過程，形成學科核心素養。這樣的學習方式會更有利于學生的可持續發展。

圖2生成圓上某點處的切線

圖3生成斜率及拖動點動態畫切線

圖4生成其他曲線上拖動點動態畫切線

三、DeepSeek技術應用路線對學科學習賦能的影響

DeepSeek大模型的開源，正有力推動著人工智能的普及進程。對于需求相對集中的學校或機構，為滿足校本化智能學習需求，可以通過本地化部署大模型，實現特色的GenAI應用。對個人來說，由于GenAI平臺均已接人DeepSeek深度搜索模型（如通過天工、納米搜索、ima等平臺的“深度思考”模式），已能夠結合圖片、文檔等來應用DeepSeek模型推理，實現更全面的知識學習與應用創新，因此，師生在選擇應用方式時，要考慮其便捷性、實用性和低成本等要素。例如，在課堂教學中，教師可以通過微信登錄教室一體機上的個人ima賬號，管理學習小組的課程，輔助探究與創新。對有條件的學校，師生可以預設班級平板電腦的適用App及公用賬號開展小組合作學習。當然，學生在課外活動或在家時間，可選擇平板電腦、手機、家庭電腦等方便地使用GenAI技術。隨著技術的不斷演進，技術應用的門檻會不斷降低，GenAI的幻覺也會得到有效控制。這些都將使其應用逐漸日常化。而如何科學地應用GenAI技術將成為關鍵。

綜上所述，科學地利用DeepSeek要注重學習理念與方式的同步變革，要著眼培養學生高階思維，這對于各個學科的學習都是適用的。即使有提升成績的學習需求，一樣需要進行類似 ×× 重點內容系統化分析、 ×× 命題趨勢推演、×× 高頻考點的規律解讀等互動問答，而不是一道道題的模仿、記憶和公式的教條套用。因此，人工智能在教學中的作用，關鍵在于通過人機協同，高效利用大模型的資源優勢、神經網絡推理能力和自然語言的語義理解與創新能力，將人們從繁重的知識搜索、原理理解、描述表達等低級思維中解放出來，專注于更高階、更有深度的思維訓練，用更多時間和空間去提升自身的智慧，成為未來知識應用與創新的主導者和受益者。我們堅信，這將是今天的教育變革對未來文明發展的光榮使命。

（作者系山東省青州第一中學信息技術特級教師、正高級教師，山東省教育科學研究院兼職教研員）

責任編輯：牟艷娜