ChatGPT輔助初中物理項目式教學(xué)的探索

摘要：本文以“連接串并聯(lián)電路”為例，具體論述如何在初中物理課堂中，借助智能聊天機器人模型ChatGPT展開問題導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動的項目式教學(xué)，進而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和探究能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，以期為教師應(yīng)用人工智能技術(shù)賦能教與學(xué)提供實踐參考。關(guān)鍵詞：ChatGPT項目式教學(xué)初中物理一、人工智能賦能技術(shù)教師專業(yè)發(fā)展ChatGPT是由OpenAI公司于2022年發(fā)布的一款基于人工智能技術(shù)的聊天機器人程序。它可以通過學(xué)習(xí)大量的語料庫和對話數(shù)據(jù)，自動產(chǎn)生符合語法和語義規(guī)則的響應(yīng)，可以與用戶進行自然而流暢的對話，提供各種服務(wù)并解決各種問題。傳統(tǒng)的搜索引擎通常是需要用戶在搜索框中輸入關(guān)鍵詞進行查詢，反饋的結(jié)果相對固定、靜態(tài)，而ChatGPT可以與用戶進行更加互動化、生動化的對話。2018年，教育部等五部門印發(fā)《教師教育振興行動計劃（2018—2022年）》，提出充分利用云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、人工智能等新技術(shù)，開展“互聯(lián)網(wǎng)+教師教育”創(chuàng)新行動。教育部于2018年和2021年分批啟動了人工智能助推教師隊伍建設(shè)試點工作，深入推進人工智能等新技術(shù)與教師隊伍建設(shè)的融合?？梢?，在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，國家從政策和行動上積極推動人工智能技術(shù)賦能教師專業(yè)發(fā)展。初中物理教師面對的群體，是年齡大多在14歲左右的學(xué)生，他們在使用計算機和互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中長大，對各種技術(shù)應(yīng)用很熟悉，新的行為模式和學(xué)習(xí)方式，對教師的教學(xué)提出了新的要求和期待，也為ChatGPT輔助教師開展教學(xué)提供了可能性。具體來說，教師在教學(xué)過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生展開人機對話，學(xué)生在向ChatGPT提問的過程中需要進行邏輯推理和分析，從而提高思維能力；ChatGPT針對學(xué)生的提問，給出相關(guān)的例子和解釋，能加強學(xué)生對知識的掌握；學(xué)生可以獲得及時、準確、個性化的回答，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。這樣的學(xué)習(xí)方式，可以幫助學(xué)生獨立思考和解決問題，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。而教師可以借助ChatGPT，完成備課、題目生成、語言翻譯等具有重復(fù)性的傳統(tǒng)教師工作，從而能夠有更多的時間用來關(guān)注學(xué)生個體差異，并給予個性化支持。二、項目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)項目式學(xué)習(xí)（簡稱PBL）是一種基于實踐和探究的學(xué)習(xí)方法，通過讓學(xué)生參與真實的項目活動，幫助他們積累知識、技能和經(jīng)驗，培養(yǎng)其解決問題和創(chuàng)新思維的能力。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，項目式學(xué)習(xí)更注重學(xué)生的主動性、參與性和合作性，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力，提高學(xué)習(xí)效率。同時，在項目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以獲得更多的社交和情感體驗，增強他們的團隊合作和溝通能力，有助于學(xué)生的全面發(fā)展和成長。新課標提出了發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)、立德樹人的教學(xué)目標，項目式教學(xué)能給師生提供一種“以學(xué)生為中心”的高效有序的課堂教學(xué)模式。在初中物理教學(xué)中積極開展項目式教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主要途徑。三、ChatGPT輔助項目式教學(xué)案例下面以“連接串并聯(lián)電路”一課為例，具體分析教師以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，借助ChatGPT展開項目式教學(xué)的流程。（一）教學(xué)目標突出素養(yǎng)立意“連接串并聯(lián)電路”是滬科版物理九年級的內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容包含兩個部分：1.簡介串聯(lián)、并聯(lián)電路及其各自的特點，會畫它們的電路圖；2.連接串聯(lián)、并聯(lián)電路，探究開關(guān)在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的作用。本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生學(xué)習(xí)了簡單電路，掌握了簡單電路的構(gòu)成和連接，以及電路圖的畫法的基礎(chǔ)上展開的。生活中，學(xué)生有觀察多個用電器同時工作的生活經(jīng)驗，利用該經(jīng)驗，學(xué)生能探索多個用電器的連接方法，具備判別串并聯(lián)電路異同的能力。根據(jù)對2022年版課標的研讀和對教材的理解，確定了基于核心素養(yǎng)的四個維度的教學(xué)目標。如表１所示。（二）教學(xué)過程本節(jié)課要解決的問題有兩個：1.認識串并聯(lián)電路，會畫串聯(lián)、并聯(lián)電路圖；2.掌握開關(guān)在串并聯(lián)電路中的作用。為此，教師設(shè)計的核心學(xué)習(xí)活動有兩個：1.讓兩個小燈泡在同一電路中工作；2.讓兩個小燈泡在電路中可以獨立實現(xiàn)亮和暗。這兩個活動，是基于學(xué)生解決“使奧特曼的雙眼更靈活生動”這一問題來開展。具體過程如下：1.創(chuàng)設(shè)情境，提出核心問題，展開項目式學(xué)習(xí)課堂開始，教師播放一段奧特曼打怪獸的視頻，提出問題：奧特曼的兩只眼睛有什么特點？揭曉答案：很大很亮，但是不會眨眼，他無論是高興還是沮喪，無法用兩只眼表達他的情緒，不夠生動和俏皮。本來完成對奧特曼的改造，讓他有兩只會閃動的大眼睛。若將他的眼睛比作電路中的原件，那應(yīng)該是小燈泡。教師將奧特曼模型中的雙眼用小燈泡代替，通過燈泡的亮暗來表現(xiàn)雙眼的睜和閉，從而將本節(jié)課要解決的問題“改造奧特曼的雙眼”自然過渡為物理問題：探究同一電路中，兩個用電器同時工作的特點。設(shè)計意圖：核心素養(yǎng)理念下項目式教學(xué)，需要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實的、有價值的物理情境，讓學(xué)生在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題。筆者在充分了解學(xué)生的興趣愛好后發(fā)現(xiàn)，利用改造卡通人物奧特曼這個方式，能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生思考，并順利進入實驗探究環(huán)節(jié)。2.對話ChatGPT，構(gòu)建核心物理概念改造一對靈活生動的眼睛，其本質(zhì)是讓兩個小燈泡在電路中可以獨立實現(xiàn)亮和暗。為了實現(xiàn)“掌握串并聯(lián)電路”和“探究開關(guān)在其中的作用”兩個教學(xué)目標，我將這一任務(wù)劃分為兩個小任務(wù)：1.讓兩只“眼睛”同時發(fā)光；2.讓兩只眼睛獨立睜閉。通過引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)1，來掌握串并聯(lián)電路的內(nèi)涵。活動1：教師展示只有一個燈泡工作的簡單電路。在此基礎(chǔ)上，請學(xué)生自主設(shè)計一個電路，讓兩只小燈泡發(fā)光，并根據(jù)實物圖畫出電路圖。分享各組的電路圖，并將各組的電路圖匯總在黑板上。設(shè)計意圖：從一個燈泡的簡單電路到兩個燈泡的電路，學(xué)生很容易想到兩種連接方式：串聯(lián)或并列接入原有燈泡。引導(dǎo)學(xué)生將所連接的電路轉(zhuǎn)換成電路圖，并在黑板上展示，同時進行評價，以期培養(yǎng)學(xué)生解決電學(xué)問題時思維的規(guī)范性?；顒?：教師帶領(lǐng)學(xué)生一起對各種電路圖進行比較、分析和歸類，根據(jù)分類出的兩類連接方式，用準確簡潔的語言向ChatGPT提問，給兩種電路連接方式下定義。教師帶領(lǐng)學(xué)生對搜索的結(jié)果進行整理，結(jié)合教材，給出串并聯(lián)的定義。設(shè)計意圖：鼓勵學(xué)生對黑板上的多個電路圖進行分析、歸納和分類。學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，雖然畫法多樣，但都能探尋出它們在電流路徑上的區(qū)別，即串聯(lián)電路的電流只有一條路徑，而并聯(lián)電路的電流路徑不止一條。不同于傳統(tǒng)教學(xué)，直接給出串聯(lián)和并聯(lián)的定義，教師引導(dǎo)學(xué)生借助ChatGPT，給兩種電路連接方式下定義，對兩種連接方式的區(qū)別做總結(jié)。學(xué)生自主向ChatGPT提問，獲得答案，這種方式可以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生會主動去探索未知的物理概念。他們組織語言的過程，其本質(zhì)就是理解串并聯(lián)電路區(qū)別的過程。串并聯(lián)的概念，是學(xué)生通過自己的發(fā)掘、思考、總結(jié)探索出來的，這會使學(xué)生對概念有更深入的理解。活動3：教師引導(dǎo)學(xué)生思考，生活中有沒有類似于串聯(lián)、并聯(lián)這樣的例子？學(xué)生自然聯(lián)想到，河流在某些地域會出現(xiàn)分流、而后又匯流的現(xiàn)象。除此之外，教師鼓勵學(xué)生收集、列舉其他的例子。學(xué)生通過交流討論，并向ChatGPT提問，又列舉了諸如管道、河流、任務(wù)分工等類似的例子。設(shè)計意圖：因為串聯(lián)、并聯(lián)這兩個概念相對抽象，教師希望學(xué)生類比生活現(xiàn)象，更進一步理解串聯(lián)、并聯(lián)的概念。活動結(jié)合生活實際，將串并聯(lián)這一抽象的、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為生活中具象的、簡單的問題，讓學(xué)生從更多的角度來理解其區(qū)別，使學(xué)生更容易掌握和應(yīng)用串并聯(lián)的概念。同時，類比河流的干流和支流，我們還可以定義并聯(lián)電路中的干路和支路兩個概念。3.借助ChatGPT解決問題，探究物理規(guī)律在完成第一個教學(xué)目標后，教師設(shè)計任務(wù)2，以實現(xiàn)“探究開關(guān)在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的作用”這一目標?；顒?：引導(dǎo)學(xué)生在原有電路中，通過增加或改變開關(guān)的位置，實現(xiàn)兩只燈泡獨立工作。學(xué)生在分組合作、改造電路的過程中遇到了一些問題，通過討論及向ChatGPT提問解決了疑問。最終，學(xué)生實現(xiàn)了在并聯(lián)電路中，燈泡單獨工作的目標，并且通過將開關(guān)接在支路上，實現(xiàn)了控制所在支路的目標。設(shè)計意圖：學(xué)生通過前面的探索，對串并聯(lián)電路的區(qū)別理解得十分透徹，自然聯(lián)想到，并聯(lián)電路的兩個用電器在兩條支路上，它們的工作可能不會相互影響。學(xué)生通過改造，完成了對開關(guān)在電路中的作用的探究，即在串聯(lián)電路中，開關(guān)的位置不影響其作用，始終控制整個電路的通斷；而并聯(lián)電路中，干路上的開關(guān)控制整個電路，支路上的開關(guān)控制所在支路。而最初連接方式為串聯(lián)電路的小組，在解決該問題時遇到了比較大的困難，他們通過向ChatGPT提問，更深入地理解了串并聯(lián)電路的區(qū)別，以及干路和支路開關(guān)作用的不同。4.理解ChatGPT的回答，為后續(xù)教學(xué)鋪墊在本節(jié)課的教學(xué)過程中，學(xué)生在分組實驗時，提出了很多有價值的問題，主要有以下三大類：（1）在串聯(lián)和并聯(lián)電路中，兩只燈泡亮度為什么不一樣？（2）并聯(lián)電路中，干路電流等于支路電流之和嗎？串聯(lián)電路中，電流又有什么規(guī)律？（3）串聯(lián)電路中，用電器一定不能單獨工作嗎？活動5：教師鼓勵學(xué)生圍繞提出的問題交流討論，組織語言，充分利用ChatGPT收集資料，解決問題。對于這些問題，ChatGPT給出了答案，但學(xué)生并不太理解其中的一部分回答。設(shè)計意圖：學(xué)生通過與ChatGPT對話，尋找答案，而在理解ChatGPT回答中提到的電壓、電流等概念時，學(xué)生產(chǎn)生了繼續(xù)探索的欲望，與ChatGPT展開連續(xù)的人機對話。這些未知的概念，正是本章后兩節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容——串并聯(lián)電路的電流和電壓。設(shè)計這一活動，為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)做了鋪墊，也是大單元教學(xué)的要求。同時，可以幫助學(xué)生獨立思考和解決問題，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生與ChatGPT對話，可以獲得及時、準確、個性化的回答，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（三）教學(xué)反思本節(jié)課利用“改造奧特曼的雙眼”這一任務(wù)引入新課，通過課堂實驗，借助ChatGPT，類比生活實例，構(gòu)建串聯(lián)、并聯(lián)和干路、支路的概念，探索開關(guān)在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的作用，體現(xiàn)了從生活走向物理，從物理走向社會的基本理念。同時，也符合新課標中對實驗和探究部分的要求。圍繞“改造奧特曼的雙眼”這一任務(wù)，學(xué)生采用小組討論的形式，充分利用ChatGPT收集資料，解決問題。通過課堂實踐，我們發(fā)現(xiàn)，借助AI的主動探索，比被動接受知識更加有效和高效。相比傳統(tǒng)的教學(xué)方式，這種項目式學(xué)習(xí)充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的理念，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。但本節(jié)課對人工智能的應(yīng)用比較單一，主要體現(xiàn)在學(xué)生使用其展開人機對話、獲取答案，而在進行數(shù)據(jù)處理、題目生成方面的應(yīng)用較少。另外，ChatGPT所給出的答案中，一部分存在問題，還有一些超出了初中生的理解范圍，所以需要教師結(jié)合教材，全面給予指導(dǎo)和判斷。四、關(guān)于人工智能與教學(xué)的思考在物理學(xué)習(xí)過程中，提出一個問題比解決一個問題更有價值。在未來的競爭中，會提問的人才能更好地駕馭人工智能。學(xué)生在努力提出最精準的問題的過程中，他們或許已經(jīng)觸及了問題的本質(zhì)和答案。所以，筆者相信，我們不會因為人工智能喪失思考的能力，相反它的出現(xiàn)應(yīng)該指引教師對課程有更深入的思考和設(shè)計。通過人工智能輔