生成式人工智能赋能小学信息科技跨学科主题教学实践研究

引言：

在当今数字化时代，科技的快速发展对教育提出了新的要求。小学信息科技教育不仅要传授学生信息技术知识和技能，更要培养学生的创新思维、实践能力和跨学科综合素养。跨学科主题教学作为一种新兴的教学模式，强调打破学科界限，整合多学科知识，以解决实际问题为导向，培养学生的综合能力。生成式人工智能作为人工智能领域的重要分支，具有强大的语言生成、图像生成等能力，为小学信息科技跨学科主题教学提供了新的工具和手段。将生成式人工智能应用于小学信息科技跨学科主题教学中，有助于提升教学效果，培养适应未来社会发展的创新型人才。

一、生成式人工智能赋能小学信息科技跨学科主题的必要与可行性

生成式人工智能对小学信息科技跨学科主题教学有强烈的必要性。传统的学科教学基本采用的是单科教学的知识传授形式，小学生缺乏跨学科的思维能力与实践能力。跨学科主题教学是需要多学科知识与资源融合的，以往的学科教学方法与手段不能满足跨学科主题教学的需求。生成式人工智能可以根据学科教学需求，生成多样性的教学资源，如生成文本资源、生成图像资源与视频资源等，帮助学科教学，还可以使用生成式人工智能模拟真实的教学情境，让学生在解决真实情境问题的过程中发展出跨学科的教学思维与实践能力。

从可行性方面来看，随着人工智能技术的不断发展，生成式人工智能的性能和稳定性不断提高，其应用门槛也逐渐降低。在小学教育中，学生对新鲜事物充满好奇心，对科技产品具有较高的接受度。同时，学校的信息技术设备不断完善，为生成式人工智能的应用提供了硬件保障。此外，教师也逐渐认识到跨学科主题教学的重要性，愿意尝试新的教学方法和技术，为生成式人工智能的应用提供了师资支持。

二、当前小学信息科技跨学科主题教学存在的问题

虽然跨学科主题教学对小学信息科技教学有着十分重要的作用，但在实际教学的过程中也有着一些不足。第一，缺少教学资源。跨学科主题教学需要多种学科的知识和资源，但目前并没有很多关于跨学科主题教学的教学资源提供给教学教师使用，不能满足实际的教学需求。第二，教学方法单一。传统的教学方法主要由教师进行讲授，学生不能充分地参与教学，实践能力也不强。在一定程度上限制了学生创新思维的开发。第三，教师的跨学科教学能力。跨学科主题教学要求教师需要有多种学科的教学能力，但目前大多数教师专业背景单一，没有跨学科的教学经验和知识结构。第四，评价体系不健全。传统的评价体系中以学生的分数评定较为常见，而对学生的跨学科能力和综合能力难以进行全面评价。

三、生成式人工智能赋能小学信息科技跨学科主题教学的策略

（一）加强教师培训

1.分层次设计培训内容

在培训内容上应根据教师的信息技术应用水平进行分层培训。对于信息技术应用水平低的教师，从了解生成式人工智能的基本概念、基本操作开始，如生成式人工智能是什么，如何使用一些流行的生成式人工智能工具（如文本生成工具、图像生成工具）等。对于有一定水平的教师，可围绕如何将生成式人工智能应用于跨学科主题教学的设计，如如何利用生成式人工智能生成跨学科教学资源、设计跨学科问题情境等进行设计。对于信息技术应用水平高的教师，可进行关于如何将人工智能应用到教学评价、教学创新等方面的知识培训，如借助人工智能分析学生学习数据、进行智能化教学评价等。

2.拓展培训资源

与其他学校建立合作关系，共享优质的教学资源和师资力量。例如，组织校际间的生成式人工智能教学研讨会、公开课等活动，让教师能够学习到不同学校的优秀教学经验。同时，整合网络上的优质生成式人工智能教学资源，如在线课程、教学视频、教学案例等，为教师提供丰富的学习资源。鼓励教师利用在线教育平台进行自主学习和交流。邀请生成式人工智能领域的专家、教育技术专家以及有丰富教学经验的一线教师来校讲学，为教师传授最新的技术知识和教学经验。

例如，“数据与编码”相关课程，教师可以利用生成式人工智能辅助个性化教学。首先，教师利用人工智能分析每个学生对编码的理解程度。对于掌握得较好的学生，系统可以推送更具挑战性的高级题目，例如让学生利用编码设计一个复杂的班级活动报名系统，鼓励他们进一步拓展和深化对编码的理解。对于基础较弱的学生，系统则可以提供更多的基础知识练习和直观的教辅材料，如通过动画演示编码的基本原理，帮助他们打好基础。同时，人工智能还可以用于模拟实践教学场景，让学生利用编码进行班级管理。例如，学生可以在虚拟环境中利用编码设计班级考勤系统、图书借阅系统等。智能系统会记录学生在虚拟环境中的学习数据和表现，为教师提供更全面的学生学习情况反馈，以便教师进行更精准的教学指导。

（二）丰富教学资源

1.利用生成式人工智能动态生成个性化资源

生成式人工智能可以根据学生学习状态和学习兴趣动态生成个性化教学资源和内容。教师将学生的作业完成状况、考试分数、课堂表现等学习数据导入生成式人工智能系统，通过系统分析学生学习特征及学习需求，为学生生成个性化学习资料和内容，例如，生成适合学生水平程度和学习兴趣的学习资料，包括练习题、拓展阅读材料、学习视频等。如对于编程天赋比较高的学生，为他们生成更具有挑战性难度的编程项目或算法等；对于理解能力稍差的学生，为其生成更具有基础性讲解的资料与案例等。

2.借助生成式人工智能整合多学科知识资源

打破学科壁垒，用生成式 AI 整合不同的学科知识、技能和方法。教师可以构建一个跨学科的主题，例如“环境保护”，让生成式 AI 从语文、数学、科学、艺术等多个学科领域输出相应的教学资源，如语文学科生成与环保相关的诗词、故事、演讲稿；数学学科输出环保数据的统计分析试题；科学学科输出环保原理、生态知识等内容；艺术学科输出环保主题的绘画教学、手工作业等内容，让学生围绕一个主题学习多个学科的知识，培养综合运用的能力。

3.基于生成式人工智能设计跨学科教学案例和活动方案

生成式人工智能还可以设计丰富的跨学科学习的实践性教学案例和方案，针对不同的教学目标和学生情况，生成趣味、有趣的教学活动。例如，设计“校园数字化改造”跨学科项目，需要学生综合应用信息科技、数学、物理、美术等多个学科的知识，完成校园内的某区域的数字化设计，包括设计图纸、成本估算、编写程序实现某个功能等。同时，生成式人工智能也可以为每一个教学案例和活动方案，生成具体的实施步骤、教学方法、评价标准等，供教师组织教学。

4.利用生成式人工智能拓展教学资源的呈现形式

除了文本、图形、图像、视频这些传统教学资源的表达形式外，生成式人工智能能够制作出更多新的表达形式。比如结合虚拟现实（VR）、增强现实（AR）技术，为学生提供沉浸式的教学资源。教师可以使用生成式人工智能依据教学内容制作出相关的 VR、AR 内容，在学习历史人文知识时，使学生通过 VR 技术身临其境地了解古代的建筑、生活等；在学习自然科学知识时，运用 AR 技术让学生观察微观世界、宏观宇宙。另外还可以制作出互动性的教学资源，比如在线游戏、模拟实验等，使学生的参与感更强。

例如，信息科技与语文跨学科的“故事创作与数字呈现”

在语文课本中有关写作故事的学习内容，在信息科技课本中涉及到文档编辑软件、图形编辑软件、演示文稿软件等内容。教师可以联结起两者的内容，采用基于生成式人工智能的跨学科学习活动设计。首先，让学生选择语文课本中某个主题或者元素，如神话传说、历史典故等，应用生成式人工智能的创意灵感和剧情模板，创造出一个属于自己自己的故事。而后，利用信息科技课学习的文档编辑软件对故事进行编辑与修改、格式排版，使其规整、整洁。再后，通过图形编辑软件给故事绘制插图，也可以让学生通过生成式人工智能

根据故事内容来设计绘画。最后将故事和插图一并投放至演示文稿，形成一个生动形象的数字故事作品，并在全班中进行分享。

又如，信息科技与数学跨学科的“数据统计与可视化分析”

在数学课本中有数据统计与分析章节，信息科技课有电子表格软件的使用、数据可视化工具的使用。教师可以以“校园生活数据统计”为主题设计跨学科教学。学生收集校园中各种数据，例如学生的身高、体重、兴趣爱好、每天的睡眠时间等。用电子表格软件对数据进行整理计算，例如计算平均数、中位数、众数等。在计算过程中，可以利用生成式 AI 提供的数据处理公式和计算方法。然后再根据数据用数据可视化工具或利用生成式 AI 生成的可视化模板来制作图表、图形，例如柱状图、折线图、饼图等，从而直观地表现数据的分布与变化。最后让学生根据数据分析结果，撰写一份分析报告，陈述自己观点与结论，培养学生的数据分析能力与表达能力。

（三）创新教学方法

1.项目式学习引导

利用生成式人工智能生成难度适度的跨学科项目。首先，教师设定一个跨学科项目主题，比如“优化校园环境”。然后教师利用生成式人工智能根据项目主题生成具体的项目计划，包括项目的阶段目标、需要完成的具体任务以及完成这些任务的学科知识，学生以小组方式实施项目，在实施项目的过程中需要综合运用不同学科的学科知识，例如，对校园环境问题进行信息收集时需要运用信息科技的相关知识，校园环境优化的数据处理需要运用数学的相关知识，校园环境优化的设计与创意需要运用美术和科学的知识。教师在项目实施过程进行指导和辅导，利用人工智能对学生的作业或者项目作品进行实时诊断，对学生提出建议，指导解决学生作业或者项目实施的问题。

2.情景模拟教学

使用生成式人工智能开展逼真的跨学科情景模拟。由教师布置情景主题（例如“未来城市交通规划”），生成式人工智能构建城市等环境（例如道路、建筑、交通工具等）。学生在这些情景模拟中扮演不同角色（例如城市规划师、交通工程师、市民等），运用信息科技知识开展交通数据收集、分析等，运用地理、数学知识开展道路规划、流量计算等，运用社会科学知识开展市民需求与意见收集等。这种情景模拟能更深刻地帮助学生理解跨学科知识运用，提高解决真实问题的能力。

3.个性化学习路径规划

生成式人工智能可以根据每个学生的学习情况、兴趣爱好和能力水平，为其规划个性化的跨学科学习路径。教师通过收集学生的作业、测试成绩、课堂表现等数据，输入到生成式人工智能系统中，系统分析后为每个学生制定专属的学习计划。例如，对于对编程感兴趣的学生，可以在信息科技课程中增加更多的编程项目，并结合数学和逻辑思维的训练；对于对艺术创作感兴趣的学生，可以将信息科技与美术、音乐等学科相结合，让他们运用信息科技工具进行艺术创作。同时，生成式人工智能会实时跟踪学生的学习进度，根据其表现调整学习路径，确保每个学生都能在跨学科学习中取得最大的进步。

4.协作学习与智能互动

组织学生进行跨学科的协作学习，利用生成式人工智能搭建智能互动平台。在平台上，学生可以共同讨论问题、分享想法、合作完成任务。生成式人工智能可以实时监测学生的交流情况，当出现分歧或困难时，提供相关的知识和建议，引导学生进行深入思考和有效沟通。

例如，“蔬菜种植项目”，在这个案例中，以小学信息科技课程为基础，结合农业、数学、科学等学科知识。利用生成式人工智能设计教学方案，学生首先通过信息科技手段，如互联网搜索、农业应用程序等，了解蔬菜种植的基本知识和技术。在种植过程中，运用数学知识进行土地面积计算、种子数量统计、肥料用量配比等。同时，从科学角度观察蔬菜的生长过程，了解植物的生长规律和生态环境的影响。学生还可以利用信息科技工具记录蔬菜的生长情况，制作成图表和报告。生成式人工智能可以为学生提供实时的种植建议，如浇水时间、施肥量等，帮助学生提高种植成功率。通过这个项目，学生不仅掌握了信息科技的应用技能，还综合运用了数学、科学等学科知识，提高了实践操作能力和团队协作能力。

结论：

生成式人工智能为小学信息科技跨学科主题教学带来了新的机遇和挑战。通过将生成式人工智能应用于教学实践中，可以丰富教学资源、创新教学方法、提升学生的综合素养。然而，在应用过程中也存在一些问题，需要学校、教师和社会共同努力加以解决。未来，随着生成式人工智能技术的不断发展和完善，其在小学信息科技跨学科主题教学中的应用前景将更加广阔。我们应积极探索生成式人工智能在教育领域的应用模式和方法，为培养适应未来社会发展的创新型人才做出贡献。

参考文献：

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