【一等奖初中信息科技AI赋能教学论文】基于生成式人工智能的初中信息科技实验教学策略研究

基于生成式人工智能的初中信息科技实验教学策略研究

【摘要】：初中信息科技实验教学旨在引导学生通过编程等实践手段验证信息科技原理，系统提升认知水平与实践操作能力。基于生成式人工智能赋能初中信息科技实验教学，已成为当前教育数字化转型的重要发展趋势。文章以生成式人工智能的技术内涵与教育应用特性为逻辑起点，深入论述其在初中信息科技实验教学中的创新价值，从智能设计教学目标、构筑动态教学环境、丰富情境化教学活动三个维度，系统研究基于生成式人工智能的教学实施策略，并结合典型教学案例提出实操建议，为提升实验教学质量与学生核心素养培育提供理论参考与实践路径。

【关键词】：生成式人工智能；初中信息科技；实验教学

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）明确提出“从信息科技实践应用出发，注重帮助学生理解基本概念和基本原理”的课程理念。实验教学作为达成初中信息科技教学目标的核心载体，具有深化信息科技概念理解、支撑原理验证、培养计算思维与数字化创新能力的关键价值。然而，传统实验教学多采用“教师演示—学生模仿操作”的单向传授模式，难以充分发挥实验教学的育人功能。生成式人工智能凭借动态生成、多维交互的技术特性，可通过智能推送个性化实验案例、实时辅助在线问答、动态生成实践项目等创新方式，重构实验教学形态。为此，教师需深入探索基于生成式人工智能的实验教学优化路径，为教学改革奠定科学基础。

生成式人工智能作为人工智能领域的重要分支，其技术优势体现在自主创造文本、图像、音频、视频等方面。从本质上看，生成式人工智能依托深度学习算法，借助CNN（卷积神经网络）、RNN（循环神经网络）、Transformer模型获取并学习大量的文本、图片、声音数据，并基于学习结果生成全新内容，以满足用户的应用需要。这种新兴科技的重点在于模拟人类的创造性思维，如组合既有数据资源生成新类型资源，基于人类既有的想法与创意生成新作品等。从教育教学角度看，生成式人工智能的内涵主要体现在以下两方面：一是对既有教学模式赋能，即运用生成式人工智能手段优化现有教学环境，完善既有教学资源，不断丰富课程内涵，从而提升课程育人质量。二是对原有教学方式创新，即运用生成式人工智能优化原有教学架构，通过创新教学活动、创新教学方式推进教学优化，实现课程教学的持续改进。

生成式人工智能作为一种新兴科技，为初中信息科技实验教学提供了更多可能性。一方面，基于生成式人工智能的初中信息科技实验教学颠覆了传统的“教师演示—学生复刻”教学模式，用启发式、支架式、互动式等教学方式替代传统的“注入式”教学，实现教学形式的优化与创新，学生可以借助生成式人工智能推送的学习资料主动学习、分析、借鉴信息科技实验内容，也可以借助生成式人工智能主动探究疑难问题；另一方面，基于生成式人工智能的初中信息科技实验教学融合了不同渠道的实验教学资源，并以文字、图表、视频等多种形式推送给学生，实现教学资源的多维创新，学生可以通过阅读文本信息了解信息科技实验的基础概念与原理，通过观看教学视频明确信息科技实验的主要流程与操作步骤，通过分析图表信息完成信息科技实验知识的汇总。久而久之，学生能够在生成式人工智能的辅助下建构完整的实验知识与技能体系。

生成式人工智能依托深度学习算法与多元技术模型，能从多个渠道获取教学数据，完成对教学情况的即时评估。教师借助生成式人工智能，可以动态掌控学生的信息科技实验学习情况，并对其学习状态进行智能评估。这样，教师可以针对不同层次的学生提供差异化指导，帮助学生进阶提升。比如，对于基础薄弱且计算思维水平低的学生，教师可以借助生成式人工智能为其推送基础概念、实验案例等，帮助此类学生了解基础知识并借鉴实验方案，以便这类学生在模仿的过程中掌握实验思路。又如，对于基础扎实且实验探究能力良好的学生，教师可以借助生成式人工智能为其提供更多拓展探究项目，驱动这类学生基于已掌握的信息科技原理、方法与实验经验进行拓展探究，培养这类学生信息科技原理的实践应用能力。

为保证基于生成式人工智能的初中信息科技实验教学紧密围绕实验重点展开，突出育人价值，教师在教学中应发挥教学目标的导向作用。备课期间，教师可以将课堂教学记录、阶段性测评结果等数据上传至生成式人工智能平台，借助这一新兴技术分析学生的学习情况，明确信息科技实验教学起点。在此基础上，教师还可利用生成式人工智能分析初中信息科技实验教学内容，围绕教学重点智能生成教学目标，为后续教学活动的组织与安排指明方向。

以“初识云计算和云存储”教学为例，教师可以打开“讯飞星火”App，在“对话”页面输入“结合学生学习数据，分析其学习情况”的指令，并点击“链接”工具上传学生信息科技作业、实验知识问卷等数据，智能诊断其学习情况。例如，多数学生拥有基础文件上传下载、简单网页浏览、在线工具使用等互联网使用经验，但是对后端架构认知空白，缺乏系统化故障排查思路，忽略账户安全，缺乏跨平台文件格式兼容性问题处理能力。借助“讯飞星火”生成式人工智能工具评估学生学习情况，就能确定“初识云计算和云存储”教学起点。

之后，教师还可以基于学情分析结果，在“讯飞星火”对话框中输入“基于学情分析结果，结合《课程标准》与教学内容，设计‘初识云计算和云存储教学目标”的指令。同时，教师可以上传教科书的电子文档，确保生成式人工智能准确提炼“云计算的工作原理（分布式计算、虚拟化技术）”“云存储的安全管理策略（加密、权限设置）”等实验教学重点，围绕重点生成实验教学目标：通过注册并使用云计算、云存储App，制定云盘共享规则，明确云计算工作原理，感悟云计算、云存储在生活中的应用，养成应用云协作工具完成学习任务的思维习惯。这样的实验教学目标紧密围绕“初识云计算和云存储”教学重点展开，将实验内容与原理教学内容紧密结合，为后续实验教学活动的安排指明了方向。

初中信息科技实验教学对教学设备、软件与教学内容有着较高要求。基于生成式人工智能的初中信息科技实验教学应为学生提供良好的教学环境，满足学生实验操作、自主探究的学习需要。一方面，教师可以应用生成式人工智能制定信息科技实验教学方案，基于实验需要，提前准备相应的教学设备，为学生提供良好的实验操作环境；另一方面，教师可以应用生成式人工智能整合多样化的实验教学资源，包括基础概念、演示脚本、趣味任务等，通过丰富教学资源库，为学生提供良好的理论学习环境。

以“了解物联网系统的设计要点”教学为例。备课期间，教师可以在“讯飞星火”App的“对话”页面输入“了解物联网系统的设计要点”实验教学目标，如“理解物联网分层架构”，利用生成式人工智能技术自动生成实验设备清单：（1）感知层设备，如温湿度传感器、RFID标签等；（2）网络层设备，如LoRa模块、NB-IoT网关等；（3）应用层设备，如边缘计算设备等。教师根据智能生成的教学方案可以提前准备相应的实验设备与信息科技软件，满足课上实验操作的教学要求。

另外，教师还可以应用“讯飞星火”App智能生成多样化教学资源，以支持学生理论学习与实验操作。比如，教师可以应用“智能PPT”模块，输入“了解物联网系统的设计要点”课程主题，勾选“AI配图”与“联网搜索”功能，生成图文适配的对应内容，解释物联网的概念及应用场景、常见的传感器及其工作原理、物联网通信技术的特点及常见物联网系统的介绍。由此，教师可以借助PPT直观呈现课程核心知识与拓展案例，提高学生的信息科技实验认知。

实验设计、操作与拓展环节是初中信息科技实验教学的核心环节。基于生成式人工智能的初中信息科技实验教学应关注实验过程，指导学生独立设计并完成实验方案，鼓励学生基于实验结果进行拓展探究。教师应组织丰富多样的实验教学活动，促进学生计算思维、数字化学习与创新素养的提升。

1.智能推送案例，辅助设计实验方案