生成式人工智能赋能创新人才培养

为落实五育并举，培养学生的创新创造能力，武汉经济技术开发区湖畔小学打造“湖畔智能种植园”劳动基地，开发“未来工程师：设计智能种植园”等跨学科学习项目，旨在通过设计方案、创想绘图、发布方案及拓展学习等环节，引导学生了解智慧农业的发展情况，借助大模型探索智能种植园的设计，综合运用多学科知识解决真实问题，提高组合型创新能力、可视化表达能力、批判性思维能力，增强信息社会责任感，从而发挥生成式人工智能在创新人才培养方面的作用。

一、设计方案，培养组合型创新能力

组合型创新指利用创新思维将已知的若干事物合并成一个新的事物，使其在性能和服务功能等方面发生变化，以产生新的价值。在项目实施之前，为培养学生的组合型创新能力，教师利用生成式人工智能工具获取多个智能种植园的设计方案并发送给学生，引导学生课前预学。

这些设计方案涵盖不同的种植园布局、设备选型、智能控制系统等方面的内容。教师在课堂上引导学生对比分析这些内容，发现智能种植园的设计要综合考虑种植规模、植物种类、气候条件、预算等因素，并选择合适的设备。例如，对于种植热带水果的种植园，要设计具有良好的通风和遮阳功能的温室结构，以及适合热带植物生长的灌溉和施肥系统。在学生形成基本的设计思路后，教师引导学生进行组合创新。学生尝试整合不同方案的优点，结合自己的创意和对种植园的理解，设计智能种植园规划方案。例如，第1组学生将一种方案中的智能灌溉系统与另一种方案中的智能监测系统相结合，并添加自己设计的控制模块，实现了高效、精准管理种植园的设计效果。

在对方案进行分析、选择和组合优化的过程中，学生需要运用植物学知识判断植物的生长需求，运用电子技术选择和连接设备，运用人工智能技术设计智能控制系统。这种跨领域知识和技能的学习提升了学生的组合型创新能力。

二、创想绘图，提升可视化表达能力

在设计智能种植园的实践过程中，教师引导学生利用生成式人工智能工具中的“绘图助手”等进行创想绘图。例如，在设计智能种植园的布局时，学生输入详细指令“绘制智能种植园布局图，清晰展示种植区域、灌溉系统布局、感应灯位置以及不同植物种植区域的划分”之后，“绘图助手”会依据指令生成相应的草图（如图1-1、图1-2），帮助学生更好地把握智能种植园的空间结构和各功能区之间的关系。

借助草图，学生可以一目了然地看到种植区域如何划分、灌溉系统如何分布、感应灯位于何处等关键信息。这对于学生优化智能种植园的设计方案，合理安排各个区块的位置和功能具有指导价值。

智能绘图工具不仅为学生提供了可视化的设计平台，还为学生的创意表达提供了广阔的空间。教师引导学生根据对智能种植园的理解，个性化地修改和完善草图，将自己的创新思维融入设计方案中，使其更具个性和创意。一名学生根据之前对方案设计的构想，调整了草图1-1的设计——针对周末不会到学校了解植物生长状态的实际，增添了植物生长检测仪。这种检测仪不仅能时刻监测植物的生长情况，还能预测浇水、施肥、授粉等的合适时间段，使设计方案更加符合实际需求。

草图设计完成后，教师发布“巡游问诊”任务，让每个小组选派2名学生留在本组负责介绍方案，其余学生则到其他小组像医生问诊一样提出诸如“种植区域的划分是否合理？”“灌溉系统的设计如何满足不同植物的需求？”等问题，促使学生不仅深入思考自己的方案，还在互动交流的过程中掌握更多的设计要点和注意事项。

三、发布方案，发展批判性思维能力

在完成智能种植园的设计、绘图工作之后，教师组织学生以小组为单位，从智能种植园的整体规划理念、智能化系统设计、预期效果等方面全面、详细地介绍与展示方案。为了让更多的小组获得展示机会，教师采取了两种方案：一是让学生在智慧学习平台上用图片、文字、语音或视频的形式展示，二是小组现场展示。在展评过程中，展示小组的学生要倾听他人的意见和建议，思考如何根据反馈信息改进和优化自己的方案。第4小组学生在学习平台上用图片（略）与文字说明相结合的方式呈现了设计的整个过程，并介绍：“智能种植园的中心位置是植物种植区，最下面的位置是机器人存放处。浇水机器人可以沿着外围的道路给植物浇水，除草机器人和修剪机器人可以深入种植区内部除草和修剪。”评价时，一名学生提出加装土壤和环境温湿度传感器使浇水量的预测更精准的建议。第4小组结合评价建议对方案进行了修改，让种植园更加智能化。

教师还引导学生使用大模型对设计方案进行评价，并结合大模型对设计方案提出的建议展开组内讨论，进而有针对性地完善方案。学生将设计方案“我们设计的是智能种植园，目标用户是学校师生。种植园配备智能感应灯用于夜间照明，配备智能除草机维护植物生长环境。种植区种植蔬菜和花卉，采用盆栽和地栽相结合的方式。智能设备放置区合理放置各种智能设备。请评价该方案”输入大模型中。随后，大模型给出评价：“该方案具有一定的合理性。优点是考虑到了目标用户需求，智能设备的选择符合种植园基本管理需求，但存在一些问题，比如智能感应灯的亮度和感应范围是否适合种植园实际情况尚未明确……”这样教学有助于学生完善设计方案，提高设计水平，进一步发展批判性思维能力。

四、拓展学习，增强信息社会责任感

在拓展环节，教师先让学生说一说学习收获以及没有解决的问题，然后引导学生讨论智慧农业对环境保护的意义，最后利用生成式人工智能工具为学生推荐关于农业可持续发展、人工智能在现代农业中的创新应用、智能种植园对生态环境的影响等阅读材料，以及智慧植物学课程、趣味智能种植实验课程等在线课程。通过课后学习这些拓展阅读材料和在线课程，学生拓宽了知识面，加深了对智能种植园相关领域知识的了解，体会到生成式人工智能的应用价值，形成了理性看待和使用生成式人工智能技术的认识，增强了信息社会责任感。

生成式人工智能为教育领域注入了创新元素。值得注意的是，我们必须认识到要引导学生合理使用人工智能工具，避免过度依赖，为培养具有创新精神和社会责任感的高素质人才奠定基础。

（作者单位：武汉经济技术开发区湖畔小学）

责任编辑 刘佳