【莞邑论文】核心素养导向下人工智能对小学综合实践活动的赋能与挑战

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随着人工智能技术在教育领域的不断发展和应用，有关教育中的人工智能(AIin education,AIED)研究也开始逐渐增多，教育中的 AI 技术应用可以分为 以下六种类型：

第一类：聊天机器人(Chatbot, CB)，通常是指使用人工智能语言模型工具。 如 ChatGPT、WPS、AI、文心一言、小度机器人等就是其中一种CB工具。ChatGPT采用深度学习技术，通过大量文本数据训练，ChatGPT 能够理解并回应各领域的自然语言输入，成为一款通用工具，广泛应用于教育领域。它能够生成类似人类的文本，参与对话、提供海量跨学科知识、提供学习分析等，成为学生和教师的有力辅助工具。

第二类：专家系统（ES）。专家系统是一种模拟人类专家解决问题的决策工具，它集成了大量特定领域的知识和经验，相当于该领域的专家水平。在教育领域，专家系统不仅可以辅助教师进行教学规划，还可以促进学习管理系统（LMS）在教学方面的作用发挥，其具有动态性和整体性特点。

第三类是智能导师(Intelligent Tutors/Agents,IT/IA)，具备智能化交互和教学能力的虚拟实体或系统。在教育领域，智能导师能提供个性化的学习指导和支持，模拟人类教师或同学的角色与学生互动。它可以根据学生的学习需求和表现，提供定制化的学习内容和反馈。智能导师还能根据学生的回答、问题、进展和错误，灵活调整教学策略和内容，帮助学生更好地理解和掌握知识。

第四类是机器学习(Machine Learning, ML)。机器学习通过训练数据建立算法，使AI 能够自动改进和更新。在教育中，机器学习可以根据学生兴趣、学习风格和能力水平，提供定制化的学习路径和内容。同时，它还能分析学生数据，预测学习需求，推荐个性化教材、练习和活动。

第五类是个性化学习系统/环境(PLS/E)，旨在根据学生个体差异和需求提供个性化学习体验和支持。PLS/E利用机器学习、数据分析等AI技术，收集、分析学生数据，包括学习风格、兴趣、知识水平等，以调整教学内容、路径和资源，提高学习效率和参与度。有研究发现，PLS/E能促进学生学习，高度个性化和定制的学习材料和资源受到学生和教师的广泛欢迎。

第六类是可视化和虚拟学习环境(Visualizations and Virtual Learning Environments,VLE)。随着虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术的发展，研究开始探索VLE 与人工智能在教育中的潜在作用。VLE技术包括增强现实(Augmented Reality,AR)、虚拟现实、混合现实(Mixed Reality,MR)、裸眼3D等技术。

结合综合实践活动课程的教、学、评三个要素来分析，可以将AI技术分为以下三种类型。一是融入教学过程的AI技术。教师可以通过各种AI技术更高效地组织综合实践活动课程，为课堂提供更丰富的教学资源。例如，教师可以利用ChatGPT完善教学方案，设计符合综合实践活动课程需求的学习活动与内容，回答学生个性化提问，并提供更好的学习指导。此外，教师可以利用电子教学资源系统扩展课程内容，并运用新型AI技术工具呈现教学内容，为课程提供更丰富的形式。二是助力学生高效学习的AI技术。学生通过AI技术可高效、便捷地获取知识，获得个性化指导，以支持他们在综合实践活动课程中的学习。三是为教学提供准确、公平的AI评估技术。教师使用AI技术构建测评工具，及时了解学生学习情况，为课堂教学提供反馈意见，提高课堂教学质量。使用AI技术建构评价工具，可使课堂更高效，消除教师在对学生进行测评时可能存在的主观偏见与不准确性。学生可利用AI技术创建的测评工具，发现自身在综合实践中的问题，并在AI指导下进行针对性学习。尽管AI在综合实践活动中的应用研究增多，但当前我国关于其理论及教学实践的研究仍较少。同时，需要进一步探索AI技术对综合实践活动课程的价值与挑战，以缩小实际应用与理论研究的差距。

《中国学生发展核心素养》中，指出我国教育以培养“全面发展的人”为核心，中国学生发展核心素养主要包括文化基础、自主发展及社会参与三个方面，其中涉及到人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养。学生在综合实践活动课程中能把直接经验与间接经验、知识与能力、个人与社会结合起来，使学生在保持个性品质的同时，实现价值体认、责任担当、问题解决和创意物化的具体目标，达到知识、能力、情感、态度、价值观方面的全面培养。设置综合实践活动课程是落实素质教育、培养学生创新精神和实践能力的重大举措，被视为培养学生核心素养的有效途径之一。AI作为新时代科技发展的重要成果，从理论上为综合实践活动课程赋予了新的“动能”，能够发挥其独特作用，从而促进学生核心素养的发展。

1.在价值体认方面。AI为学生提供了虚拟仿真学习环境，有助于他们在安全便捷的环境中实践探究。这种环境不仅提供知识学习，更重要的是培养自信和实践能力。在这个环境中，AI扮演引导者角色，指导学生了解研究过程，并提供实时指导与纠错。这有助于建立正确的学习态度和方法，增强实践能力，培养学生的探究精神和实践能力，提升解决问题能力。

2.在责任担当方面。AI技术的发展与应用为学生提供了丰富的学习资源，帮助他们理解技术与社会、个人与环境的关系。通过案例探索，学生认识到技术应用对个人和社会的影响。在使用AI工具时，学生常会遇到隐私、安全等问题。因此，教师可通过创新的教学模式，让学生学习科技道德规范和伦理准则，培养负责任的科技使用态度。AI技术的应用不仅拓宽了学生的学习视野，还让他们意识到科技发展带来的社会责任，更加全面地认识到自身在技术应用中的责任和担当。

3.在问题解决方面。《义务教育课程方案（2022年版）》中新界定“综合实践活动侧重跨学科研究性学习、社会实践”。AI技术的应用为这一课程注入了新的活力和可能性，通过AI，学生能够在虚拟环境中进行模拟实验和项目探究，不受时间和空间的限制，从而更加自主地探索和学习，AI的应用不仅仅是提供知识和信息，更是激发学生的创新潜能。通过与AI的互动，学生可以得到个性化的学习指导和反馈，培养自主探究和批判性思维能力。此外，AI还能够为学生提供实践项目的设计和管理支持，帮助他们规划和实施综合实践活动，培养团队合作和领导能力。

4.在创意物化方面。AI工具能够为学生创造出超越实际操作条件的虚拟环境，帮助他们快速处理和分析大量数据。通过提供虚拟实验，学生得以在安全、无风险的环境中进行实践操作，从而增强对实验方法和过程的理解。AI还可以为学生提供丰富的资源和多元的视角，激发他们的创造性思维，有助于学生在综合实践活动中拓宽思路，培养发散思维和重组思维的能力，从而提升他们的创造力和创新能力。

1.案例一：《智慧垃圾管理》

AI可以为综合实践活动的教学提供智能化技术,帮助学生直观、系统和动态地进行探究，促进学生的参与团队合作，发展深度学习。如探究项目《智慧垃圾管理》（表 1-1）中，学生设计并制作垃圾分类方案，创建智能分类垃圾桶，利用语音识别技术解决垃圾分类问题。经过调查研究，理解垃圾分类挑战，尝 试使用人工智能技术，培养学生的探究精神、跨学科思维，提高解决问题能力。

表 1-1 智慧垃圾管理项目设计

2.案例二：《茶山绸衣灯公知多少》

学生对计算机语言、AI编程的学习,能够更好地培养学生的逻辑思维、创新思维等能力。在校本课程《茶山绸衣灯公知多少》中，学生可以借助IT/IA的支持，通过AI编程来制作茶山绸衣灯公的模型。这种方法不仅拓展了课程内容，还让学生在计算机语言学习与工程实践中提升了他们的创新思维。同时，可以利用AR、VR、MR等VLE技术，帮助学生探索茶山绸衣灯公的特点与历史，加深他们对这一文化遗产的理解。这样的学习方式有利于培养学生的空间思维、想象力和创造力，让他们更加深入地了解和欣赏茶山绸衣灯公的独特魅力。

随着人工智能技术的不断进步，尤其是生成式人工智能技术的不断发展，许多科学家开始认识到人类可能面临的风险与挑战。山姆·奥尔特曼（Sam Altman），OpenAI的首席执行官，对人们过度依赖ChatGPT达了担忧：虽然 ChatGPT在某些方面表现出巨大的优势，但仍然存在着局限性。过度依赖它来处理重要事务是不明智的，因为它只是对进展的一种预览。在可靠性和真实性方面，我们仍然有许多工作要做。将AI技术融入综合实践活动课程中也可能对教育教学方式产生不利影响。例如，综合实践活动课程注重培养学生的创新思维能力。然而，若过度依赖AI，可能会降低学生的实际动手能力与实践能力，甚至影响到他们的思维水平提升。根据自身认知理论，学生对虚拟科学实验或实践的依赖性增加，缺乏真实实验和观察的机会，将影响他们对问题的理解和解决能力的培养。

再者，综合实践活动中的AI工具使得知识和资源获取更加便捷，学生可能因此忽略知识生成的过程及其复杂性，而只关注结果。这可能会削弱对问题本身的反思，从而减弱学生批判性思维的培养。人工智能不具备人类教师那样的情商、同理心或人际交往技能，正因为如此，人工智能很难理解每个学生的独特要求，提供个性化的帮助，并创造一个积极和吸引人的学习环境。创造力和分析性思维并不是人工智能的强项。

除了AI可能带来的“负能”问题，AI在综合实践活动课程评价上还会给科学教育带来新的挑战。目前，确保AI生成的评估系统与模型的有效性和可靠性是综合实践活动课程中的一大挑战。当前的AI测评效度研究仍处于起步阶段，大多数研究以传统的标准为基础来构建模型，与完整的效度论证研究相比仍有一定距离。例如，在评估学生对综合实践活动课程中的问题理解时，虽然AI工具可以提高评分效率，但学生的理解不仅体现在文字上。他们可能会通过项目作品、实际操作、讨论等方式展示理解，这些内容可能无法被AI准确捕捉。因此，如何让AI评估系统能够全面而准确地评估学生的实践能力，仍需要进一步的研究和探索。无论AI技术如何融入综合实践活动的各个环节,我们都应当以培养学生的核心素养为目标，关注AI时代对综合实践活动课程的赋能与挑战,运用多渠道和形式对学生进行综合素质相关方面的提升，推进小学综合实践活动高质量实施，培育有理想、有本领、有担当的时代新人。

图1 AI综合实践活动课程的赋能与挑战

人工智能技术为小学综合实践活动的赋能提供了新的可能性，但也面临着 诸多挑战。然而，必须负责任地和合乎道德地使用这项技术。这包括确保学生 继续发展他们批判性思考的能力，并找到解决问题的办法，以及采取措施减少 任何现有的偏见和形式的歧视。未来，需要教育机构、政府和社会各界共同努力，加强技术创新、教育改革和伦理监管，推动人工智能与小学教育的深度融合，促进学生全面发展。