生成式人工智能何以助力初中信息科技课程——来自《教育与研究领域生成式人工智能指南》的启示

汤倩雯 张 浩

（扬州大学新闻与传媒学院 江苏扬州 225009）

一、引言

随着科技的迅速发展，人工智能已经成为21 世纪最引人瞩目的研究领域之一。生成式人工智能（以下简称“生成式AI”）作为人工智能领域的一个重要分支，其独特的能力使得计算机系统能够理解、生成和操纵自然语言文本，为教育领域带来了前所未有的机遇和挑战。2023 年9 月，联合国教科文组织（UNESCO）发布全球首份生成式AI 相关的指南性文件——《教育与研究领域生成式人工智能指南》（Guidance for generative AI in education and research，以下简称“《指南》”），系统探讨了围绕生成式AI 产生的争论及其对教育的影响、在教育和研究中创造性地使用生成式AI、未来生成式AI 在教育场景中的实际应用探索等内容［1］，旨在促使生成式AI 能够更好地融入教育。

信息科技课程是义务教育阶段的重要内容，也是培养青少年数字素养与技能的重要抓手。［2］在2022 年颁布的《义务教育课程方案和课程标准》（以下简称“《新课标》”）中，信息科技首次作为独立科目被纳入课程方案［3］，凸显了其作为一门基础课程的重要性和必要性。在信息科技课程中引入生成式AI，不仅有利于推进信息科技课程智能化发展，构建更具时代性和发展性的教育模式，还有利于丰富教学手段，创设无缝隙式的智适应学习环境，使大规模的个性化信息科技课程成为可能，从而扩大信息科技课程的影响力和辐射面。然而，正如《指南》中所述，生成式AI 也存在着对数据质量的依赖、有限的知识领域、伦理问题、过度依赖技术等问题，因此，必然也会为其在课程中的应用带来一定挑战。基于以上考量，本研究试图以《指南》为参考框架，探讨生成式AI 在信息科技课程中的应用、挑战及应对策略，以期为信息科技教育者优化教学提供参考和启示，实现信息科技课程的改革创新。

二、生成式AI 在信息科技课程中的应用

（一）助力教师教学革新

教师是课程建设的主力军，是和学生交互最直接的“接口”。［4］在涉及生成式AI 在教育中的应用时，《指南》首先强调了其对教师教学的积极影响，生成式AI 能在教师工作中担任“设计师”和“助教”两个角色。作为设计师，生成式AI 可以协助课程设计过程，包括总结或拓展目标主题的关键领域观点，定义课程结构，并通过提供问题和评估规则的示例帮助教师准备测试和考试。作为助教，生成式AI 能够提供个性化的支持，回答问题并识别相关资源。生成式AI 卓越的对话情境理解能力和语料库中存储的海量理论知识与教师教学经验，为教师专业能力快速提升创造了更多的可能性。［5］教师若借助生成式AI 进行备课和教学，有助于其突破教学理念与教学水平落后、经验不足［6］等困境，提升信息科技课程的教学质量和效果，从而为自身获取专业化、精品化、体系化的资源服务。

1.提供创意教学设计方案

《新课标》鼓励“做中学”“用中学”“创中学”，重视学生掌握信息科技的过程与实践。［7］教师在备课时，应结合信息科技的实践性特征，形成与信息科技相关的故事或情境、项目或任务，作为教学内容的载体。生成式AI 的出现，能够让教师脱离现有的资源和材料，摆脱固化的模式和范式，灵活地生成契合教学目标且更多样化和个性化的故事、情境或任务。因此，教师可利用生成式AI 来生成这些故事、情境或任务。在这些故事、情境或任务中，教师引导学习者根据不同的议题开展互动和协作，应用信息科技的相关知识创造学习产出，由此开展以学习者为中心的兴趣驱动学习，培养学习者的创造力和创新能力，增强学习者的问题意识和解决问题的能力。一方面，教师可以让学习者根据生成式AI 生成的与信息科技相关的故事或情境，设计出相应的问题解决方案，并进行展示和评价，以体验到信息科技的应用场景。例如，教师可以设计一个情境，要求学生扮演软件开发者，与生成式AI 合作开发一个小型应用程序。学生可以通过与生成式AI 的对话，提出需求、讨论设计方案、解决问题，并获得生成式AI 的反馈和建议。另一方面，教师可以让学习者根据生成式AI 生成的与信息科技相关的项目或任务的要求，对信息科技项目式学习进行规划、设计、实施和评估，并进行交流和分享，以体验信息科技的整体性和系统性，提高学习者的规划能力和自主学习能力。

2.提升教学设计和实施的效能

通过与生成式AI 进行模拟对话，信息科技教师能够有效地提升教学设计和实施的效能，并为学生构建更具参与性的学习环境，进一步促进学生在信息技术领域的学习与发展。首先，教师可以利用生成式AI 来预测学生可能遇到的问题和反馈，以便提前掌握学生在特定概念、问题解决或技术应用等方面的难点和挑战，降低课堂上的不确定因素，帮助其全面规划课堂内容，提前准备相关的教学资源和答案，以适应学生的学习需求。其次，与生成式AI的模拟对话能够协助教师准备相关的教学资源和答案，如编程案例、网络安全演示和数据分析练习等，以针对学生的需求进行差异化教学。教师可根据模拟对话结果，有针对性地设计和编制教学材料，使其更具操作性和适应性。最后，通过对话，教师可以构建更具参与性的学习环境，通过预演学生的提问和问题反馈，提前感知和理解学生的困惑与需求，借此设计课堂活动和讨论，引导学生积极参与、思考和分享，从而激发学生的兴趣，并促进他们对信息科技知识和技能的深入理解与应用。

3.赋能课堂个性化洞察与评价

数据驱动的教学正逐渐成为教育的趋势。［8］生成式AI 为教师提供了一种深度洞察学生学习表现的途径，使其能够更加全面地理解教学方法的效果，不断优化课堂教学。［9］首先，生成式AI 可以对学生在课堂中的学习进度、学习模式以及知识掌握情况进行全面且深入的分析。例如，当学生进行编程任务时，AI 可以追踪学生的代码编写过程，识别出错模式和解决问题的策略，从而深入了解学生的学习方式和思考模式。这种分析能力赋予教师更精准的数据，帮助他们更深入地了解学生的个体差异和学科掌握情况。其次，这种深入的分析能力使教师能够发现自身教学方法的优势和不足。通过AI提供的学生学习数据，教师可以识别出哪些教学方法或资源更适合特定的学生群体。比如，针对特定编程语言的教学，教师可以根据学生在不同知识点上的表现，调整教学内容和方式，提供更贴合学生需求的指导。同时，AI 还能指出教学中可能存在的盲点或教学资源的不足，帮助教师更好地优化课程内容和教学方法。更重要的是，生成式AI提供了实时反馈和个性化指导的可能性，教师可以根据AI分析的结果，为每位学生提供定制化的学习建议和支持。

（二）优化学生学习体验

学生在信息科技课程中是最直接的受益者，生成式AI 的引入对他们的学习体验和知识获取方式产生了深远的影响。在这个过程中，学生可以充分利用生成式AI 的个性化支持和智能化辅助［10］，获得更加贴合自身需求的学习路径和内容，以及更深入、更灵活的学习体验。这种学习体验在信息科技课程中具体可以表现在信息技术基础技能的获得和编程学习体验的提升上。

1.获得信息技术基础技能

《指南》强调了一个重要观点，即尽管高阶思维和创造力在定义学习成果时引起越来越多的关注，但儿童心理和能力发展中的基础技能仍然占有不可忽视的地位。生成式AI 有助于学生以自主的学习进度获得这些基础技能。信息技术基础技能在信息科技课程中扮演着核心的角色，包括计算机基本知识、应用软件操作和维护保护等内容。掌握这些技能能使学习者更有效地利用计算机进行学习、生活和创新，也能培养学习者的信息素养和计算思维。然而，由于这些基础技能内容作为学习的前提，对于一些缺乏计算机经验的学习者来说，在有限时间内掌握它们可能会具有一定的挑战性，这可能会影响后续内容的学习。生成式AI 能够成为一种有效的教育工具，有助于辅助学习者学习和巩固这些基础技能。它可以提供个性化的学习支持，根据学生的需求和进展调整教学方法，促进更高效的学习。

首先，生成式AI 可以教授计算机基础知识。生成式AI 不仅可以向学习者介绍计算机的基本构成、工作原理、硬件设备等基础概念，还可以通过互动或模拟的方式，向学习者演示网络通信、文件管理、操作系统启动等计算机基本操作。此外，学习者可以根据自身的学习进度和理解程度，通过与生成式AI 对话，自适应地调整教学内容和难度，提高教学效果。其次，生成式AI 可以辅导计算机应用软件的操作。掌握文字处理软件、电子表格软件、演示文稿软件等常见的计算机应用软件，可以提高学习者的计算机应用能力和效率。学习者在和生成式AI的交流中，可以获取这些应用软件的功能和操作方法的指导，从而提高他们的计算机操作水平。例如，生成式AI 可以向学习者展示如何使用Word、Excel、PowerPoint 等软件进行文档编辑、数据分析、文稿处理等任务，并根据学习者的反馈和问题，进行相应的解答和提示。最后，生成式AI 可以传授计算机维护和保护知识。计算机维护和保护知识是学习者日常使用计算机的必备技能。生成式AI 可以向学习者讲解计算机的维护和保护知识，包括如何清理计算机内存、如何防止病毒攻击、如何备份重要数据等。这些知识对于保障和维护计算机的安全和稳定性至关重要，也是学习者日常使用计算机时不可或缺的知识点。例如，生成式AI 可以通过案例或故事的方式，向学习者展示计算机病毒的危害和防范方法；也可以通过指导或检测的方式，向学习者提供计算机清理和优化的建议和工具。

2.提升编程学习体验

国务院发布的《新一代人工智能发展规划》提出，要“在中小学逐步推广编程教育”［11］。《指南》中也着重突出了生成式AI 对培养青少年编程方面的潜在作用：“生成式AI 可充当学生的个人编程导师，传授初级概念性编程知识和技能。它支持学生以自我节奏学习基本编程知识和技能，能够检测学习者编码中的错误并立即提供反馈，同时量身定制问题的答案。”编程教学作为信息科技课程的核心内容之一，是培养学习者信息素养和数字化创新能力的关键途径。在如今的编程教学实施过程中，存在着诸如如何把握编程难度的适宜性、确保编程教学的有效性等众多困难与挑战。生成式AI 的介入可以有效地规避这些问题，促进编程教学方式的转变。

一方面，生成式AI可以提供个性化学习路径的生成和推荐。编程学习是一个需要持续练习和反馈的过程，但是传统的编程教学往往难以适应学习者的个性化和智能化的需求。教师难以根据每个学习者的水平和进度进行差异化的指导，学习者难以及时获得有效的反馈和帮助。［12］生成式AI则可以为学习者提供智能化和个性化的编程辅导。例如，生成式AI可以根据学习者的输入和上下文，生成适应性和针对性的编程指导和反馈，帮助学习者掌握编程概念、解决编程问题、检查编程错误、优化编程代码等；还可以根据学习者的水平和兴趣，推荐合适的编程项目和资源，激发学习者的学习动机和创造力。此外，生成式AI还可以根据学习者的反馈和评价，不断调整自己的教学策略和内容，实现动态适应和优化。另一方面，生成式AI 能够提供多样化和丰富化的编程内容。编程的内容是编程教育的核心要素之一，然而传统的教材往往难以提供多样化和丰富化的编程内容。教材中的编程题目、案例、示例等往往单一、固定、过时［13］，难以激发学习者的兴趣和好奇心，也难以覆盖不同主题、不同难度、不同风格的编程内容。生成式AI则可以为学习者提供多样化的编程内容。［14］例如，生成不同主题、不同难度、不同风格的编程题目、案例、示例、文档等，不同类型、不同领域、不同语言的编程内容，甚至可以根据当前的技术发展和社会需求，生成最新最热门的编程内容。通过使用生成式AI，学习者可以获得更多样化、更丰富化、更前沿、更有价值的编程内容。

三、在信息科技课程中应用生成式AI 的风险与挑战

（一）失真的数据：生成误导学习者的内容

《指南》指出，“生成式AI 工具正在改变教学和提供内容的方式。这可能会进一步削弱学习者对基于由人类创建和验证的资源、教科书和课程的教育内容的直接参与。生成式AI 文本的出现可能会误导那些没有足够的先验知识来识别不准确或有效地质疑它的学习者”。信息科技课程涉及计算机、网络、软件等多个领域的知识和技能，这些知识和技能具有严密的逻辑性和规范性，要求学习者具备清晰的概念和正确的理解。当学习者在信息科技课程学习过程中遭遇疑难时，他们或许会借助生成式AI，期望从系统自动生成的回答中寻求解答。然而，由于生成式AI 的数据存在真伪等问题，这些问题会影响系统生成的回答的质量和准确性。［15］在学习过程中，学习者需要透彻理解知识点的本质和要点，错误或偏颇的回答会给学习者带来困惑，使其无法准确掌握信息科技课程的核心内容。因此，直接采用生成式AI 作为信息科技课程的知识点讲解或答疑工具可能会造成误导学习者的风险，使其掌握错误的知识点。

（二）被动的交互：缺少对学习者的深层引导

谈及生成式AI 造成的伦理问题时，《指南》强调教育领域的生成式AI 系统可能会减少人与人之间的互动以及影响学习中至关重要的社会情感方面。在信息科技课程教学中，生成式AI 作为一种智能辅助工具，虽然能够模仿人类的语言习惯和逻辑思维，为学习者提供一定的帮助和指导，但它们仍然无法真正理解学习者的情感和需求。由于生成式AI 是基于数据和算法进行运算的，它们提供的回应通常是机械和标准的，缺乏对学习者情感状态的敏感性。这可能导致学习者感到与生成式AI 互动缺乏情感深度和人性化，难以建立有意义的师生关系。此外，生成式AI 的应用也可能削弱学习者之间的社交互动。信息科技课程通常注重团队协作、讨论和知识分享，这些活动在学生之间建立了重要的社会情感联系。生成式AI 虽然可以提供个性化的教育辅助，但不能替代同伴之间的互动和协作。因此，过度依赖生成式AI 可能会削弱学生之间的互动和合作精神，降低他们在团队环境中的表现和沟通能力。

（三）便捷的答案：致使学习者产生智能依赖

正如《指南》中所述，“教育领域的生成式AI 系统提供了预先确定的解决方案或缩小了可能的学习体验范围，可能会限制学习者的自主性和能动性。学习者对生成式AI 工具寻求建议的依赖性增加，可能导致回答的标准化和一致性，削弱独立思维和自主探究的价值”。在信息科技课程中，生成式AI 拥有根据学习者输入生成多种编程语言代码或提供作业灵感的能力，这对于缺乏编程经验或者急于完成作业的学习者而言，似乎是一种极大的便利。然而，这也可能潜藏着一些危机，甚至威胁到学习者的学习效果和素养培养。［16］如果学习者放弃自主思考和创造，而是直接借用生成式AI 生成的内容，将使得其对所学知识的理解水平更加表面化，无法深入掌握其中的细节和思想。以编程学习为例，编程不仅仅是书写能够运行的代码，更重要的是要理解代码背后的逻辑、算法和数据结构，以及如何根据不同的问题和需求设计合适的解决方案。如果学习者只是机械地复制粘贴代码，而不去分析、调试和优化代码，那么他们就违背了编程的本质和乐趣，也会影响到进一步的学习和应用。同时，如果学习者缺乏批判性地看待和使用生成式AI生成的内容的能力，盲目地信任或接受，不进行多元资料的综合和验证，那么会降低其信息素养水平和辨别能力。

四、生成式AI 信息科技课程应用风险的应对策略

（一）对内容进行多元化和多源化的分析和评价

为了避免生成式AI 对自身的误导，学习者应当运用批判性思维的方法，对生成式AI 生成的内容进行多元化和多源化的分析和评价，而非盲从地信赖或依靠。学习者应当注意在事实与观点、真实与虚假、有用与无用之间进行清晰的区分和判定，而非混杂或忽视。在借助生成式AI 进行知识点学习时，学习者可以利用生成式AI 生成一些概略性或概括性的内容，作为知识点的导引或导练，从而激发其学习动机，强化其学习记忆。但在面对其中更加细节或深度的内容时，则需要借助其他更权威或专业的资料或工具，来补充或验证生成式AI 生成的内容，从而能够精准地理解和掌握知识点。在借助生成式AI 进行答疑时，学习者可以利用生成式AI 生成一些初阶或简单的回答，作为知识点的线索或引导，从而帮助其自主思考或探索问题。但是，在问题的复杂或难度方面，必须借助其他更专业或人工的方式，提供或求助更详细或准确的回答，从而确保学习者能够解决或理解问题。总之，生成式AI 可以在一定程度上辅助知识点讲解或答疑，学习者在使用时需要注意区分和评估它生成的内容的质量和适用性，以及结合其他更可靠或有效的工具或方式来提高知识点讲解或答疑的质量。

（二）结合更有效或人性化的工具或方式

针对缺少对学习者的深层引导的问题，学习者应该正确理解生成式AI 的“辅助”功能，明确师生、生生交流才是课堂中交互的主要方式。学习者可以适当利用生成式AI 生成一些结构不良的开放式问题，作为自我挑战或测试的补充性途径，从而激发自己主动思考和回答的能力。然而，当遇到更深层次的问题时，仍然需要教师等更专业的人士来引导或监督学习者的学习过程，以确保能够实现预期的学习目标。教师则可以通过提供具体、清晰和精准的反馈、建议或资源来帮助学习者解决困难或疑惑，同时监督和引导他们的学习过程，确保他们达到对知识的深层理解。为了增强教学效果，在使用生成式AI 的同时，需要结合其他更有效或人性化的教学方式，如小组讨论、项目实践、课外阅读和思考等，促进交互和沟通的质量，并激发学生的自主学习意识和能动性。总之，生成式AI 可以在一定程度上与学习者进行互动和沟通，但是在使用时要结合其他更有效或人性化的工具或方式来提高互动和沟通的效果和质量。

（三）提升学习者自主学习能力和创新意识

学习者的智能依赖问题需要学习者和教师的共同调适。学习者应当提升自主学习能力和创新意识，主动地探索和尝试，运用自己的思考和创造来解决问题，而非依赖生成式AI 生成的内容；明确生成式AI 生成的内容只能作为一种参考和启发，而非一种标准和答案，要用自己的语言和风格来表达自己的观点和想法，而非照搬生成式AI 生成的内容。在学习者使用生成式AI 进行学习时，如果缺少对学习者自身特点的考量，生成式AI 本身的可解释性发展也会受到限制。［17］信息科技教师必须关注学习者使用生成式AI 的情况，对其使用情况进行监测和控制，以确保学习者负责任和安全地使用该技术；更要教育学习者如何正确使用生成式AI 的信息，包括如何评估信息的可靠性和适用性，如何从多个角度看待和分析问题，以及如何进行多元资料的综合和验证。尤其是在面对学习者过于依赖生成式AI 完成编程作业时，教师应该让其明白，学习编程不仅仅是为了完成作业或者写出运行的代码，更重要的是要理解其中的思想和逻辑，掌握编程的基本概念和原理，以及培养分析问题和解决问题的能力，鼓励学习者自主思考和创造，而不是机械地复制代码。

五、结语

生成式AI 作为可以在一定程度上代替教师完成教学任务的人工智能工具，无疑为信息科技课程教学带来了新的契机。目前，我国对于生成式AI 的应用仍处于理论规划之中，并没有在信息科技课程教学中进行具体应用，这也是我们需要思考和解决的问题。未来，我们需要深入探索生成式AI 的优势，促进其在信息科技课程教学中的创新性应用。但我们必须秉持《指南》中强调的“以人为本”理念，意识到生成式AI 所要发挥的仅仅是“辅助”功能，“它只能作为人类智力能力和社交技能的扩展或增强，而不是破坏、冲突或取代”。我们需要在合理利用其优势的同时，考虑其潜在的风险，并找到有效的应对措施。