生成式人工智能時代的課堂教學創(chuàng)新

【摘要】文章介紹了生成式人工智能在課堂教學中應(yīng)用帶來的新變化，介紹了生成課堂和生成式課堂的基本概念，討論了在教學中應(yīng)用生成式人工智能的問題和解決辦法，為生成式人工智能在教學中的應(yīng)用做好教師準備。【關(guān)鍵詞】生成式人工智能；生成課堂；生成式課堂；課堂教學；教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型課堂教學，過去、現(xiàn)在和將來很長一段歷史時期都是學校教育的主戰(zhàn)場。教師和學生生命歷程的主要時光都在課堂度過，這是建設(shè)教育強國和教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要陣地。隨著生成式人工智能在中國社會各行業(yè)應(yīng)用的迅速普及，學校的課堂教學將會發(fā)生什么變化？生成式人工智能帶來課堂新變化2023年冬天，我到廣州市天河區(qū)和白云區(qū)參加教師培訓項目，培訓活動的主題是讓每一位教師學習掌握使用生成式人工智能輔助教學，結(jié)合新課程標準的大概念設(shè)計單元教學計劃。培訓班的第一個熱身活動，是讓每一位教師打開自己手機上的淘寶APP，在搜索框中輸入“淘寶問問”說：請給我設(shè)計XXX課程的大單元教學計劃。當每一位教師看到自己手機屏幕上一行行出現(xiàn)教案文字，會場氣氛瞬間進入高潮。緊接著，全場教師學習注冊登錄，掌握3+N生成式人工智能軟件的操作技能（3+N模式是指教師必備的3個生成式人工智能工具：訊飛星火、文心一言、扣子AI集成平臺，N是指教師自選更多的國內(nèi)生成式人工智能軟件）。很多教師立刻對生成式人工智能入迷。廣州市天河區(qū)匯景實驗學校的曹暢老師，連夜使用訊飛星火和文心一言設(shè)計出自己上課的教案。不久后，她參加了廣州市天河區(qū)與貴州畢節(jié)市大方縣元寶小學和納雍縣天河實驗學校對口支教活動，教六年級學生學習語文課《西游記》選段。曹老師引導(dǎo)學生分析討論孫悟空角色，組織學生使用生成式人工智能設(shè)計自己選擇的孫悟空角色形象，同學們在課堂上與AI對話，即時生成圖像，展示和交流，這一切讓學生們驚喜不已。課后，幾個學生圍著曹老師說，我們要和廣州的同學們比一比，看誰設(shè)計出的形象更生動、更吸引人。那一瞬間，讓她心中一震，感到山里孩子的想象力也能夠跨越山海，跨越時空。是生成式人工智能，讓山里的孩子也能夠?qū)W到過去的教學方式學不到的東西！同樣的故事也發(fā)生在河北、江蘇、四川、甘肅等地的教師國培班。許多學習掌握了生成式人工智能的青年教師，正在積極嘗試在課堂中使用AI輔助教學。為什么生成式人工智能能夠一下子吸引教師們的濃厚興趣呢？這是因為，生成式人工智能與過去的信息技術(shù)不同，它不是簡單的文字和數(shù)據(jù)處理、多媒體資料加工，或者信息搜索，它是用海量數(shù)據(jù)預(yù)訓練的大模型，可以跟你對話聊天，根據(jù)你的提示詞來生成新的內(nèi)容，包括文本、圖片、視頻、PPT、教案、文章、詩詞、對聯(lián)、編程代碼等，甚至你只需要把自己的想法說給它聽，你想要的東西就立刻呈現(xiàn)在你的眼前，就像魔法師一樣讓教師們興奮。重新認識課堂回顧教育的歷史，在遠古的人類原始蒙昧年代，沒有學校，也沒有課堂。學校的出現(xiàn)是伴隨工業(yè)革命對大規(guī)模勞動力培養(yǎng)的需求產(chǎn)生，課堂是隨著學校的興起出現(xiàn)的教師和學生進行教學的地方。在教育史上，最早系統(tǒng)分析闡述學校課堂教學的是捷克教育家夸美紐斯。1632年，他在《大教學論》中論述了課堂教學觀：如教學中用問題引導(dǎo)學生主動學習，直觀教具教學，如何保持學生的注意力，促進學生理解和獨立思考等，堪稱最早的課堂教學理論奠基者。后來，眾多的教育專家從不同的角度來研究課堂與教學。1966年，英國教育家埃里克·阿什比從教育媒體發(fā)展的歷史視野，提出“教育四次革命說”，認為教育的第一次革命是學校和課堂的出現(xiàn)，將教育年輕人的責任從家族轉(zhuǎn)到專業(yè)教師手中；第二次是文字的出現(xiàn)并在教育中的應(yīng)用；第三次是印刷術(shù)的發(fā)明和教科書用于教育；第四次是電子信息技術(shù)應(yīng)用于教育。如此推論，我們正處在以人工智能為代表的新興技術(shù)革命初期，將要進入人類社會的第五次智能教育革命階段。1991年，李秉德等出版我國第一本《教學論》專著，從教學環(huán)境的角度分析課堂，包括自然環(huán)境、教學設(shè)施、人際關(guān)系、課堂氣氛等[1]。1996年，田慧生發(fā)表《教學環(huán)境論》專著，全面系統(tǒng)論述了課堂作為教學環(huán)境中最重要的部分，從課堂的物理空間、信息空間、心理空間、社會空間諸方面研究了課堂在教學中的意義，填補了這方面專門研究的一塊空白[2]。1997年，葉瀾發(fā)表《讓課堂煥發(fā)出生命活力》，旗幟鮮明地指出：課堂教學應(yīng)被看作師生人生中一段重要的生命經(jīng)歷，是他們生命的有意義的構(gòu)成部分。對于學生而言，課堂教學是其學校生活的最基本構(gòu)成部分，它的質(zhì)量，直接影響學生當前及今后的多方面發(fā)展和成長；對于教師而言，課堂教學是其職業(yè)生活的最基本的構(gòu)成部分，它的質(zhì)量，直接影響教師對職業(yè)的感受、態(tài)度和專業(yè)水平的發(fā)展、生命價值的體現(xiàn)。我們需要從更高的生命層次，用動態(tài)生成的觀念，重新全面地認識課堂教學，構(gòu)建新的課堂教學觀[3]。今天，人工智能正在用生成的方式改變著課堂，我們該如何重新認識課堂呢？目前對課堂的經(jīng)典定義有：課堂，教室用來進行教學活動時叫課堂，泛指進行各種教學活動的場所（現(xiàn)代漢語詞典）。課堂是進行教學活動時的教室，指教師給學生授課的地方，泛指進行各種教學活動的場所（百度百科）。課堂（classroom）是兒童和成人學習的學習空間（維基百科）等。現(xiàn)在，生成式人工智能讓課堂發(fā)生了新的變化，我們可以從廣義和狹義兩個角度重新認識課堂。廣義：生成課堂。“生成課堂”是指課堂教學活動中，教師和學生在互動中共同創(chuàng)造知識、共享知識和拓展知識的課堂學習環(huán)境。在生成課堂，教師不再是知識的單向預(yù)設(shè)和傳遞者，而是學習過程的引導(dǎo)者和促進者；學生也不再是被動的接受者，而是主動的參與者和創(chuàng)造者。生成課堂的核心是強調(diào)教學全過程中將預(yù)設(shè)性、動態(tài)性、開放性、生成性相融合，它不但促進學習者形成對已有知識的理解，還鼓勵教師和學生在教學過程中不斷產(chǎn)生新的觀點和想法，從而實現(xiàn)知識的創(chuàng)新和拓展。在人類教育發(fā)展史上，從孔子的杏壇與弟子對話、古希臘蘇格拉底的對話式教學，到葉瀾教授開創(chuàng)的新基礎(chǔ)教育改革試驗實踐，生成課堂已經(jīng)積累了豐富的理論財富。今天，生成式人工智能又給課堂插上了智能化動態(tài)生成的飛翔翅膀。生成課堂強調(diào)教學的預(yù)設(shè)準備，教師要根據(jù)國家課程標準和當前學情設(shè)計單元教學計劃，更注重教學過程中的學生參與和互動，這是一種以學生為中心，將課前的教學設(shè)計與課中的互動、生成和開放相融合的教學模式，教師和學生共同創(chuàng)造一個充滿活力和創(chuàng)意的學習環(huán)境。狹義：生成式課堂。生成式課堂是人工智能時代的學習空間，教師在教學中使用生成式人工智能輔助教學，學生在教師的引領(lǐng)和管控下使用生成式人工智能輔助學習，在教學活動中，“師-生-AI”三者互動，相互啟迪，動態(tài)生成教學的流程和內(nèi)容，學生通過自身的獨立思考和批判性思維獲得對世界的認知。2023年，生成式人工智能突如其來進入了教育領(lǐng)域，生成課堂的學習環(huán)境中增加了一個智慧的新伙伴，根據(jù)國家教育部提出的教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略、國家有關(guān)生成式人工智能服務(wù)管理暫行辦法和聯(lián)合國教科文組織《在教育和研究中使用生成式人工智能的指南》的建議，我們將反映生成式人工智能時代課堂新變化的狹義定義與上述文件精神一致，稱為“生成式課堂”。這是生成課堂在生成式人工智能時代的升級發(fā)展。生成式課堂是生成式人工智能普及進入學校課堂后的新變化，正在改變長久以來學校課堂上滿堂灌的痼疾弊端，回歸千百年來以學生為中心的對話式教學方法。由于生成式人工智能特別強大的內(nèi)容生成能力和潛在的不確定性風險，與之前大家熟悉的課堂教學方式相比，更加強調(diào)培養(yǎng)學生的批判性思維、問題解決能力、團隊合作精神和創(chuàng)新思維等綜合素質(zhì)。強調(diào)學生自主探究、實踐操作，通過“師-生-AI”的合作交流來構(gòu)建知識體系，要求學生一定要在教師的引導(dǎo)、支持和管控下使用生成式人工智能?！吧墒秸n堂”的設(shè)計有關(guān)生成式課堂教學設(shè)計的第一個問題：既然生成式課堂的特點是動態(tài)生成，那么，還需要預(yù)設(shè)嗎？葉瀾教授指出：如果我們認同課堂教學是一種人為的、有目的的、有計劃的學校教育中特殊實踐活動的判斷，就不難作出教學不能沒有預(yù)設(shè)的回答。這讓人想起馬克思關(guān)于蹩腳的建筑師要比善造精致蜂巢的蜜蜂高明的巧妙比喻。關(guān)鍵是怎樣預(yù)設(shè)？[4]課前教師的準備工作十分重要，就好像戰(zhàn)場上的指揮官事前要充分做好各方面的準備一樣。俗話說：不打無準備的仗。但是，戰(zhàn)場上的情況千變?nèi)f化，更需要動態(tài)反應(yīng)，及時調(diào)整，審時度勢，生成應(yīng)變。生成式人工智能是輔助教師動態(tài)生成教學設(shè)計的利器，可以幫助教師把與教學活動相關(guān)的國家課程標準、教育理論、學習科學、教學策略等，快速轉(zhuǎn)化成教學計劃文檔，教師只需要根據(jù)本班的學情微調(diào)即可，大大提高了教師的備課工作效率和質(zhì)量。讀者可以打開電腦或手機上的訊飛星火體驗下面的生成式教學設(shè)計方法。提示詞：你是一位精通中學數(shù)學教學的專家。請你設(shè)計中學數(shù)學二元一次方程的教學計劃，具體的教學活動設(shè)計請按照“5E教學模式”。讀者可以換成自己的課程內(nèi)容，把教學模式換成自己需要采用的教學理論，如：加涅的九項教學事件、翻轉(zhuǎn)課堂教學模式、賓格游戲模式、STEM、PBL項目化教學等。生成式人工智能立刻按照你提供的教學理論要求把你的教學計劃生成。有關(guān)教學設(shè)計的另一個問題是：教師在準備生成式課堂單元教學計劃的時候，是根據(jù)自己的創(chuàng)意和經(jīng)驗，還是參考一些值得借鑒的模板和模型？互聯(lián)網(wǎng)剛剛進入學校的時候，風靡全球的WebQuest教學法的六步驟教學環(huán)節(jié)模型，讓網(wǎng)絡(luò)探究式學習方式很快普及。教師培訓中使用教學設(shè)計模板和教學模式流程，幫助參訓教師盡快掌握新的教育理念、教學策略和教學設(shè)計方法，就像初學寫字的孩童描紅一樣，是幫助初學者模仿的學習支架，隨著學習者對寫字的逐步熟練掌握，就可以逐步拆去支架，從描紅、臨帖、默寫、脫稿、自由寫作到自成流派。眾所周知，教學有法、教無定法。在生成課堂和生成式課堂的課前備課中，教師可以把最適合自己學生的教學策略、教學內(nèi)容、教學思想融入具體的教學計劃，這里沒有固化的套式，是每一位教師充分發(fā)揮自己創(chuàng)造性才能的廣闊天地，還可以充分利用生成式人工智能輔助教學設(shè)計，把自己的想法告訴AI，生成式人工智能可以輔助你快速生成一份具體的教案。關(guān)于生成式課堂教學的問答下面匯集了當前一線教師探索生成式課堂的一些共同問題和解決這些問題的辦法。1.班級學生集體教學如何登錄使用生成式人工智能大模型？有教師問，學校根據(jù)“五項管理”的規(guī)定，學生不能夠把手機和電子產(chǎn)品帶進課堂使用，課堂上全班學生無法用手機號注冊使用生成式人工智能，教師沒法在課堂教學中組織學生使用AI。聯(lián)合國教科文組織《在教育和研究中使用生成式人工智能的指南》強調(diào)：13歲以下的未成年兒童不能獨立使用生成式人工智能，必須在成年人管控下使用[5]。大家都知道，教師和學生能夠打開使用生成式人工智能軟件，是在教學中使用生成式人工智能的第一步。如何解決上述困難呢？如何在教學中用好生成式人工智能，關(guān)鍵是學校領(lǐng)導(dǎo)重視，學校和班級要制定班規(guī)公約，規(guī)定學生不得擅自帶電子設(shè)備進課堂；建立生成式人工智能教育應(yīng)用的班級教師管理責任制，教師根據(jù)教學的安排，有組織地管控學生使用平板電腦等電子設(shè)備，在教師規(guī)定的教學環(huán)節(jié)組織學生與生成式人工智能對話討論，并填寫學習單。目前，在一些教育數(shù)字化試驗區(qū)學校的做法是，班級教師2-3人在訊飛星火、文心一言等國內(nèi)正式為公眾提供服務(wù)的平臺注冊賬號，根據(jù)教學計劃安排，組織學生使用教師的賬號登錄使用生成式人工智能大模型，全班學生按照3-4人/組使用一臺設(shè)備（經(jīng)過對比，小組集體使用AI比個人單獨使用效果更好）。全班45個學生大約需要3個教師賬號即可。這種讓教師帶學生小組的方式，更有利于教師指導(dǎo)和管控規(guī)范學生使用生成式人工智能的學習活動。2.如何管控生成式人工智能大模型的信息隱患和風險問題？生成式人工智能在課堂教學中應(yīng)用的第二個難題是準確性和信息安全風險。學科教師測試生成式人工智能發(fā)現(xiàn)，對于學科專業(yè)方面的問題，AI大模型會“一本正經(jīng)的胡說八道”，在教學中無法使用。這個問題是大模型本身的預(yù)訓練語料數(shù)據(jù)、算力、算法、資金等限制帶來的先天不足。目前解決信息準確性問題的辦法之一，是出版社在編輯出版紙質(zhì)教材和配套數(shù)字教學資源的同時，編輯訓練針對特定學科和具體教學內(nèi)容的小模型；另外一個方法，參考重慶聚奎中學教師自建適合自己學科教學特定領(lǐng)域和場景的專屬助手，解決教學的準確回應(yīng)問題。同時要考慮到，目前人工智能的技術(shù)水平，還無法做到百分之百的精準可控，但不能因噎廢食，可通過全面提升師生數(shù)字素養(yǎng)、培養(yǎng)學生的獨立思考和批判性思維能力，將技術(shù)、產(chǎn)品、法規(guī)、教師培訓、學生信息素養(yǎng)等多個要素共同發(fā)揮作用，確保生成式人工智能的內(nèi)容安全，促進生成式人工智能教育應(yīng)用的健康發(fā)展。信息安全問題主要是通過教育，讓師生提高信息安全意識，不登錄不明來路的網(wǎng)站、學生必須在教師指導(dǎo)下使用通過國家網(wǎng)信辦審批的安全大模型平臺和軟件。有條件的學校單位可以在本地部署小模型并與互聯(lián)網(wǎng)物理隔離，以保證防控信息泄露等風險。3.如何在基層學校推廣使用生成式人工智能，促進課堂教學方式變革？基層學校的校長和一線教師，如何在自己的課堂教學中用好生成式人工智能，讓每一位學生享受生成式課堂帶來的新優(yōu)質(zhì)教育？重慶聚奎中學是位于渝川黔交界的農(nóng)村學校，該校曾以在國內(nèi)率先本土化落地實施翻轉(zhuǎn)課堂而聞名?，F(xiàn)在，張渝江老師和教師們走進生成式人工智能時代，實驗在課堂上組織學生與生成式人工智能專屬模型對話來開展教學，形成了適合各學科教學的教學專屬助手，并在全校進行推廣。他們在鄉(xiāng)村學校的教學改革實踐中，根據(jù)生成式人工智能在課堂教學中應(yīng)用的特點，提出并實踐“生成課堂”和“生成式課堂”的教學改革新思路，這是生成式人工智能時代創(chuàng)生在中國鄉(xiāng)村本土的新方向。聚奎中學的生成式課堂具體做法是：首先，充分利用字節(jié)跳動的豆包AI、訊飛星火和智譜清言大模型等的開發(fā)功能，教師把教學方法、課程內(nèi)容文檔和相關(guān)教育資源的網(wǎng)址“投喂”給大模型，定制出專門針對一節(jié)課或一個單元開展教學的專用生成式智能體或AI助手。然后，教師組織和指導(dǎo)學生，指定使用教師課前準備好的生成式AI助手，通過人機互動對話學習，包括個性化的先驗知識補充、啟發(fā)式對話答疑、學習成果評價等。教師們發(fā)現(xiàn)，將專屬生成式AI助手引入“生成式課堂”后，大幅減少了教師面向全班的講授，騰出了更多課堂時間用于“師-生-AI”協(xié)同開展豐富而個性的課堂生成活動，促進了學生深度學習。聚奎中學下一步將利用扣子AI集成開發(fā)平臺的搜索增強生成功能，通過上傳單元教學（或一節(jié)課）的內(nèi)容文檔及相關(guān)網(wǎng)址，定制出功能更強大和教學更精準的教學智能體，實現(xiàn)大模型與專業(yè)學科教學領(lǐng)域知識、全網(wǎng)知識的動態(tài)鏈接，能夠及時獲取信息，讓內(nèi)容生成輸出更準確、專業(yè)，賦能人機對話生成式課堂教學。他們的教學改革實驗說明，使用生成式人工智能的搜索增強生成+大模型功能，每一個教師都可以把自己學科教學的內(nèi)容，以及國家和各省市的智慧教育公共服務(wù)平臺上的教育資源，轉(zhuǎn)化成適合自己學科教學的生成式課堂資源，讓教師能夠有效管控學生使用生成式人工智能輔助學習，這可能會帶來教育資源建設(shè)理念和實踐的重大變革。4.教師的教學設(shè)計如何適應(yīng)生成式人工智能帶來的教學變化？生成式人工智能融入課程的各個環(huán)節(jié)，AI與師生動態(tài)生成的學習內(nèi)容，具有生成性、不確定性、豐富性、不完全正確等多種特點，教師的教學設(shè)計除了將過去已有的教育學理論、教學策略等關(guān)聯(lián)到教學設(shè)計中，一定要想到，如何充分用好生成式人工智能提高教學的效率和質(zhì)量，豐富課程教學的內(nèi)容。同時，要注意不能單純依賴AI，在充分利用人工智能優(yōu)勢的同時，更要充分發(fā)揮人類自己的創(chuàng)造力和判斷力，把生成式人工智能的優(yōu)勢與已有的生成課堂構(gòu)成互補的關(guān)系。教師可以給自己列出一張“人-機”協(xié)作開展教學的校驗清單，包括：教學計劃設(shè)計、教學資源準備、課中組織學生與AI對話交流、布置和檢查學生的學習單、使用生成式人工智能設(shè)計作業(yè)和批改作業(yè)，進行教學研究等。教師在教學中可以使用學習單來引導(dǎo)和管控學生的具體學習過程。學習單具體規(guī)定了在教學中學生按照教師的布置，依次完成每一個學習活動的步驟，包括：學習活動名稱，學生與生成式人工智能互動的提示詞設(shè)計，AI的回應(yīng)內(nèi)容，學生對AI回應(yīng)內(nèi)容的批判性思考和評論，學生經(jīng)過自己的思考，綜合AI和自己的創(chuàng)意給出的最后答案等。其中，學生對AI回應(yīng)的獨立思考是教師關(guān)注的重點，也是教師評價學生學習活動的依據(jù)。學習單促使學生的學習活動過程是在教師的管控下有序進行，記錄了學習的過程和思維過程，還可以回看和小組全班分享，是能夠有效引導(dǎo)學生學習的管理工具。5.給學生的作業(yè)練習，如何防止學生使用生成式人工智能作業(yè)作弊？由于學生可能會使用生成式人工智能生成作業(yè)答案，國內(nèi)外的很多教師改變了過去的布置作業(yè)的做法，增加了課堂現(xiàn)場展示、課堂小組討論作業(yè)、開放性作業(yè)，動手實驗操作的練習，現(xiàn)場即興答辯，項目式研究課題等，減少傳統(tǒng)的有標準答案的記憶類作業(yè)，或者讓這類作業(yè)都在課堂上教師管控下完成等措施。更重要的是加強教育學生不能依賴AI替代自己的思考，要養(yǎng)成良好的誠信道德觀念，從細節(jié)做起。在班級明文建立懲戒規(guī)矩，凡是發(fā)現(xiàn)作弊的學生，將在一個學期禁止使用生成式人工智能，并做出檢討。隨著生成式課堂在學校教學中的普及，課堂教學將更加關(guān)注深度學習，教師不僅在課堂互動中組織學生與AI互動對話，培養(yǎng)學生的批判性思維和對核心概念的理解遷移能力。教師可以改進平時課堂教學中的作業(yè)設(shè)計和評測方式，將生成式人工智能應(yīng)用到作業(yè)環(huán)節(jié)，能夠有效訓練學生對專業(yè)學科知識的理解和遷移能力，這種新型的作業(yè)訓練方式就是“生成式作業(yè)”。教師利用訊飛星火、智譜清言和扣子AI集成開發(fā)平臺等AI工具，創(chuàng)建自己單元教學的知識庫和智能體（Bot），讓AI在與學生的互動對話中，動態(tài)生成作業(yè)練習題目。這樣的作業(yè)內(nèi)容和過程是隨機動態(tài)生成的，具有不確定性，學生每一次面對的問題都不相同，人機互動迭代式對話展開，考查學生是否真正理解教學內(nèi)容，能否遷移學會的知識技能，不僅幫助學生鞏固所學基礎(chǔ)知識和核心概念，更是鍛煉培養(yǎng)學生的獨立思考、舉一反三的問題解決能力。由于生成