關(guān)善超　宋志剛　李貴安

生成式預(yù)訓(xùn)練模型（GPT，Generative Pre-trained Transformer）是一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的大型語言模型。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)研究的不斷深化，自然語言處理領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。研究人員開始使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建語言模型，這種模型可以自動(dòng)地學(xué)習(xí)語言規(guī)則和模式，并根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，最終生成具有連貫性和合理性的文本。2018年，美國開放人工智能研究中心（OpenAI公司）發(fā)布了GPT-1。2021年11月，OpenAI發(fā)布了GPT-3.5架構(gòu)，也稱為GPT-Neo。ChatGPT是GPT-Neo的更新版本，它是一個(gè)針對(duì)聊天機(jī)器人的模型，可以與人類自然對(duì)話，并生成自然語言響應(yīng)。2023年3月14日，OpenAI發(fā)布了比ChatGPT更強(qiáng)大的大模型GPT-4。OpenAI表示，GPT-4雖然在許多現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的能力依舊不如人類，但在各種專業(yè)和學(xué)術(shù)基準(zhǔn)上已與人類表現(xiàn)持平。2023年3月16日，百度公司正式發(fā)布旗下預(yù)訓(xùn)練生成式大語言模型產(chǎn)品——文心一言。2023年5月6日，科大訊飛公司在安徽合肥推出訊飛星火認(rèn)知大模型。這些生成式人工智能的開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)被高度關(guān)注和深入研究。

生成式人工智能的出現(xiàn)對(duì)教育也會(huì)產(chǎn)生重大影響。有調(diào)查顯示，美國89%的大學(xué)生承認(rèn)使用ChatGPT做家庭作業(yè)，53%的學(xué)生用它寫論文，48%的學(xué)生使用ChatGPT完成測(cè)試。ChatGPT在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用引起學(xué)者高度關(guān)注。2023年3月4日，“ChatGPT與未來教育”學(xué)術(shù)研討會(huì)議在華東師范大學(xué)召開，人工智能與未來教育領(lǐng)域的專家、學(xué)者以主題報(bào)告等形式，從教育理論和實(shí)踐的雙重視角探討了ChatGPT與未來教育的關(guān)系及其相互間的轉(zhuǎn)化影響。有學(xué)者以“阿拉丁神燈”和“潘多拉魔盒”隱喻生成式人工智能在教育領(lǐng)域中可能扮演的角色，以此提醒教師和學(xué)生正確使用該技術(shù)。也有學(xué)者提出“直面ChatGPT，教師如何絕處逢生”的重大發(fā)問，引發(fā)了人工智能背景下對(duì)教師角色的重新定位。人工智能時(shí)代“學(xué)生學(xué)什么，教師怎樣教”是一個(gè)迫在眉睫的問題。筆者對(duì)主流的生成式人工智能產(chǎn)品進(jìn)行研究，深入剖析其在教育中應(yīng)用時(shí)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，提出生成式人工智能產(chǎn)品在物理教學(xué)中的應(yīng)用導(dǎo)則，以期對(duì)未來教育場(chǎng)景下，教師使用此類人工智能開展教學(xué)提供一些幫助和借鑒。

一、生成式人工智能在教學(xué)中應(yīng)用的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

教師、學(xué)生和教學(xué)知識(shí)三者之間是密切相關(guān)的，它們相互依存、相互作用，共同構(gòu)成了教育教學(xué)的基本要素。師生的行為和教學(xué)結(jié)果受教學(xué)知識(shí)的制約和影響，而教學(xué)知識(shí)的傳遞和實(shí)現(xiàn)離不開師生互動(dòng)。因此，應(yīng)用生成式人工智能輔助教學(xué)時(shí)要注意其對(duì)教學(xué)過程基本要素的影響。

（一）知識(shí)高效獲取與謬誤風(fēng)險(xiǎn)并存

信息技術(shù)的高速發(fā)展為知識(shí)獲取提供了極大的便利?；ヂ?lián)網(wǎng)的普及讓知識(shí)獲取變得唾手可得。大量的搜索引擎如雨后春筍般涌現(xiàn)，知識(shí)爆炸的時(shí)代來臨。如何準(zhǔn)確搜索所需內(nèi)容，避免斑駁龐雜的冗余信息干擾，是人們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代生存發(fā)展最重要的技能。生成式人工智能的出現(xiàn)將改變這一狀況，開啟以提問獲取知識(shí)的新模式。生成式人工智能是基于自然語言的對(duì)話式交互系統(tǒng)，可以理解用戶的自然語言，智能地推測(cè)用戶的意圖，從而更加準(zhǔn)確地回答用戶的問題或提供相應(yīng)的建議，并且隨著訓(xùn)練文本的不斷增加，其答案也不斷迭代更新。因此，任何年齡段的用戶都能無障礙使用，這使知識(shí)的獲取更加高效。生成式人工智能的回答是基于大量的訓(xùn)練給出的，其訓(xùn)練內(nèi)容很大程度上決定了答案的質(zhì)量。物理學(xué)本身具有一定的特殊性，其內(nèi)容具有很強(qiáng)的專業(yè)性，回答必須嚴(yán)謹(jǐn)。有些看似無關(guān)緊要的表述放在物理學(xué)的回答中可能造成嚴(yán)重錯(cuò)誤。因此，想要完全依靠文本訓(xùn)練來準(zhǔn)確解釋物理學(xué)現(xiàn)象或解答物理學(xué)問題還存在很大的困難。學(xué)生在使用生成式人工智能獲取物理學(xué)知識(shí)時(shí)，無法保證知識(shí)的準(zhǔn)確性和回答的權(quán)威性，容易獲得碎片化的知識(shí)，無法形成體系，存在很大的知識(shí)謬誤風(fēng)險(xiǎn)。

（二）自主學(xué)習(xí)與學(xué)生主體異化并存

生成式人工智能的特色之一就是可以為用戶提供個(gè)性化和交互式的服務(wù)體驗(yàn)，根據(jù)不同學(xué)生的提問給出針對(duì)性的答案，這對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)有很大的幫助。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中使用生成式人工智能以對(duì)話的方式獲取自己想要的信息，極大地提高了知識(shí)獲取效率，解決了課堂教學(xué)中教師無法及時(shí)回復(fù)每個(gè)有提問需求的學(xué)生的問題。同時(shí)，這為性格內(nèi)向、不喜歡提問的學(xué)生提供了很好的提問途徑。此外，生成式人工智能不會(huì)疲勞也沒有人類的負(fù)面情緒，可以隨時(shí)隨地回答學(xué)生的提問，幫助學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的成就感。然而，人工智能越是強(qiáng)大，就越容易讓學(xué)生產(chǎn)生依賴，過度依賴生成式人工智能同樣會(huì)引發(fā)一系列的問題。首先，生成式人工智能提供的信息并非準(zhǔn)確無誤，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏教師的指引，很有可能形成錯(cuò)誤的認(rèn)知。其次，生成式人工智能的精準(zhǔn)回答也可能使學(xué)生喪失自主思考能力。學(xué)生遇到困難首先想到的是讓生成式人工智能解決，而非迎難而上，最終結(jié)果必然是淪為技術(shù)的奴隸。同時(shí)，學(xué)生大量使用生成式人工智能會(huì)導(dǎo)致思維活動(dòng)減少，進(jìn)而造成創(chuàng)造力的遮蔽。長(zhǎng)此以往，學(xué)生將缺乏批判性思維和創(chuàng)造能力。這也是很多學(xué)校禁止使用生成式人工智能輔助學(xué)習(xí)的重要原因。最后，當(dāng)學(xué)生沉浸于與生成式人工智能的互動(dòng)中時(shí)，必然會(huì)忽略課堂中最重要的人與人之間的互動(dòng)，進(jìn)而造成師生互動(dòng)和生生互動(dòng)的減少，使課堂教學(xué)對(duì)學(xué)生情感價(jià)值的引導(dǎo)和培養(yǎng)功能大為減弱，最后脫離社會(huì)，被困于生成式人工智能編織的信息繭房中。

（三）提質(zhì)增效與教師地位弱化并存

生成式人工智能幾乎可以輔助教師完成所有環(huán)節(jié)的教學(xué)工作，包括教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、教學(xué)策略建議、課后練習(xí)，甚至學(xué)生學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)，這是以往技術(shù)很難達(dá)到的高度，可以將教師從相對(duì)沉重的教學(xué)負(fù)擔(dān)中解放出來，極大地提高課堂教學(xué)效率。生成式人工智能可以通過整合大量的學(xué)習(xí)材料，幫助教師建立一個(gè)完善的知識(shí)庫。教師可以利用這個(gè)知識(shí)庫提供給學(xué)生更加全面、深入的學(xué)科知識(shí)。生成式人工智能可以作為答疑機(jī)器人，為學(xué)生提供一對(duì)一解答服務(wù)，避免教師在教學(xué)中無法及時(shí)回復(fù)每個(gè)學(xué)生問題的尷尬，讓教師更多地關(guān)注課堂中的情感交流和非知識(shí)性內(nèi)容的傳授。然而，生成式人工智能出色的個(gè)性化服務(wù)和擬人式的交互模式，卻會(huì)對(duì)教師在課堂教學(xué)中的地位產(chǎn)生巨大沖擊，稍有不慎就會(huì)造成教師在課堂教學(xué)中的地位弱化。教師大量使用生成式人工智能教學(xué)，可能導(dǎo)致自身喪失課堂教學(xué)中的主導(dǎo)地位，造成自身角色的邊緣化。學(xué)生在使用生成式人工智能時(shí)，會(huì)減少甚至忽略與教師的交流，不自主地將教師排除在學(xué)習(xí)過程鏈之外。長(zhǎng)此以往，必然造成師生情感交流缺失，師生互信降低，進(jìn)而造成整個(gè)教師行業(yè)的角色定位偏差。

二、生成式人工智能在物理教學(xué)中的應(yīng)用導(dǎo)則

生成式人工智能應(yīng)用于教學(xué)可能出現(xiàn)一些問題。師生應(yīng)該在實(shí)際使用中揚(yáng)長(zhǎng)避短，盡最大可能規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，積極應(yīng)對(duì)。

（一）淡化識(shí)記知識(shí)，積極開展探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)

從學(xué)生學(xué)習(xí)層面上講，生成式人工智能對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的幫助無疑是巨大的。因此，在未來的物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生應(yīng)該規(guī)避對(duì)淺層知識(shí)的大量識(shí)記。物理學(xué)科本身講究探索、發(fā)現(xiàn)和理解，相比于語言學(xué)科，生成式人工智能帶來的沖擊較小。同時(shí)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，一定要在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行。對(duì)于可能存在的知識(shí)謬誤，教師要及時(shí)更正，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，主動(dòng)探究。實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的根基，而實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)正是人工智能輔助學(xué)習(xí)永遠(yuǎn)無法觸及的核心區(qū)域。教師應(yīng)該圍繞物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，組織探究性活動(dòng)，鼓勵(lì)小組合作研究，加強(qiáng)生生互動(dòng)和師生互動(dòng)。

（二）依托真實(shí)情境，開展思維型教學(xué)

從教學(xué)設(shè)計(jì)層面講，物理是發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、解釋客觀規(guī)律的學(xué)科，是天然貼近生活、服務(wù)生活的學(xué)科。教師設(shè)計(jì)物理教學(xué)方案時(shí)，要依托真實(shí)情境教學(xué)，避免知識(shí)本位，生搬硬套。教師以情境引入，結(jié)合項(xiàng)目展開教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性解決問題。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該更多地提出有深度的問題，充分激發(fā)學(xué)生深度思考。對(duì)于學(xué)習(xí)成果，教師可以用作品展示的形式呈現(xiàn)，鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，促進(jìn)其全面發(fā)展。教師實(shí)施多元化教學(xué)評(píng)價(jià)，更多關(guān)注過程性評(píng)價(jià)，而非終結(jié)性評(píng)價(jià)，改變傳統(tǒng)紙筆測(cè)試這種單一的評(píng)價(jià)模式，讓每個(gè)學(xué)生學(xué)有所獲。

（三）轉(zhuǎn)變教師角色，爭(zhēng)做復(fù)合教育者

傳統(tǒng)教師角色定位通常是“傳道、授業(yè)、解惑”，教師和學(xué)生之間是單純傳授和接受關(guān)系，教師是知識(shí)、技能、道德等多方面的權(quán)威，教師擔(dān)當(dāng)教書匠或講解員的角色。然而，隨著人工智能的崛起，傳統(tǒng)的教師角色受到巨大沖擊，傳道授業(yè)解惑的功能會(huì)被部分取代。教師需要快速適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代的角色轉(zhuǎn)變，從而更好地跟上智慧教育的步伐。有學(xué)者指出，復(fù)合教育者的誕生將是適應(yīng)未來教育的重要標(biāo)志。人工智能時(shí)代，教師、學(xué)生和人工智能三大主體之間的互動(dòng)關(guān)系將被重構(gòu)，教師角色承擔(dān)的任務(wù)和使命更加復(fù)雜，需要建構(gòu)起學(xué)生和人工智能之間溝通的橋梁。教師應(yīng)該成為教學(xué)中的引導(dǎo)者、教育反思者、技術(shù)使用者和自我教育者。

三、生成式人工智能在物理教學(xué)中的應(yīng)用展示

ChatGPT、文心一言和訊飛星火等生成式人工智能各有特點(diǎn)。文心一言和訊飛星火在中文理解能力上比較突出，ChatGPT由于研發(fā)較早，文本訓(xùn)練量大，回答更加準(zhǔn)確完整，內(nèi)容也相對(duì)豐富。筆者以ChatGPT為例，展示ChatGPT在中學(xué)物理教學(xué)中的幾種應(yīng)用場(chǎng)景，以期為未來教師應(yīng)用人工智能開展物理教學(xué)提供借鑒和參考。

（一）作為教學(xué)設(shè)計(jì)的對(duì)話者和啟發(fā)者

ChatGPT可以作為教師教學(xué)設(shè)計(jì)中的對(duì)話者，幫助教師快速完成教學(xué)設(shè)計(jì)初稿，并提出相關(guān)的教學(xué)建議。學(xué)者與ChatGPT展開了一次問答（掃碼查看物態(tài)變化教學(xué)案例設(shè)計(jì)方案）。

ChatGPT設(shè)計(jì)好了一份具有一定可操作性的教學(xué)方案，該方案甚至給出了各教學(xué)環(huán)節(jié)所需時(shí)間和教學(xué)評(píng)價(jià)等細(xì)節(jié)。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，受限于固有思維，教師往往難以設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新性的內(nèi)容，而ChatGPT卻能給出不同的教學(xué)設(shè)計(jì)，給教師以啟迪。

ChatGPT同樣可以用于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)于教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一些幫助和啟發(fā)（如圖1）。

ChatGPT設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案有別于常規(guī)物理教學(xué)。如果要求生成式人工智能重新設(shè)計(jì)，它可以給出多種設(shè)計(jì)方案。教師可以選擇科學(xué)性和可行性最高的設(shè)計(jì)方案。但是教師不能完全依賴生成式人工智能，需要對(duì)方案中可能存在的不合理部分進(jìn)行修正。

（二）作為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者

生成式人工智能可以作為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中隨時(shí)提供個(gè)性化支持。對(duì)于有些難以通過常規(guī)搜索手段得到，或者得到過程相對(duì)復(fù)雜的知識(shí)，生成式人工智能能有效地提供幫助。目前，學(xué)生接觸和使用生成式人工智能還需等待相關(guān)產(chǎn)品升級(jí)。有學(xué)者模擬學(xué)生身份與ChatGPT之間展開了一次問答。

學(xué)習(xí)浮力后，才思敏捷的學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力和最終得出浮力的決定式之間存在很長(zhǎng)的歷史空白，對(duì)浮力的歷史產(chǎn)生了研究興趣。常規(guī)的搜索很難快速得到有效的信息，ChatGPT很好地解決了這一痛點(diǎn)。

在學(xué)習(xí)升華凝華時(shí)，很多學(xué)生對(duì)“只是所需條件不同，所有物質(zhì)都能升華”產(chǎn)生疑惑。于是學(xué)者向ChatGPT發(fā)問（如圖2）。

該問題是學(xué)生初學(xué)升華常見的問題，甚至新手教師對(duì)此問題也未必認(rèn)識(shí)到位。ChatGPT能快速給出參考答案，并列舉案例。

在進(jìn)行常規(guī)計(jì)算題測(cè)試時(shí)，ChatGPT已經(jīng)可以很好地使用物理公式進(jìn)行運(yùn)算，解決物理問題（如圖3），進(jìn)化速度非?？臁?/p>

可能是因?yàn)橛糜谟?xùn)練ChatGPT的文本和國內(nèi)教材存在差異，造成某些符號(hào)和單位不統(tǒng)一，但是計(jì)算流程符合規(guī)范，計(jì)算結(jié)果正確，確實(shí)能有效輔助學(xué)生做題。

（三）作為學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)者

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)是反映課堂教學(xué)效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。有針對(duì)性地展開評(píng)價(jià)測(cè)試對(duì)教師素養(yǎng)有極高要求。有學(xué)者利用ChatGPT初步設(shè)計(jì)了一份有針對(duì)性的測(cè)試卷（如圖4），如存在瑕疵可人工修改完善。

ChatGPT設(shè)計(jì)的測(cè)試題內(nèi)容比較豐富，包含選擇、計(jì)算和簡(jiǎn)答題三種類型，難度梯度逐漸增加，具有一定的參考價(jià)值。ChatGPT可以幫助教師和家長(zhǎng)快速檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，從而有針對(duì)性查漏補(bǔ)缺。

四、總結(jié)與反思

發(fā)展與應(yīng)用人工智能是大勢(shì)所趨。生成式人工智能進(jìn)步神速。有一款產(chǎn)品短短兩周就從開始的使用代碼解物理題，進(jìn)化到使用規(guī)范的物理學(xué)公式，同時(shí)在回答問題的速度和準(zhǔn)確性方面也有明顯提高。在未來?xiàng)l件成熟時(shí)，教師可以利用生成式人工智能輔助物理教學(xué)。

大勢(shì)當(dāng)前，堵不如疏，疏不如引，我們應(yīng)該盡早提出相關(guān)策略應(yīng)對(duì)生成式人工智能對(duì)教學(xué)的沖擊。人工智能時(shí)代，讓人類繼續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵是批判性思維和創(chuàng)造性思維。這就要求教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)盡量規(guī)避淺層學(xué)習(xí)，如背誦、記憶類任務(wù)，盡可能設(shè)計(jì)層層深入的探究活動(dòng)激發(fā)學(xué)生高階思維，使學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)生在應(yīng)用層面甚至是創(chuàng)造層面。同時(shí)，教師要允許學(xué)生發(fā)出不同聲音，提出不同想法，將創(chuàng)造力的火苗呵護(hù)好。教師不能將所謂的“乖”等同于“好”。如果將所謂的“皮”等同于“差”，長(zhǎng)此以往，教育就可能變成一種服從性訓(xùn)練，培養(yǎng)出的學(xué)生都是一個(gè)模子刻出來的，缺乏創(chuàng)造性和想象力。

此外，教師數(shù)字素養(yǎng)亟待提升，需積極主動(dòng)地接納并學(xué)習(xí)新技術(shù)，將技術(shù)服務(wù)于教學(xué)。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)對(duì)生成式人工智能提供的答案作出判斷，及時(shí)更正錯(cuò)誤，并引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)生成式人工智能在生成內(nèi)容方面的錯(cuò)誤展開討論，培養(yǎng)批判性思維。同時(shí)，教師不能依賴生成式人工智能的評(píng)估結(jié)果來判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。生成式人工智能不是物理教學(xué)專家，使用它來評(píng)估可能造成偏差，同時(shí)單一的評(píng)價(jià)工具也是不可靠的。政府層面也應(yīng)該主動(dòng)面對(duì)人工智能可能帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，在政策法規(guī)上及時(shí)做出調(diào)整，關(guān)注信息道德建設(shè)，引導(dǎo)人們正確使用相關(guān)技術(shù)。

機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存，善用則生，亂用則亡。最后以《流浪地球2》中的一句臺(tái)詞作為結(jié)束：人工智能的優(yōu)勢(shì)雖然無可取代，但是沒有人的文明將毫無意義。

注：本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十四期重點(diǎn)自籌課題“智慧學(xué)習(xí)視域下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究”（編號(hào)：2021JY14-ZB48）的階段性研究成果之一。

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（作者關(guān)善超系陜西師范大學(xué)教育學(xué)部在讀博士，江蘇省蘇州市陽山實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)校教師；宋志剛系江蘇省常州市鐘樓區(qū)教師發(fā)展中心副主任；李貴安系陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師）

責(zé)任編輯：祝元志