生成式人工智能赋能高中信息技术教学

摘要：本文针对当前高中信息技术新教材教学中存在的问题，同时为了促进学生的有效学习，借助生成式人工智能设计项目式学习内容，提出了生成式人工智能赋能高中信息技术教学思路，并研究其中的技术支持过程，以期为信息技术教学提供新的教学策略和案例。

关键词：生成式人工智能；高中信息技术

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）16-0046-04

生成式人工智能对教学领域的影响

1.人类教师的局限性

教师在教学过程中面临诸多局限性。首先，教师在个人认知和专业知识方面存在局限，这可能导致对某些学科或领域的教学覆盖不足。其次，教学资源和时间的限制也会影响教学的深度和广度，进而影响到学生的学习体验。再次，人类教师对学生个体差异的认知局限也可能导致无法对每个学生实施个性化教学，从而影响学生的学习效果。

2.人工智能的优越性

人工智能在教学领域展现出了诸多优越性。首先，人工智能拥有庞大的知识储备和卓越的信息处理能力，能够将各个学科领域的知识整合并快速传授给学生。其次，人工智能可以实现个性化教学和智能化辅助，针对学生的个体差异提供量身定制的学习计划和教学辅助，从而提高教学效率和学习效果。再次，人工智能能够进行长时间、大规模的教学和评估，通过数据分析和反馈实现对学生学习情况的全面跟踪和评估，从而为教学过程提供更多有益信息。

3.人类教师与人工智能的关系

人类教师与人工智能的关系备受关注。一方面，人工智能可以作为教学的辅助工具，为教师提供更多教学资源和智能化支持；另一方面，需要在实现个性化教学的同时，平衡人工智能和人类教师在教学过程中的作用与发挥，确保两者能够相互补充，而非取代。此外，随着人工智能技术的发展，教师的角色也需要转变与重新定位，教师要更多地发挥指导者、引导者和课程设计者的作用，更注重与学生的互动和情感交流。这些方面都需要在教育中进行更多的探索和实践。

基于生成式人工智能的项目式教学设计与实践

高中信息技术教材中要求使用Python中的Flask Web应用框架以及Sqlite数据库管理系统编写网络应用程序。大部分教师虽然通过学习具备了编写教材中网络聊天机器人以及室内环境实时监测系统的实践基础，但是缺乏开发其他网络应用软件所需的理论知识和必备技能。笔者在与生成式人工智能交互的过程中，结合必修2学习内容要求设计了“在线加法练习系统”项目，引导学生参与基于真实问题的项目学习，经历网络应用程序开发的全过程，充分利用开源硬件和人工智能应用等资源，搭建了面向实际生活的应用场景，发挥学生的自主学习与探究学习能力，鼓励学生积极探究、大胆实践，激发学生的创新思维。

下面，笔者结合高中信息技术必修2《信息系统与社会》中的《2.6网络应用软件开发》一课谈谈具体的教学设计，以验证基于生成式人工智能的项目式学习的效果。

1.明确目标框架—系统的规划设计

在学习必修2《信息系统与社会》中的《2.4 传感与控制》一课时，学生在“实践与体验”活动中学会了使用计算机控制micro：bit的LED阵列，且教材中提出了“用计算机随机出数学题，micro：bit根据回答是否正确而显示不同的表情”的拓展任务。因此，结合单元教学的理念及课程标准要求，笔者在《2.6网络应用软件开发》一课以“在线加法练习系统”的开发为问题情境，融合《传感与控制》以及必修1中的Pandas数据处理相关知识展开设计，系统规划设计如表1所示。

2.交互构建雏形—系统的开发编写

笔者选用基于ChatGPT 3.5的ZelinAI平台作为辅助开发工具，给出需求明确的问题获取相应的代码或示例，在交互改进中实现在线加法练习系统的设计，具体开发交互过程如上页表2所示。

笔者发现，在开发过程中，生成式人工智能可以结合算法需求快速编写代码、结合知识需求快速给出示例、结合创意要求快速给出文案。

3.结合需求优化—系统的改进迭代

教材中“网络聊天机器人”案例是导入Flask_wtf扩展的FlaskForm模块实现用户在网页中使用提交表单提交聊天语句。教师可以结合“聊天机器人”案例修改登录页面，使用表单模块实现登录功能（如下图）。

4.项目设计实践—系统的教学应用

项目采用“结对编程”的方式开展合作学习，一位学生负责开发服务器端代码及调试运行，另一位学生负责检查代码的正确性及客户端访问的可行性。

活动一：项目设计

根据项目需求讨论确定在线加法练习系统的功能模块，明确各个模块的URL与相应的路由及视图函数，确定数据库数据表结构的设计，知道网络应用程序中要导入的模块及编写网络应用程序需要完成的操作步骤。

活动二：设计主页模块

编写主页模块的路由及视图函数，实现渲染显示网页模板；调试过程中掌握调试发布应用程序的知识与技能，实现客户端通过URL访问系统主页。

活动三：设计注册模块

编写注册模块的路由及视图函数，以GET请求渲染显示register.html页面，在表单中输入用户名和密码后，以POST请求提交数据到路由中，在数据表users中插入用户名和密码，跳转到登录页面。

活动四：登录页面

编写登录模块的路由及视图函数，在路由中使用FlaskForm类创建自定义表单实现登录功能，巩固GET及POST请求的应用及区别，并在登录成功后实现页面跳转至练习模块。

活动五：练习页面

编写练习模块的路由及视图函数，路由接收GET请求后随机生成两个[1，100]之间的随机数并渲染显示practice.html页面，在表单中输入答案后，以POST请求提交数据到路由中，若答案正确，新建一条累计得分记录（用户、得分、时间），若回答错误则给出错误提示，等待重新输入。

活动六：排行榜页面

编写排行榜模块的路由及视图函数，路由接收GET请求后查询数据库records数据表，以用户ID为依据分组找出每个用户的累计最高得分，按累计最高得分降序排序。取前十名，输出用户名、累计得分和记录刷新时间。

最后，学生对项目实施过程中遇到的问题以及解决方案等予以反思总结，将感性体验转化为理性知识并内化掌握，并提出了项目改进的方向—设计扩展功能实现服务器根据回答是否正确在客户端的智能终端micro：bit显示屏显示对应的表情。

基于生成式人工智能的项目式教学策略

1.依据学习目标，创设真实情境

教师基于学科大概念及课程标准的要求，结合教学内容与学生的学情创设真实情境。真实的情境可以增强学习的实践性，将学习从教材枯燥的概念转化为实际应用，提升学习动机和兴趣。

2.聚焦核心问题，明确项目架构

教师首先需要明确项目的核心问题，分析核心问题涉及的学科知识，确定项目的范围和内容及项目的整体框架；其次确定项目的学习活动，这些活动应能够逐步引领学生深入理解和解决核心问题。

3.借助生成式AI，开发项目资源

生成式人工智能提供了丰富的工具和资源，可以用于开发项目所需的素材和内容。除此之外，还可以利用自然语言生成模型来生成项目描述、程序的测试数据等。

4.关键问题引领，实施项目活动

教师通过启发性的问题激发学生的兴趣并引发思考，学生借助阅读教材、与生成式人工智能交互及程序编写调试等方式对一系列的问题链逐步深入探究，挖掘项目中涉及的关键知识点和技能，在实践中应用知识、形成经验并逐渐建立认知结构，进一步养成解决问题的关键能力。

5.复盘项目过程，改进优化项目

教师鼓励学生分享项目学习成果及感想，发现项目存在的问题和不足之处，提出改进和优化的方向，并为下一次的项目改进和优化提供参考。

结语

利用生成式人工智能辅助项目式学习对教师提出了更高的要求，教师要能精准定位教学设计需求，掌握与生成式人工智能交互的方法，结合自身需求提供明确的交互要求，在交互过程中明确问题算法设计及优化的方向。

参考文献：

余南平，张翌然.ChatGPT/生成式人工智能对教育的影响：大国博弈新边疆[J].华东师范大学学报：教育科学版，2023，41（07）：15-25.