生成式人工智能在中小學信息科技學習資源建設中的應用——以初中信息科技“校園氣象站”單元為例

如何應用生成式人工智能賦能中小學教育，尤其是優化和重構學習資源，更好地促進學生學習，這是一個亟待探究解決的問題。本文以初中信息科技“校園氣象站”單元為例，詳細闡述如何利用生成式人工智能賦能學習資源建設，并通過動態生成視頻情境、創建交互式網頁等措施，將抽象內容情境化、復雜任務結構化、學習過程可視化，旨在為一線教師提供生成式人工智能賦能學習資源建設的新思路和應用范式，凸顯技術革新下“以學生為中心”的深度學習發生機制。

當前，以大語言模型（LLM）和多模態模型為核心的生成式人工智能技術正以前所未有的速度重塑社會各領域。中小學教育也隨之面臨著前所未有的機遇與挑戰。學習資源作為教與學的重要載體，其質量直接影響著教育教學成效，然而，傳統的學習資源建設長期受困于開發周期長、內容同質化嚴重、更新滯后等問題，而生成式人工智能以其強大的內容生成、多模態轉換和個性化適配能力，為解決這些痛點提供了全新的技術路徑，為中小學信息科技課堂學習資源建設提供了新的探索契機和方向。

因此，筆者在“校園氣象站”單元中（共四個課時，分別是《設計與搭建校園氣象站》《氣象數據監測系統的設計與實現》《降雨報警系統的設計與實現》《優化展示我的校園氣象站》），以創建并優化校園氣象站系統為核心內容，在不同課時、不同學習階段探索生成式人工智能在中小學信息科技學習資源建設中的應用。

利用生成式人工智能動態生成沉浸式學習情境

隨著智能工具的不斷發展和應用，傳統的“師-生”二元結構逐漸被“師-機-生”三元結構所取代。這種轉變使情境創設階段可以通過人機交互的形式進行，讓機器輔助教師生成更加豐富和多樣化的情境呈現資源。傳統的情境創設依托于教師口述、講解，學生作為“聽故事的人”很難在極短的時間內投入到情境中，而K12階段的學生對動態信息，如視頻、音頻等接納度更高，接受速度也更快，因此，將教師講故事轉化為學生自行觀看短視頻的形式更貼合學生認知特點。

在《降雨報警系統的設計與實現》一課中，需要創設一個這樣的情境：突然降雨，但值日生忘記關窗了，導致教室里漏雨，學習用具被浸濕。教師引導學生思考，怎樣才能避免這種情況的出現，從而拋出這節課的關鍵問題：降雨報警系統如何設計與實現？在傳統的情境引入中，教師通常會搜索幾張下雨或教室進水的圖片，或提前錄制一小段雨天教室進水的視頻。前者不夠形象，很難將學生拉入情境中，后者實現難度較大，耗費人力物力各類資源成本。因此，筆者運用DeepSeek和即夢，以動畫形式生成這一情境。首先，參照羅允等人提出的提示詞構建方法，從明確任務和角色、任務詳細指導、任務標準定義等方面給出DeepSeek提示詞，利用DeepSeek進一步處理優化已經創設好的情境描述，生成可直接供即夢使用的分鏡頭Prompt（如下表）。然后，將DeepSeek生成的分鏡頭提示詞輸入給即夢，通過即夢可以在短時間內快速生成可觀性較強的短動畫（如圖1）。課堂行為觀察結果顯示，90%以上的學生視線緊隨視頻，在視頻播放完后有思考動作，這在一定程度上反映出學生投入度較高。

圖1 即夢生成的動畫截圖

利用生成式人工智能搭建多樣態學習支架

學習支架是為學生提供“有援環境”的必備要素，通常可以分為范例、問題、建議、向導、圖表等。除了這些可設計的支架外，支架還有更為隨機的表現形式，如解釋、對話、合作等。生成式人工智能在教育領域的快速發展為學習支架提供了更多樣態。

以《設計與搭建校園氣象站》這一課時為例，學生需要認識各類傳感器，并在了解傳感器功能后，分析、設計校園氣象站的搭建目標及所包含的各級子系統，能根據目標選擇合適的傳感器完成搭建。在這一過程中，學生需要厘清思路，確定自己完成任務的路徑，這需要適切的學習支架。筆者利用DeepSeek為學生搭建了一個直觀的網頁學習記錄平臺，幫助其更快梳理思路。與運用生成式人工智能生成動態視頻的方法類似，它同樣需要先確定好提示詞，向DeepSeek提出明確要求，之后DeepSeek即可在不到一分鐘的時間內生成一段HTML代碼，將其保存至本地并改為網頁格式，便生成了如圖2所示的網頁。當然，教師需要檢查目標是否達成，若未能完全實現，要繼續追問，讓DeepSeek通過上下文語義理解多次優化結果，直至目標達成。

圖2 DeepSeek生成的HTML網頁（未經美化）

此外，教師很難在課堂教學中關注到每個學生，對學生學習過程中的問題難以及時給出答復，這可能會造成部分很有價值的生成性問題被忽視或少部分學生的共性問題被遺漏。在以往的研究中，已經有學者提出智能學伴的重要性，智能學伴對促進學習互動、為學生提供個性化支持與輔導、增進情感交流等均有重要作用，但傳統智能學伴也有一些短板，如感知性差、教學適用性低、對話問答理解能力弱等。大語言模型以其強大的推理和表達能力賦能智能學伴，可以讓智能學伴真正“智能”起來。但對于K12階段的學生而言，直接讓其面對如文心一言、Kimi等大語言模型會在倫理上存在一定的風險。

因此，筆者認為可以在課前構建并訓練一個適合教學、符合K12學生心理和認知特征的答疑對話智能體，當學生問出與課堂無關或部分敏感話題時，被訓練過的智能體能夠制止，不予回復并生成新的與課堂內容相關的問題，將學生引導回課堂思考中，這樣既可以解決學生“有疑問、無處問、無人答”的問題，也能夠避免學生“無疑問、四處問、胡亂答”的問題。

利用生成式人工智能優化形成個性化學習成果

學生經過前三個課時的學習，已經產出了校園氣象站系統雛形，但過于同質化，缺乏創新點。在《優化展示我的校園氣象站》這一課中，教師可以將生成式人工智能介紹給學生，將其作為“小助手”幫助學生不斷優化、改進自己的校園氣象站系統，具體可以從以下兩個方面入手。

（1）運用生成式人工智能得到系統功能優化建議。對于那些具備初步想法，但由于對傳感技術及開源硬件了解少、認識不足，很難落實到實踐中的學生，可以利用生成式人工智能生成思路，學生需要評估這些思路的可行性。而那些難以找到程序中的錯誤的學生，則可以將程序截圖或復制代碼，撰寫恰當的提示詞，告知生成式人工智能工具，嘗試讓其協助識別并找出程序中的錯漏。

（2）用Kimi等生成講解初稿，然后進行批判性修改。在這一學習過程中，學生依舊是學習的主體，教師需要協調并指導學生合理應用生成式人工智能。通過這種方式，學生不僅能夠掌握知識與技能，還能夠鍛煉自己的創造力和批判性思維，為未來的學習和工作打下堅實的基礎。

利用生成式人工智能伴隨記錄學習評價

隨著智能技術的不斷進步和廣泛應用，知識獲取方式和人際交互方式已發生深刻的變革。在這種背景下，教學評價的目標也從傳統的傳授知識轉向了提升學生的綜合能力和素養。學習評價不再僅僅是對學生掌握知識和技能的單一考量，而是更加注重對學生素養發展和能力提升的全面影響。為了實現這一目標，教師可以創造或應用學習評價智能體，或利用生成式人工智能構建評價平臺，記錄、追蹤學生學習過程，并對其學習效果及時反饋，幫助學生及時調整學習策略和進度，形成差異化的相關拓展學習內容推薦。

但是，在學生應用生成式人工智能工具的前期，教師要不斷監測并審核學生的學習數據，以確保學生能夠獲得真正的幫助和提升，同時避免可能產生的負面影響。

生成式人工智能在學習資源建設中的實踐成效

生成式人工智能在學習資源建設中的應用，將教師從繁重的資源創作中解放出來，將學生從不適合的學習資源中掙脫出來，學生和教師的精力都從集中于低階的“技術實現”轉向集中于高階的“問題定義（Prompt的設計）”“思維邏輯”，初步建立起人機協同的思維模式。通過一個單元的教學實踐，學生的學習動機高漲，貼合情境的動畫短片、快速對答的大語言模型等，讓學生看到“所想即所得”的可能性，極大地激發了學生的學習興趣。學習資源高度適配，每個學生與生成式人工智能的交互都是個性化的，有了生成式人工智能的助力，教師也可以更輕松地在課前準備好適合不同學生的差異化學習資源。此外，生成式人工智能也促進了過程性評價落到實處，通過任務清單與評價量表的對應，讓整個學習過程和成果可視化，多維度、多主體評價更便捷。

生成式人工智能在學習資源建設中的應用挑戰及應對策略

與成效相伴而來的就是挑戰。首先，人工智能生成的內容并不都是可靠的，因此學生要有辨別人工智能生成“幻覺”的能力。在讓學生使用人工智能工具或人工智能生成的工具前，教師要對該工具進行可靠性驗證評估，將人工審查作為必不可缺的前提條件。同時，也要引導學生理解人工智能是輔助者而非權威，要有質疑的勇氣和批判的精神。其次，要引導學生明確課堂規則，形成版權意識。人工智能生成的作品（音視頻等）僅可用于課堂學習和校內展示，不可用于要求原創的競賽、評比等，同時，要對人工智能生成的內容做好標注。最后，學生與生成式人工智能在學習過程中的角色分工不可模糊。學生在遞交學習成果時需附一份說明，講明哪些部分是依賴人工智能生成，哪些部分為原創（包括創作、修改），以及為什么要這樣設計，為后續的評價提供依據。

本文作者：

馬語鑫

上海師范大學附屬第五嘉定實驗學校

文章刊登于《中國信息技術教育》

2025年第15期

引用請注明參考文獻：

馬語鑫 .生成式人工智能在中小學信息科技學習資源建設中的應用——以初中信息科技“校園氣象站”單元為例[J].中國信息技術教育，2025（15）：16-19.

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