生成式人工智能赋能跨学科项目式学习的路径探索

/生成式人工智能赋能跨学科项目式学习的路径探索【摘要】人工智能时代，生成式人工智能开始对教育领域产生广泛影响。文章探讨了生成式人工智能在跨学科项目式学习中的应用，分析了生成式人工智能赋能跨学科项目式学习的内在机理及其在项目准备、实施和评估阶段的价值，提出了生成式人工智能赋能跨学科项目式学习的实践路向，包括项目准备、实施和评估三个阶段的具体应用。研究表明，生成式人工智能能够为教师和学生提供智能支持和辅助，通过数据采集、人机交互和深度学习等方式，提高项目式学习的效率和质量，实现教育的创新发展。【关键词】人工智能教育；GenAI；跨学科项目式学习；技术赋能

2022年，以ChatGPT为代表的生成式人工智能(GenAI)开始对教育领域产生广泛影响。传统的知识传授层面的教学受到巨大挑战和冲击。如何通过技术赋能，最大限度地发挥GenAI技术在教育领域的独特优势与价值，使GenAI与学生学习深度融合，协同创新新型的教与学模式，是当前教育无法回避的现实课题。 本研究针对当前课程教学改革的重点及难点——跨学科项目式学习，探索GenAI赋能跨学科项目式学习的内在机理，梳理GenAI赋能跨学科项目式学习的价值意蕴，并尝试构建GenAI赋能跨学科项目式学习的可操作路径。 一、GenAI赋能跨学科项目式学习的内在机理 跨学科项目式学习强调在真实情境中解决问题。与传统的教学模式相比，GenAI能够设计出富有挑战性、真实性的问题情境，模拟复杂的社会、科学、工程等领域问题，为学生提供沉浸式、互动性的学习环境。这种情境设计能够激发学生的探究欲望，引导他们运用跨学科知识解决实际问题，从而培养创新思维和问题解决能力。 利用GenAI，教师可以帮助学生构建个性化的学习框架，即基于个人的学习历程、行为模式及偏好，设计出高度定制化的学习路径。通过数据挖掘等技术，持续搜集和筛选最新的研究发现和行业趋势，并将其转化为可供教学使用的高质量内容，保证教学内容的时效性和科学性。 在跨学科项目式学习中，学生需围绕复杂问题，融合多学科知识与实践技能进行探究。GenAI能够智能分析学生的学习需求，根据项目主题动态生成个性化学习材料，有效弥补传统教学资源在跨学科整合方面的不足。GenAI通过智能评估与反馈机制，实时监测学生的学习进度与成效，为师生提供精准的教学与学习调整建议。传统的评价方式往往侧重于结果，而忽视了学习过程。GenAI能够记录学生的学习路径，分析学习过程中的关键节点，这种即时反馈不仅有助于教师及时调整教学策略，也激励学生根据反馈进行自我反思与调整，形成积极的学习循环。 对于学生在项目实施过程中遇到的具体问题，GenAI能提供即时解答与指导。它能够模拟教师与学生的对话场景，通过自然语言处理技术，实时解答学生的疑问，为其提供个性化的学习建议，有效缓解教师在全天候回复学生问题方面的压力。 本研究基于跨学科项目式学习的理论和实践基础，尝试构建了GenAI赋能跨学科项目式学习的内在机理框架，该框架由三部分构成，具体如图1所示。 图1GenAI赋能跨学科项目式学习的内在机理 一是技术层，这是GenAI赋能跨学科项目式学习的基础；二是应用层，这是GenAI为跨学科项目式学习提供的重要服务；三是目标层，这是GenAI赋能跨学科项目式学习的目的归宿，通过GenAI赋能跨学科项目式学习，促进学生多学科知识建构以及问题解决能力与数字素养的培养，实现学生的全面发展。 首先，跨学科项目式学习的开发需要利用GenAI的数据采集与信息加工技术，辅助教师创设项目情境，促使学生生成项目核心驱动问题，以此来激活和建构跨学科项目式学习。GenAI生成案例和场景，学生在团队中协作探究，共同解决项目复杂问题。 其次，利用GenAI的多模态机器学习和角色模拟人机交互功能来实现项目方案的设计优化。GenAI能够根据使用者的需求，模拟多学科跨领域的教师，与学生不断进行“苏格拉底式”的对话学习，生成跨学科的知识和信息，帮助学生理解不同学科之间的联系，激发学生的创造力，鼓励他们探索新的可能性和解决方案。 最后，基于上述GenAI赋能跨学科项目式学习的应用场景，达成学生的核心素养落地。GenAI根据每个学生的兴趣和能力提供个性化的学习资源和挑战，促进学生跨学科知识的建构，并且在设计项目驱动问题、提出项目解决方案、管理项目过程的一系列项目学习过程中，促进学生问题解决能力和数字素养等核心素养的培育。 二、GenAI赋能跨学科项目式学习的价值意蕴 (一)为教师开展跨学科项目式教学提供智能支持 GenAI作为重要的智能工具，辅助教师开展跨学科项目式学习。GenAI能够进行海量数据采集，并对大数据进行清洗、结构化加工，尤其是对背后的模式和见解进行编码和学习，遵循人类指示主动生成语言、图像等复杂对象，在很大程度上表现出了新型的“智能”和“创造力”，以此提高项目式学习组织与开展的效率和质量。 在教学准备阶段，一方面，教师利用GenAI，根据当前课程内容和学生兴趣生成适合的项目选题，如环境保护、人工智能。GenAI会快速收集和整理与项目相关的多学科教学资源、文献资料、研究案例等，为项目设计提供丰富的参考材料，协助教师整合不同学科的知识和内容，设计出具有综合性和挑战性的项目方案，以此完成项目式学习的规划与设计。另一方面，教师通过GenAI设定明确的学习目标和评估标准，确保项目目标清晰可测。 在教学实施阶段，教师利用GenAI收集、分析学生在项目开展过程中的实时学习数据和反馈数据，及时发现和解决学生在项目中遇到的问题。GenAI根据每组不同的项目学习表现，提供个性化的指导建议，辅助教师进行差异化教学，帮助教师调整教学策略。更重要的是，GenAI可以提供协作平台和工具，促进学生之间以及师生之间的有效沟通与协作，帮助教师监控项目进度，提醒学生和教师关键的时间节点和任务，确保项目按计划进行。 在教学评估阶段，GenAI根据项目开展期间收集的学习数据，自动评估学生各组的项目成果，提供详细的评分和反馈意见，减轻教师的评估负担。教师可通过GenAI从多个维度获取评估反馈，如团队合作、创新能力、问题解决能力，进而根据需求生成项目总结报告，包括项目实施过程、学生表现、评估结果等。基于项目成果和评估数据，教师还可以利用GenAI提炼出项目式学习后续开展的改进建议，对项目进行更新和迭代。 (二)为学生进行跨学科项目式学习提供智能辅助 从跨学科项目式学习的三个阶段来看，GenAI为学生提供了随时随地的个性化智能辅助。 在跨学科项目式学习准备阶段，学生利用GenAI生成项目驱动问题和创意，根据其提供的多种可行的项目方案以及推荐的相关文献资料，快速了解项目主题，发现自己感兴趣的新领域与新主题，将GenAI生成的项目内容作为创新的起点，形成项目方案。 在跨学科项目式学习实施阶段，学生利用GenAI进行资料检索，摆脱传统烦琐的资料搜集过程，整合不同学科的知识，构建跨学科的知识框架。接着，学生利用GenAI的智能提问与对话功能，将其当作多学科辅助教师，不断去提问、质疑，以此生发出更深入的思考。对于项目中遇到的问题，GenAI能够提供多种解决方案和思路，鼓励学生从不同角度思考和解决问题。与此同时，也可以为学生之间和师生之间提供沟通与协作的渠道，促进有效的信息共享和任务分配，优化跨学科项目式学习的效果。 在跨学科项目式学习评估阶段，学生利用GenAI提供的平台展示项目成果，创建直观的项目产品进行可视化展示，如图表、演示文稿、视频、产品设计方案等，以此提升表达能力和自信心。GenAI生成的学习报告帮助学生全面回顾和总结项目中的学习成果和不足之处，同时，根据每个学生的具体表现，提供个性化的反馈和改进建议，帮助学生进行深度反思和规划未来的学习路径。 三、GenAI赋能跨学科项目式学习的实践策略 本研究借鉴董艳等学者的生成式人工智能赋能教学模式框架，从教师端和学生端分别探究在GenAI的赋能下，跨学科项目式学习的准备、实施、评估三个阶段的实践路径，具体如图2所示。同时，以“张一元茉莉花茶宣传海报的创作”项目为例，详细阐述GenAI赋能跨学科项目式学习的实践路径。 (一)跨学科项目式学习准备阶段：GenAI赋能师生跨学科项目设计 教师利用GenAI强大的资料搜集、生成与创造功能，从生活实际出发，结合各学科发展前沿和学生经验兴趣，下达教学任务。 以“张一元茉莉花茶宣传海报的创作”项目为例，该项目来源于企业的真实需求。张一元茉莉花茶以其独特的制作工艺和清新的茶香赢得了广泛好评。在激烈的市场竞争中，如何进一步凸显品牌特色，吸引消费者眼球，成为本次项目的核心任务。教师借助图2中的AI工具，调研项目涉及的相关信息，如在“文心一言”中输入下页表1所示的相关提示词，就会得到比较全面的相关信息。输入不同的问题和想法，得到的结果也不一样。所以，通过这些提问提供项目选题建议，会促使学生进行头脑风暴，生成新颖的项目创意和思路，确保选题具有创新性和实践意义。GenAI能够高效整合来自不同学科领域的信息资源，通过挖掘和分析庞大数据中隐藏的知识点、模式和趋势，为学生量身定制具有鲜明学科特色的学习资源。在该项目中，学生利用GenAI工具收集、筛选和整理与茶历史、茶文化、美术设计、信息技术相关的项目资料、文献和数据，在短时间内获得丰富的背景知识和研究基础，节省了项目准备的时间，提高了项目开展的效率。 图2GenAI赋能跨学科项目式学习的实践路径 (二)跨学科项目式学习实施阶段：GenAI赋能师生跨学科项目开展 在项目启动之初，教师提出“张一元茉莉花茶宣传海报的创作”的跨学科项目式学习任务，旨在通过跨学科的学习与实践，引导学生综合运用理解、表达、审美创意与实践以及信息应用等能力的同时，了解茶文化，增强团队合作与沟通能力、问题解决能力。教师运用GenAI技术分析学生的学习行为和意向，了解学生的优势和兴趣点，从而更好地引导学生选定核心问题、提出项目设计标准，如海报设计需具有独特的创意和新颖的表现形式，要能够凸显张一元茉莉花茶的品牌特色和文化内涵；海报需具备良好的视觉效果和宣传效果，要能够吸引消费者的注意力，提升品牌认知度；海报设计需符合美术设计的基本原理和技巧，包括色彩搭配、构图布局、字体设计等；同时，需恰当运用信息技术手段，如图像处理软件；团队成员需分工明确，合作愉快，共同完成项目任务。 按照项目任务和评价标准，教师指导学生制订项目设计方案。根据学生的兴趣和特长，将全班学生分为若干小组，每组5～6人，按照美术设计、市场营销、茶文化等方面的专业知识擅长程度进行分组。然后向学生介绍项目的背景、目标和要求，明确每个小组需要创作一幅张一元茉莉花茶的宣传海报。 各小组利用GenAI技术，聚焦热点话题和公共关注点，从社会、科学、技术和文化等维度，快速生成多个草图方案。不同的设计方案应用GenAI会得到不同的设计图纸，这些草图方案涵盖了不同的布局、色彩搭配和图像元素，为后续的详细设计提供了丰富的素材。学生通过头脑风暴、市场调研等方式，根据创意方案，绘制海报草图，初步呈现海报的视觉效果和构图布局，再经过讨论和筛选，修改完善，确定最终的创意方案。在这一阶段，教师针对GenAI为每组提供的差异化需求指标，对不同方案进行比较，根据数据分析和模型预测，提供智能建议。如对不同作品进行比较和分析，在GenAI中输入：请对这两张宣传海报从创新性、可推广性的各方面进行对比评价，会得到相应的比较结果（输出结果略）。 项目实施中，教师指导学生充分利用GenAI开展教学实践，但也要注意引导学生开展独立思考与讨论交流。如有学生发现第一张海报中的文字，在使用图片处理工具后，变得过于艺术化而不好识别。这时教师可引导学生针对GenAI生成的结果存在的问题，进一步启发学生去了解不同的工具的特点，甚至可以邀请美术教师和信息技术教师参与，对学生进行专门的技术指导，包括利用GenAI获得必要的资源支持，对第一张海报进行再次优化调整以达到最优效果等。 (三)跨学科项目式学习评估阶段：GenAI赋能师生跨学科项目评价 师生根据成果产出需要，利用GenAI生成详细的项目报告、幻灯片、图表、动画、音视频等多样的项目成果。基于项目成果开展多元多维评价，教师输入预设的评价标准，如张一元茉莉花茶海报的设计是否具有创新性，海报内容是否具有关联性。GenAI凭借其强大的数据分析能力，对项目相关数据进行统计分析，生成详细的评价报告，帮助师生全面了解项目实施中学生的各项表现。GenAI收集的信息来自教师、学生、专家和外部评审的多方反馈，并对其进行整合和分析，提供综合评价结果，反映项目的整体表现，确保评价的全面性和多样性。此外，Ge