摘要：本文在總結(jié)生成式人工智能在跨學科項目式學習中發(fā)揮的作用的基礎(chǔ)上，設(shè)計與實施了“蛇口當下與未來”項目，旨在探索如何利用生成式人工智能技術(shù)，在跨學科項目式學習中幫助學生解決問題，以提升學生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。結(jié)果表明，生成式人工智能能夠提高項目式學習效率，為學生帶來更加個性化的指導，提高學生的學習動機。

關(guān)鍵詞：生成式人工智能；跨學科；項目式學習；信息科技

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）21-0049-04

引言

《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）倡導“以跨學科項目式學習的方式開展教育教學活動，以落實核心素養(yǎng)的培育”?？鐚W科項目式學習是信息科技教學中的一種有效的教學方法，它強調(diào)在真實、完整且有意義的項目中應用各類知識和技能。[1]但目前，跨學科項目式學習在開展過程中還存在目標定位不清晰、活動游離于目標之外、相關(guān)領(lǐng)域基礎(chǔ)知識對項目支持不夠、學生對項目成果貢獻不足等問題，導致項目推進緩慢或項目成果不突出等。為解決上述問題，本文提出在學習過程中加入生成式人工智能，利用生成式人工智能快速生成內(nèi)容、形成項目框架，提供高質(zhì)量的教育資源的優(yōu)勢，幫助學生順利推進項目，實現(xiàn)個性化發(fā)展。

跨學科項目式學習現(xiàn)狀與困境

跨學科項目式學習旨在通過解決真實世界的問題促進學生的深度學習和核心素養(yǎng)的發(fā)展。這種學習方式強調(diào)在解決復雜問題的過程中，綜合運用不同學科的知識和技能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、批判性思維和團隊合作能力。但在一線教學中，跨學科項目式學習的開展阻力重重，出現(xiàn)這一問題的原因如下：

1.項目跨學科難度大

跨學科項目式學習涉及多個學科知識的學習，然而，在項目開展過程中學生無法識別和理解目標概念背后蘊含的特定領(lǐng)域的表征和方法，學生完成項目的難度增大。[2]

2.學習目標細化不足

在跨學科項目式學習中，教師事先設(shè)計項目式學習目標，但項目式學習的綜合性太強，學生無法在短時間內(nèi)基于大量的信息和要求細化項目目標。[2]學生在理解和細化項目目標時如果出現(xiàn)困難，必將拖慢項目進度。

3.跨學科對教師提出更高要求

跨學科項目式學習對教師提出了更高的要求，在項目開展過程中若是單一教師，則需要教師具有多學科背景以提供更專業(yè)的指導，否則需要多學科教師合作，而多學科教師合作則容易出現(xiàn)項目指導割裂等問題。[3]在跨學科項目式學習中，若教師專業(yè)性不足會導致出現(xiàn)項目深度不夠、項目成果不顯著等問題。

生成式人工智能及其教育應用

根據(jù)聯(lián)合國教科文組織2023年發(fā)布的Guidance for generative AI in education and research（《生成式人工智能教育與研究應用指南》）的描述，生成式人工智能是基于人類思維符號表征系統(tǒng)表達的提示工程自動生成內(nèi)容的人工智能技術(shù)。[4]現(xiàn)今不同學科背景的教師逐步采用人工智能技術(shù)賦能教、學、評的過程，如侯瑜等發(fā)現(xiàn)生成式人工智能作為強有力的工具，為實施高中地理思維型課堂提供了支持。[5]吳浩等探討了生成式人工智能在生物學教學中的應用，發(fā)現(xiàn)其可以為教師提供豐富的生物學教學素材，促進生物學跨學科實踐活動開展，改善學生的表達與論證并生成微觀事物模型具象化學生想象等。[6]在未來，生成式人工智能將深入學科教學，成為教育的一個重要組成部分，建議利用技術(shù)來加強學習。[7]

生成式人工智能強大的啟發(fā)性內(nèi)容生成、理解情景對話、解析程序語言的能力，為其在跨學科項目式學習中提供了廣泛應用的可能性。綜合而言，在跨學科項目式學習中，它能在以下教學場景中提供支持：①頭腦風暴。項目式學習，倡導學生進行創(chuàng)新性構(gòu)思，學生可以向人工智能提出問題，獲取關(guān)于該主題的大量信息和觀點，從而激發(fā)創(chuàng)造性思維，拓展思維廣度。②個性化輔導。生成式人工智能通過回答學生提出的問題、解釋復雜概念、提供實例等方式，幫助學生更好地理解知識點，填補學生個體在學習中的差異。③項目指導。學生可以向人工智能咨詢有關(guān)項目的相關(guān)問題，包括方法論、文獻綜述、數(shù)據(jù)分析等方面的建議，幫助學生更好地完成任務(wù)，彌補教師在跨學科項目指導中學科背景缺失的不足。④創(chuàng)作輔助。在以信息科技學科為主的跨學科項目式學習中，學生可以就程序編寫、3D打印設(shè)計圖紙、激光切割圖等設(shè)計創(chuàng)作等問題尋求人工智能的幫助，降低項目完成的難度，提高項目開展效率。

生成式人工智能在跨學科項目中的應用

生成式人工智能在跨學科項目式學習中承擔著重要角色，筆者提出了基于生成式人工智能的項目式學習教學結(jié)構(gòu)，具體如下圖所示。下面，以“蛇口當下與未來”項目為例，參照魏羽飛等人提出的跨學科項目式學習的理念[8]，從主題選擇與課程整合、團隊建設(shè)與任務(wù)分工、項目實施與方案迭代、成果展示與評價策略四個方面進行介紹。

1.主題選擇與課程整合

（1）主題選擇

在選擇主題時，教師可以先進行市場調(diào)研，了解學生的興趣、社會熱點以及與新課標相關(guān)的重要議題。[8]“蛇口當下與未來”是一個基于深圳蛇口地域文化，以“未來城市”為主題展開的跨學科項目式學習課程，通過認識蛇口歷史發(fā)展、城市形態(tài)、自然環(huán)境、人文環(huán)境等，讓學生像設(shè)計師和工程師一樣，從城市規(guī)劃、社區(qū)生活、自然環(huán)境、工業(yè)區(qū)發(fā)展和城市地標性建筑等方面出發(fā)，圍繞一個可持續(xù)發(fā)展的議題如“電能驅(qū)動的城市”，思考未來蛇口的城市特色。該主題兼顧了廣度和深度，能夠貫穿多個學科領(lǐng)域，同時也需要足夠深入，以確保學生有足夠的深度學習空間。

（2）課程整合

在項目開始時教師進行情境導入，通過視頻展示未來城市的各種可能性，引導學生進行暢想。結(jié)合每年舉行的“未來之城”的比賽，展示往年比賽成果，并引出每年比賽的可持續(xù)發(fā)展議題，今年的議題是“電能驅(qū)動的未來城市”，將未來城市的暢想與實際比賽主題整合，激發(fā)學生的學習動力。本項目將學習活動劃分為了解蛇口、調(diào)查電能技術(shù)、設(shè)計未來城市、制作城市模型四個環(huán)節(jié)。課程整合了科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學等多個學科的知識，最終形成一個未來城市的論文和模型。

2.團隊建設(shè)與任務(wù)分工

學生具有不同的興趣和技能，在團隊建設(shè)時應考慮將具有不同專長的學生組成一個多元化的團隊，本案例加入生成式人工智能，教師引導學生將人工智能作為團隊合作的伙伴和輔導者。例如，學生可以從不同角度對蛇口進行調(diào)研，最后匯總為蛇口的介紹，確保每位學生都在項目中有所貢獻，同時每位學生又可以與人工智能協(xié)作，討論調(diào)研結(jié)果。

3.項目實施與方案迭代

（1）項目實施

“蛇口當下與未來”項目分為了解蛇口、調(diào)查電能技術(shù)、設(shè)計未來城市、制作城市模型四個環(huán)節(jié)。

了解蛇口指了解蛇口的自然人文等，驅(qū)動性問題包括“蛇口的地理樣貌是怎樣的”“蛇口的歷史文化是什么”等，其中涉及地理、歷史等學科。在此環(huán)節(jié)，教師引導學生采用“關(guān)鍵詞表達”和“信息修正”的方式與人工智能對話。在這個環(huán)節(jié)中，生成式人工智能發(fā)揮了信息搜索和整合的作用，幫助學生快速整理蛇口的自然與人文信息。

調(diào)查電能技術(shù)指從可再生能源利用、智能電網(wǎng)系統(tǒng)、能源儲存技術(shù)、能源高效利用、用電管理系統(tǒng)以及應急備用電力系統(tǒng)等方面調(diào)查先進技術(shù)，這一過程涉及科學、工程和技術(shù)學科的學習。在此環(huán)節(jié)，引入具有文獻檢索和整理功能的人工智能，利用人工智能整合文獻信息的功能，幫助沒有文獻檢索閱讀經(jīng)歷的學生快速了解先進技術(shù)，建構(gòu)電力知識框架。

設(shè)計未來城市指思考以電力驅(qū)動的高效運行的城市方案，并思考這種方案對居住就業(yè)、工農(nóng)業(yè)、科技、城市特色等的影響，這一環(huán)節(jié)涉及技術(shù)工程和社會科學的學科。在這個環(huán)節(jié)中，生成式人工智能幫助學生進行頭腦風暴和方案框架整理，并幫助學生反思方案、完善設(shè)想。

制作城市模型要求學生用廢棄物品完成蛇口的未來城市模型，模型制作過程涉及數(shù)學、藝術(shù)和科學學科。教師在這個過程中需要明確每個學科在項目中的貢獻和角色，確保各學科的知識點能夠有機地結(jié)合到整個項目中。在這個環(huán)節(jié)中，學生利用生成式人工智能生成圖片的功能，進行創(chuàng)作輔助。

（2）方案迭代

在跨學科項目式學習中，階段性設(shè)計和迭代是一個關(guān)鍵的策略，旨在引導學生有序地深入研究并解決復雜問題。[8]本項目實施過程可以分為三個階段性的設(shè)計。

階段一：提出設(shè)想擬定方案。

在項目式學習的前兩個活動中，學生處于調(diào)查研究形成想法的階段，可以初步提出未來城市的構(gòu)想，并根據(jù)構(gòu)想不斷搜集更多資料和信息，在“了解蛇口”和“調(diào)查電能技術(shù)”之后擬定一個初步方案。

階段二：完善設(shè)想形成方案。

在形成初步設(shè)想的基礎(chǔ)上，學生進入“設(shè)計未來城市”的環(huán)節(jié)，教師為學生提供了方案框架和驅(qū)動性問題的腳手架，學生基于該腳手架填寫相應的內(nèi)容。在此過程中，遇到任何關(guān)于未來技術(shù)、生活，或蛇口地域特色等問題，學生返回調(diào)研階段，完善想法，形成一個完整的方案。

階段三：優(yōu)化設(shè)想補充方案。

在進行方案和模型展示之后，可以根據(jù)教師、生成式人工智能和其他同學的反饋，基于評價標準，發(fā)現(xiàn)想法漏洞，進一步優(yōu)化設(shè)想。這個過程既考驗了學生對跨學科知識的應用能力，也培養(yǎng)了他們的語言表達和溝通能力。

4.成果展示與評價策略

“蛇口當下與未來”采用多元的展示方式，包括展示性報告、論文和模型。展示性報告是一種常見而有效的成果展示方式，包括口頭報告或展示性PPT，學生可以向全班同學展示自己在項目中的研究過程、解決方案以及心得體會。論文是具有規(guī)范性的文件，幫助學生更好地組織和傳遞信息，使觀眾可以深入了解項目的背景、目的、方法以及結(jié)論，從而更全面地評價學生的學術(shù)水平和團隊協(xié)作能力。模型是最具有視覺沖擊力的成果，直觀地展示了未來城市構(gòu)想，學生通過模型展現(xiàn)對跨學科思維的運用和對不同學科之間關(guān)聯(lián)性的理解，這樣不僅能夠反映學科綜合素養(yǎng)，還能夠培養(yǎng)跨學科思維以及綜合分析和解決問題的能力。

總結(jié)和反思

本文提出了將生成式人工智能融入跨學科項目式學習的想法，并通過“蛇口當下與未來”項目加以應用。本研究主要有以下兩點創(chuàng)新點：①創(chuàng)新的教學模式。本文提出將生成式人工智能融入項目式學習過程中，以縮短項目式學習資料收集、信息整理和方案設(shè)計等的時間，降低學生在項目學習過程中的認知負荷和技術(shù)難度，并提出了跨學科項目式學習教學模式及生成式人工智能在其中承擔的角色。融合生成式人工智能的創(chuàng)新教學模式有利于減少項目式學習的課時，增加教學成果輸出，避免“為了運用新技術(shù)而用新技術(shù)”的教學。②高效的雙師教學。雙師教學模式將人類教師與AI教師緊密結(jié)合，有效提高教學效率。擁有兩位差異化的教師，能給予學生高質(zhì)量的專業(yè)指導，培養(yǎng)了學生的綜合學科思維和素養(yǎng)。

生成式人工智能在教育領(lǐng)域的應用正迅速發(fā)展，其能夠提供快速的內(nèi)容開發(fā)方法，同時也能創(chuàng)造多樣化、高質(zhì)量的教育資源。[9]但其依舊面臨著不透明性和不可解釋性、數(shù)據(jù)隱私和安全等問題。[10]同時，生成式人工智能在一線教學中需要確保內(nèi)容的準確性、過程的可解釋性和個性化的聯(lián)動性。[11]這意味著，在設(shè)計跨學科項目式學習策略時，需要考慮如何有效地整合生成式人工智能技術(shù)，以支持個性化學習和提高學習效率。因此，未來研究不僅要探究生成式人工智能的融入路徑，還要提出更精細化的教學策略來指導教學過程。

參考文獻：

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