生成式人工智能在智慧课堂应用中的挑战与应对

关键词：智慧课堂；生成式人工智能；ChatGPT；应用场景；挑战与应对；创新路径

中图分类号：G434 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）28-0177-04

《新一代人工智能发展规划》明确指出要抓住人工智能发展的重大机遇，加速推进智能时代教育信息化发展。党的二十大报告明确强调“推进教育数字化”并将“智能化”学习作为重点，推动教育环境改革，推进智慧课堂普及与创新。国家相继出台了一系列政策文件，旨在建设人工智能支持下的智慧校园，探索混合式、合作式、体验式、探究式等教学模式，加强整合式、项目式、定制化课程建设，并探索灵活开放的教学组织方式，构建家庭、学校、社会协同育人模式，最终实现差异化教学和个性化学习，促进教与学的人机协同，提高教学效率。以ChatGPT为代表的生成式人工智能（AIGC） 技术，凭借其在文本生成和语境理解方面的优势，正深刻影响着教育领域，并将持续赋能教育数字化转型，促进智慧课堂的普及和创新。

1 智慧课堂、大语言模型（LLM） 及生成式人工智能（AIGC） 的发展概况

1.1 智慧课堂

智慧课堂[1]是智慧教育的主阵地和主战场，是智能技术与教育深度融合的重要领域。这里的“智慧”既指智能信息技术，又包含着人类的聪明才智，是两者的深度融合。智慧课堂也称未来课堂，是在智慧教育理念引领下，借助人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术构建的教学智能化、学习自主化、资源多样化、场景泛在化的教育环境。随着信息新技术的出现和不断发展，智慧课堂发展大致经历了三个阶段[2]：第一阶段（20世纪80—90年代），以个人计算机和互联网为支撑，开启了电化教育的时代；第二阶段（2000—2010年），投影、电子白板等数字化设备的应用，标志着数字化教育阶段的到来；第三阶段（2010年至今），随着人工智能、大数据、物联网、云计算、AR/VR、元宇宙、区块链等前沿技术的融入，智慧课堂迈入了智能化时代，教育环境也更加智能化、互动化和个性化。新颖的AIGC人工智能技术的出现，则进一步推动智慧课堂走向了智能时代。

1.2 大语言模型

大语言模型（LLM） [3]是指参数众多、训练数据量庞大的自然语言处理人工智能模型。自然语言处理（NLP） 领域的发展经历了从规则到统计、从统计机器学习到深度学习的演变过程，如图1所示。

2017年，谷歌大脑团队提出的神经网络架构Transformer，凭借其在训练速度、并行度和通用性方面的优势，迅速成为NLP领域的统治性框架，后续的许多模型都基于Transformer框架开发。

1.3生成式人工智能

生成式人工智能（Artificial Intelligence Generated Content） 是一种基于算法、模型、规则生成文本、图片、声音、视频、代码等内容的技术，代表着人工智能技术的最新发展方向。ChatGPT（Generative Pre-trainedTransformer） 是OpenAI开发的一款基于大语言模型的聊天机器人，自2018年发布以来历经多次迭代。目前，最新版本为ChatGPT-4。ChatGPT能够理解和生成自然语言文本，改变了以往的信息获取方式。目前，国内外众多科技公司推出了类似ChatGPT 的AIGC产品，例如：微软的Bing、谷歌的Bard、百度的文心一言等。与Deep Blue和AlphaGo等专用人工智能应用不同，生成式人工智能具有更强的泛化能力和创造性，能够应用于更广泛的场景。

2 AIGC 在智慧课堂中的应用场景[4]

以ChatGPT为代表的生成式人工智能技术与智慧课堂的融合发展，将引领教育领域的深刻变革。其广泛应用于学情分析、个性化教学方案的生成、智能助教、资源优化、人机互动、智慧评价与反馈等众多场景。

1） 问题解答：ChatGPT能针对师生的提问，迅速给出相关的有用信息。对老师而言，就像一个助教，可以随时出手相助；对学生而言，就像多了个智能学伴，课堂教学真正做到了“师师有助教、生生有学伴”。

2） 设计课程：ChatGPT可以为教师协助检索和整理课程设计的教学材料，教师可带有批判性地选择性更新教学大纲、教学计划、阅读材料，设计指导书等，并根据相关内容提出设计新的思路。

3） 协助备课：除了课程设计，ChatGPT能够很好地参与教研备课中，给老师一个起步的计划，提供通识性和常态化的内容，帮助教师节省初始构思时间。

4） 课堂模拟：通过与ChatGPT进行模拟对话，从而更好地了解学生的问题，并做好课堂准备。

5） 课堂助教：ChatGPT可以为师生提供一个共享平台，为学生解析概念及复杂内容，实时回答课堂疑问，为课堂教学的内容及方式提出合理化建议。

6） 师生互动：师生向ChatGPT提出问题，与课堂上的实质性讨论相结合，让讨论更丰富，有利于学生完善思维、练习想法。

7） 作业批改：ChatGPT 可以自动批改学生的作业，并提供相应的评估和反馈。它能够快速准确地检查学生的答案，并给出建议和改进意见。这有助于教师更有效地管理学生的作业，及时发现问题和提供指导。

8） 个性化推荐：ChatGPT 首先收集学生详细数据，如学习行为、反馈和表现等，对这些数据进行分析，了解学生的学习习惯、偏好和能力水平。根据学生的学习目标、学习进度和能力水平，量身定制个性化学习计划，推荐与学生兴趣和学习需求相匹配的学习资源，如教材、参考资料、练习题、视频课程、在线讲座等。

9） 协助研究：ChatGPT可以为教师提供有关研究思路和点子，协助检索相关的研究文献，整理文献资料，推荐核心参考文献。ChatGPT还可以指导学生写论文，建议题目，概述结构，提供思路，并提供改进帮助和建议。

10） 虚拟实验：ChatGPT可以创建虚拟实践环境，让学生在缺乏实体实验室的情况下也能进行实践教学。这不仅降低了实验成本，还拓宽了实验教学的边界，学生能更灵活自主地安排学习时间和地点。

11） 职业指导：随着时代的变迁、人工智能技术的兴起，机器人取代了很多职业或岗位。同时，新技术革命也带来许多新的技术工种及岗位。ChatGPT这类大语言模型的聊天机器人能根据学生提出的职业等工作要求，提供相关就业信息或潜在职业，指导学生就业。

12） 教育公平：教育公平是教育领域关注的重要问题，而ChatGPT可以为解决这一问题提供一种新的思路。ChatGPT可以通过语音和文字两种方式与学生进行交互，为一些特殊的学生提供更加便捷的学习途径。例如，视力障碍学生可以通过语音交互与Chat⁃GPT进行学习，听力障碍学生可以通过文字交互进行学习。通过这种方式，教育资源和学习机会可以更加平等地分配和获得。

13） 教育创新：传统的教育模式往往是由教师单向传授知识，而ChatGPT可以与学生进行互动，激发学生的学习兴趣，培养学生的自主学习能力。此外，ChatGPT还可以利用数据分析和人工智能技术，为教师提供更加全面、准确的学生评估服务，显著提高学生的学习效果。

3 AIGC 给智慧课堂带来的挑战与应对策略[5]

AIGC技术在智慧课堂的应用尚处于探索阶段，面临着一系列挑战，需要师生和教学管理部门共同面对，通过不断学习和实践来适应教学变革。主要体现在以下几个方面。

3.1 模型的公平性与偏见问题

AIGC是基于大模型训练的人工智能，需要学习大量的人类语言，其中会包含失之偏颇、不公平不公正甚至错误信息，基于这类信息回答问题会产生偏见。例如，训练中常用“他”代表医生、用“她”代表护士，这种不平衡导致模型在性别倾向上存在偏见。此外，算法的“黑箱”设计，也会影响输出结果的公允性。因而需通过数据加权等方式来降低数据不平衡影响；通过测试来选择和完善公平算法。

3.2 数据隐私与安全性问题

AIGC大模型学习时会接触到大量个人或组织的隐私数据，其中可能涉及师生信息泄露或滥用情况，威胁到数据及其他方面的安全。由于AIGC缺乏逻辑思维及自我判断能力，也容易被不怀好意者用来发布负面信息。因而需要加强隐私保护教育；采用安全的传输协议、先进的数据加密和脱敏技术；建立数据管理制度以及加强数据的合规性审查。

3.3 抄袭或知识产权侵权问题

AIGC在生成图文或音像文件时，可能会引用一些文献等材料，但目前它还不能标注引用出处，也无法判断是否侵犯了知识产权。因此，需要增强知识产权保护意识、优化大模型的版权保护机制，建立并践行投诉举报机制，对用AIGC技术生成的内容应予以明确标注。

3.4 意识形态及价值导向问题

由于AIGC训练数据来源渠道纷杂，处理方式也有局限性，尤其是受到模型及算法的影响，对某些问题的理解和解答会存在明显的偏差，甚至会生成一些不健康内容。因此，首先要建立正确的世界观、价值观。其次要加强内容审查及过滤，发现不良或违法信息时及时向有关部门报告，并封存日志信息。

3.5 独立思考能力削弱问题

除了AIGC在技术方面存在诸多隐患，更令人担忧的是学生如果过度依赖AI工具，可能会逐渐丧失独立思考及学习的能力。例如：学生依赖AIGC技术工具后，会借助AI工具提供思路或答案，这样削弱了学生独立思考和解决问题的能力；依赖AIGC技术学习新知识时，容易浅尝辄止，忽略知识本质及内在联系；借助AI写作时易出现句式和观点的雷同化，缺乏个人见解及深度思考。因而须明确AI的工具性和局限性，保持批判性思维，培养创新思维能力，不断提高师生信息素养。

综上所述，面对AIGC给智慧课堂带来的种种挑战，需要从技术、法律、道德和教育等多个层面采取应对策略。从技术层面上，不断提高AIGC的质量和安全性，避免出现错误或滥用的情况；从法律层面上，制定合理和有效的规范和监管，保护师生的权益和责任；从道德层面上，培养师生对AIGC的正确和合理的态度和使用习惯，尊重其价值和尊严；从教育层面上，提高人们对AIGC的认识和理解，增强人们的判断力和批判性思维以应对风险。

4 智能时代智慧课堂教学模式创新路径初探

智能教育时代，教师不仅是知识的传授者，更是学生学习的引导者和促进者。高校课堂教学应注重培养学生的自主性与解决问题的能力。以倾听、信任、融入、缓冲等多种方式满足学生的学习需要，激发和挖掘学生的学习和创新潜力。基于此，智能背景下高校智慧课堂教学应紧紧抓住“新”“疑”“放”“动”4个明显特征[6]，“新”指以新思维、新技术让学生获得更好的成就感；“疑”即教师通过新理念、新方法促使学生敢于质疑、善于质疑；“放”是教师采用新的教学模式，让学生无拘无束自由探索，学习已知、探索未知；“动”是教师提供更新、更丰富的平台和机会，让学生动手实践，提升能力。智能时代智慧课堂教学模式应从提升教师信息素养及能力、巧妙运用网络教学技能、与AIGC技术融合、建立教学评价及反馈机制等路径进行创新，如图2所示。

其中教师信息素养及能力提升是基础，没有教师信息素养的提升，后续的教学创新与改革将难以实施；网络等现代教育技术的运用是推动教学模式创新变革的关键；以学生为中心是课堂教学模式创新的导向，所有的创新都应围绕学生的需求和发展展开；差异化个性化教学是课堂教学新趋势；与AIGC技术融合，则是智慧课堂教学模式创新的主要手段，未来的课堂教学将是教师-AI工具-学生三者间人机协同教学创新模式；评价与反馈是保障，通过科学的评价和反馈机制，可以及时发现和解决问题，确保教学模式的持续改进和优化。

4.1 培育教师信息技术素养，提高教师运用现代教育技术能力