【给予】新一代人工智能应用背景下初中生创新能力培养策略研究

人工智能产业链union 2025-09-10 14:55
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朱勇 1 ,毛惠贤 2 ,周霞 2 ,查清 1 ,李双燕 1

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1. 黄石市第十四中学 湖北黄石 435002; 2. 湖北师范大学 湖北黄石 435000 )

DOI:10.3969/j.issn.1671-489X.2025.15.047


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摘 要: 随着数字化教育的加速推进,人工智能技术已被广泛应用于教育领域。在这一背景下,教育行业需要紧跟时代步伐,与迅速发展的智能技术相融合,以推动教育发展并实现其变革。自2022年OpenAI团队开发的ChatGPT问世以来,这一人工智能驱动的自然语言处理工具凭借强大的文本生成功能,迅速引起全球各行各业的广泛关注,以ChatGPT为代表的新一代人工智能为教育领域的教学与学习带来新的可能性。以ChatGPT为例,以初中生为研究对象,探讨创新能力培养的依据和方式,并基于ChatGPT在教育应用中的理论与实践进行探讨,深入分析新一代人工智能在初中生创新能力培养中的优势,并提出相关培养途径。
关键词: 初中生; 创新能力; 新一代人工智能; ChatGPT; 初中信息技术
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资讯配图0 引言资讯配图

当前,人工智能(AI)技术的迅猛发展正引领教育全面变革,自适应学习、个性化学习、智慧学习等研究热点凸显了智能技术与教育融合的不可逆趋势。美国高等教育信息化协会发布的《地平线报告(2019高等教育版)》将人工智能技术视为教育发展的关键技术。2021年12月在北京召开的“2021全球人工智能与教育大数据大会”,强调了人工智能技术在教育数据分析和智能课程设计中的广泛应用。党的二十大报告明确提出要“推进教育数字化,建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国”。代表性的人工智能应用(如ChatGPT)正成为人工智能教育应用成熟的引领者,为教育注入新的活力[1]
新一代人工智能应用正深刻影响教育领域,推动教育创新发展。以ChatGPT为例,OpenAI公司的生成式人工智能工具为教育带来新机遇的同时也带来挑战[2]。在教育领域,ChatGPT的应用尚处于起步阶段,虽然在初中生创新能力培养中表现出优势[3],但过度依赖ChatGPT可能对初中生的自律能力产生负面影响,阻碍其创新思维的发展。因此,本文在总结人工智能应用的基础上,深入探讨ChatGPT在教育中对初中生创新能力培养的优势和途径,引导创新能力的培养。

资讯配图1 创新能力的培养资讯配图

在当前社会迅速发展的背景下,初中生创新能力的培养至关重要。深入探讨创新思维与创新能力的概念,并系统介绍知识储备、开放心态、团队合作等方面的内容,对指导初中生创新能力的全面发展具有深远意义。

1.1 创新思维与创新能力的概念

创新是打破原有的思维模式,利用现有的理论知识与实践经验提出新的思路或见解并运用于实际生活的行为[4]。创新思维区别于一般思维,是指能够通过改变和重新组合现有的想法、知识来产生新想法与知识的思维方式,运行过程具有首创新或独创性、发散性或扩展性、流畅性或顺畅性、批判性或质疑性、综合性或整体性的特征[5]。创新能力则是指个人或团体在创新思维的基础上,通过创造性地运用知识和技能,实现创新的能力,这种能力运用到实践中可以带来经济效益、社会效益、思想进步和生态效益等[6]。由此可以看出,创新思维是创新能力的基础和最终目的,对初中生创新能力的培养主要是培养其创新思维,初中生通过转变思维方式,创造性地思考问题,基于创新思维的创新能力自然会得到提高。

1.2 创新能力培养的依据和方式

初中生创新能力培养是依据其培养标准分层次、由浅入深地进行,依据不同的培养标准,不同的培养方式有不同的培养内容,具体如下。
1.2.1 知识储备与技能经验的培养
丰富的知识储备和实践经验是创新的基础,只有拥有足够的知识和经验,初中生才能在此基础上迸发新的灵感,创造性地思考和解决问题。知识储备可以对实践作出指导,实践经验可以帮助学生在解决问题、动手操作时规避风险,高效地处理任务。在已有的知识与经验的基础上才能使创造力得以发展。因此,对于创新能力的培养,应该为学生提供全面的知识与实践经验,如教学中通过跨学科知识的融合来扩展学生知识的深广度,实验中通过开展实战项目训练来培养学生的实践经验。
1.2.2 开放心态与思维方式的培养
创新思维和开放心态是创新能力的内在影响因素,也是培养创新能力的内在支撑条件。社会的快速发展和新兴事物的不断涌现需要学生接受新思想和新方法,开放的心态可以帮助他们缓解因信息爆炸带来的压力,乐观面对并接受环境的改变,拓宽眼界,全面成长。创新思维的培养可以帮助学生转变固有的思维模式,打破惯性思考方式,准确、条理清晰地思考问题的解决方法,锻炼逻辑思维能力,循序渐进培养创新能力。
1.2.3 团队合作与交流能力的培养
创新能力往往与团队合作能力分不开,两者相互依存、互相辅助发展。创新性问题的解决需要不同领域的专业知识和技能,这使得团队合作不可或缺。此外,个体之间具有差异性,每个人擅长的领域和知识各不相同,要将这些差异聚焦于共同目标的达成和共同任务的解决,则需要团队的交流沟通。因此,学生应在团队合作和交流中培养创新能力,教师也应该注重学生团队合作和交流能力的培养,帮助他们发展社交技能和领导力。

资讯配图2 新一代人工智能应用概述资讯配图

人工智能一词是约翰·麦卡锡在1956年提出的,达特茅斯会议的召开标志着人工智能的正式诞生。

2.1 新一代人工智能应用发展

新一代人工智能应用发展迅速,国内外实验室不断跟进类似ChatGPT人工智能产品的开发和优化,增加其语言理解分析功能,提高模型的稳定性,以求实现人工智能应用智能性的最大化。具有代表性的新一代人工智能应用是在2022年11月30日由美国OpenAI研发的聊天机器人程序——ChatGPT。它是人工智能技术驱动的自然语言处理工具,能够通过理解和学习人类的语言来进行对话,根据聊天的上下文进行互动,真正像人类一样聊天交流[2],在智能客服、智能问答、机器翻译、文本摘要等领域的表现更加自然流畅。2023年2月9日,谷歌在巴黎发布聊天机器人Bard,是基于对话应用语言模型LaMDA开发的便捷式版本,使用更少的计算能力,使其能够扩展到更多的人,并提供额外的反馈。
除了国外的开发,国内也致力于研发适合自身语言特色的大规模人工智能应用,率先发布的是百度的“文心一言”,也称ERNIE Bot。而后,阿里发布“通义千问”进行小规模实验,接着华为和腾讯根据应用原理,分别提出盘古大模型和混元大模型,并在人工智能协会演示其应用。其他平台和研发机构也在布局类似ChatGPT产品研发,如京东的ChatJD、科大讯飞的认知智能大模型等。
由此可见,新一代人工智能应用响应社会发展趋势,结合最先进的人工智能技术,以日常生活层面为训练场,渗透信息社会的各行业,推动各领域发展。

2.2 新一代人工智能应用核心技术

新一代人工智能应用的核心技术是支撑产品落实和更迭的基础,主要针对Transformer模型和预训练—微调策略两方面。
Transformer模型是谷歌于2017年提出的一种基于注意力机制的深度神经网络模型,用于处理序列数据,包括自然语言、图像和音频等。新一代人工智能应用的Transformer神经网络模型就是基于不同位置元素不同的权重,利用元素之间的相关性来加权组合信息,引入自注意力机制,以不同角度计算注意力权重,获得更多细粒度的关注信息,具有很高的表现力和学习效率。
预训练—微调策略是指先使用大量的未标记数据进行预训练,然后针对特定任务和领域进行微调,这种策略可以有效提高模型的泛化能力和应用性能。在预训练阶段,新一代人工智能采用Transformer神经网络架构,在大规模数据集上进行无监督学习,可以学习语言的语法、语义、逻辑等方面的特征。预训练完成后,进入微调阶段,采用有监督的学习方法,即使用标注好的数据集进行训练,以调整模型在特定任务上的权重,以便更好地完成任务[7]

资讯配图3 新一代人工智能在初中生创新能力培养中的优势资讯配图

新一代人工智能技术,特别是代表性应用ChatGPT,在助力初中生创新能力培养方面具备独特优势。通过构建ChatGPT与各方面深度融合的概念模型,为初中生的多层次学习提供支持,构建培养创新能力的学习范式。

3.1 助力初中生个性化学习的实现,提高学习有效性

个性化学习指的是学习者在解决现阶段出现的问题时选择适合自己的学习风格、学习进度的学习资源、学习路径、学习策略和学习方法,从而实现有效学习。新一代人工智能应用如ChatGPT被视作人工智能发展史上迄今为止最为先进的自然语言处理工具,较之于早期聊天机器人,能够更自然、更准确、更连贯地执行对话任务[1]。本文以最近发展区理论为指导,设计新一代人工智应用ChatGPT实现初中生个性化学习流程图,如图1所示。
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图1   新一代人工智能应用对个性化学习的实现
初中生通过使用ChatGPT可以获得所需学习资源,调整学习内容和策略,找到自己的学习进度和节奏。同时,ChatGPT教育应用可以自动分析学生的回答并给出反馈,从而提供有针对性的指导和建议。此外,ChatGPT教育应用还可以利用学生的语言输入来推荐相关的教育资源,以便学生能够更加深入地掌握知识。由此可见,新一代人工智能应用融合了多方功能,采用自然语言处理技术分析学生需求,有效解决问题,实现个性化学习。
为满足新一代人工智能应用ChatGPT辅助教育教学改革需求,实现技术与教育的深度融合,并贯彻以学生为中心的教育理念,本文基于上述初中生个性化学习流程图,以初中信息技术学科为例,探究ChatGPT辅助初中生个性化学习的路径。图2展示了初中生使用ChatGPT的示例(部分),结合学习流程,ChatGPT在学生自学的各个阶段扮演不同的角色。在获取信息技术课程学习资源方面,ChatGPT主要起到资源推送的作用,根据初中生的需求,推送合适的资源。在学习过程中,学生通过与ChatGPT的多轮对话,即时解答遇到的问题,从而提高自学效率。在这一阶段,ChatGPT扮演学习同伴的角色,通过与初中生对话,了解学生存在的学习困难,提出问题,引导学生思考,并给予针对性指导建议。
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图2   初中信息技术学科教学设计示例及其对话进程(部分)
通过与学生进行多次对话,ChatGPT可以获取历史性信息,如学生的学习水平、学习重难点和学习目标,从而在巩固练习和拓展知识阶段推荐与信息技术课程相关的资源。

3.2 加大对初中生创新思维引导力度,培养其创新能力

新一代人工智能应用对初中生创新思维的引导可以先根据学生所提问题,帮助其梳理知识的发展脉络,进而根据迁移学习理论向其推荐问题解决的相关知识,拓展知识广度,加深知识理解,引导发散思维,培养创新能力。如图3所示,在教育领域,ChatGPT为学生提供了充分发挥自身主体性的机会,能够成为学生重要的学习伙伴与得力助手,促进学生发散性思维、创造性思维、批判性思维的培养,为学生思维发展提供广阔而全面的空间[8]。具体而言,ChatGPT教育应用可以通过引导初中生运用创新思维来培养其创新能力:通过让学生参与一些开放性的问题探究,培养他们多角度思考问题解决的方法;同时采用自然语言处理功能,在智能对话中积极引导学生探索和发现问题的本质。通过与类似ChatGPT的人工智能应用的交互,激发学生的创新思维和想象力。
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图3   新一代人工智能应用对创新思维培养的引导流程
为了检验ChatGPT在培养学生创新思维方面的有效性,本文利用ChatGPT对学生学习的引导、指导、交互和激发的功能,以初中信息技术课程教学设计为例,根据新一代人工智能应用对创新思维培养的引导流程图,从知识脉络梳理、开放性问题探究和问题本质探索等方面,探讨ChatGPT渐进式辅助初中生创新思维培养的过程。
为了更好地实现ChatGPT在教育中的应用,设计学习过程中的教育提示语。如设计链式问题:“教学设计的流程是什么?初中信息技术课程包含哪些内容?请根据教学设计流程为我写一份该课程内容的教学设计。”部分对话展示如图4所示。通过与ChatGPT进行多轮对话,学生可以梳理初中信息技术课程教学设计的知识脉络,从而培养逻辑思维;探究教学设计过程中的开放性问题,培养创造性思维。在设计教育提示语时,要求ChatGPT扮演拥有丰富教学经验的教师角色,向学生提出有关课程主题、学科应用和学生学情的问题并进行分析,最终设计初中信息技术课程某一主题的教学设计方案。
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图4   初中信息技术课程教学设计示例和教育提示语(部分)

3.3 提高初中生对学习资源的拓展与更新速率,促进其全面发展

学习资源是初中生不可或缺的学习依据之一,信息的大爆发让学习资源获取更便捷,种类更多样,但也带来信息冗杂烦琐、资源质量不高等弊端。新一代人工智能应用如ChatGPT拥有强大的信息整合能力,可以利用其自然语言生成功能融合多方信息促进知识整合,自动生成新的学习资源。如图5所示,ChatGPT可以根据学习目标自动生成题目,采用小步子原则,加深学生对知识点的理解;还可以通过丰富的语料库自动整合凝练阅读材料,言简意赅地呈现给学生,拓展其知识面,同时适应初中生快速阅读的特点,提高信息的价值。此外,ChatGPT教育应用还可以通过学生的语言输入进行学习评估,进而自动生成相应的练习题,以帮助学生巩固知识点。
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图5   新一代人工智能应用对学习资源的拓展与更新
新一代人工智能应用拓展了学习资源的广度和深度,提升了资源的更新速率,满足了学习内容的多样化和时效性需求,能够针对不同特点的学生精准推送所需资源。
同时,其强大的学习能力可以了解初中生的学习特征,按照其学习风格、学习方式和学习能力,结合最近发展区理论推荐学习资源,促进初中生创新能力稳步成长。以初中信息技术课程教学设计为例,ChatGPT除了可以在初中生自学阶段推送学习资源外,还可以在教学前期依据学生的指令生成符合学习目标的题目,从而助力初中信息技术课程教学的开展。在学习评估阶段,ChatGPT通过自动生成练习题,可以帮助学生巩固所学知识点。在教学设计最后的巩固练习和扩展延伸阶段,ChatGPT可以实时更新语料库,自动整合凝练材料,提供信息技术前沿热点,满足学生知识拓展的需求。部分练习题设计与知识拓展如图6所示。
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图6   初中信息技术课程练习题设计与知识拓展(部分)

资讯配图4 新一代人工智能应用培养初中生创新能力的途径资讯配图

随着ChatGPT等大型语言模型的发展和人工智能技术对教育领域影响力的增强,教育界尚无法准确衡量该技术广泛应用的利弊,但教育改革的推动需要学习者站在时代变革的起点,加强新一代人工智能教育应用。中学教育是实现人才培养目标的重要一环,初中生创新能力的培养是国家教育发展的基石和动力。
针对如何利用新一代人工智能应用培养初中生的创新能力,本文从国家层面、学校层面、教师角度和学生角度提出建议,以规避人工智能应用风险,最大化发挥其潜能优势。具体途径如图7所示。
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图7   新一代人工智能应用培养初中生创新能力的途径

4.1 营造安全的新一代人工智能应用社会大环境,助力初中生创新能力稳步发展

对于新一代人工智能应用社会大环境的营造,国家可以通过资金和政策支持来推动新一代人工智能教育应用在初中生创新能力培养方面的应用。近些年,国家政策对人工智能赋能教育持积极支持态度。在国家政策的支持下,各地紧跟时代发展出台新一代人工智能应用政策,2022年年底前,上海、深圳、济南—青岛、北京、天津、杭州、广州、成都、南京、武汉、长沙等11个国家人工智能创新应用先导区陆续发布当地人工智能专项行动方案或发展规划。越来越多的地方政府竞相出台相应政策支持新一代人工智能技术发展,但针对其教育应用的相关政策支持仍然较少。国家应制定人工智能教育政策,将人工智能教育纳入教育体系,鼓励学校开设人工智能相关课程,培养人工智能领域的创新人才。

4.2 增强学校学习场景的真实性和实践性,促进初中生创新能力高效发展

学校是初中生参与学习的真实场景,是一个缩小版的社会,初中生各方面的成长基本上是在学校实现的。学校担负着为国家培养人才的重要任务,对教育改革起着实践指导作用,由此可见学校教育对学生全面成长的重要性。新一代人工智能教育应用能够辅助学校学习场景构建,将经过人工智能技术筛选整合的知识作为实践性项目的理论指导,扮演智能教师角色,通过与初中生实时交流,增强学习场景的真实性,帮助学生深入理解知识、解决知识盲点、拓展知识深度,从而培养创新思维。同时,新一代人工智能教育应用的虚拟环境可以为初中生提供个性化的实验场所,增强学习场景的实践性,使学生能够按照自己的想法与学习节奏开展实践操作,促进创新能力培养。此外,教育改革试点学校应通过提供更多的基于新一代人工智能应用的教育工具以促进学生创新能力的培养。

4.3 转变教师教学观念和革新教学技术,助力初中生创新能力持续发展

新一代人工智能技术的运用影响着教师教育观念的转变和教学方法的革新,促使教师不再限于传统的教学观念和教学方法。新时代要求教师必须向研究型教师转型,将人工智能技术融入教学,探索新的教学模式、教学方法与教学策略,解决教学实际问题。以ChatGPT为代表的人工智能应用可以辅助教师开展教学活动,转变教学观念,更新教学手段,关注初中生创新思维的发展,助力他们的创新能力持续发展。此外,人工智能教育应用的更新换代需要教师教学观念的同步革新,这样才能跟上时代的步伐,践行教育先行的理念。人工智能技术与教育的融合是教育改革的必然趋势,但技术革新对教师来说是一个挑战。为此,教师可以通过参加职业培训、接受人工智能领域的专业培训、研究基于新一代人工智能技术的教育应用等方式,掌握最新的知识和技术,提高技能水平和教育素养,从而更好地进行学生创新能力的培养。同时,教师还可以通过设计课程、组织竞赛、提供实践机会等方式,激发学生的兴趣和好奇心,引导学生积极参与人工智能创新活动,为学生提供更多的机会来锻炼创新能力。

4.4 加强学生学习自主性和创造性,确保初中生创新能力健康发展

新一代人工智能应用拥有强大的数据收集和分析能力,可以为学生提供精准的解答,推送个性化学习资源[9],实时解决疑难问题,节省学生查找、筛选与整合信息的时间,使他们能将更多的时间投入想法的创新。学习资源的便捷获取、学习任务的实时解决和想法的快速实现,能够加强学生学习的自主性。同时,新一代人工智能应用具有强大的文本分析能力,能够利用信息组合能力对已有的文本进行分析组合,生产出“新”的文本内容,帮助初中生在已有的知识支撑上产生新的想法,增强学习的创造性。此外,将新一代人工智能应用作为辅助初中生学习的工具与载体,提高学生使用人工智能技术的认知水平,认准新一代人工智能教育应用的定位。作为新一代人工智能教育应用的直接使用者,初中生需要克服对人工智能技术的过度依赖,加强学习的自主性和创造性,促进创新能力健康发展。

资讯配图5 结束语资讯配图

随着人工智能技术的深入应用,新一代人工智能应用有可能彻底改变人们在日常生活中获取信息的方式和与人工智能互动沟通的方式[10]。以ChatGPT为代表的人工智能应用所具备的分析能力在一定程度上揭示了人工智能的应然前景,展现出“未来已来”的现实震撼[11]。本文以ChatGPT为列,分析新一代人工智能应用对初中生创新能力培养的优势,探究其培养初中生创新能力的途径,旨在最大化发挥其潜能优势,推动人工智能技术与教育相融合,提升初中生的创新能力。未来,研究将进一步探索新一代人工智能教育应用在初中生创新能力培养方面的具体实现方案,并结合教育场景的特点和需求进行优化,注重教育理论和实践的结合,为构建更加智慧、创新的教育体系贡献力量。
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1 邱燕楠,李政涛.挑战·融合·变革:“ChatGPT与未来教育”会议综述[J].现代远程教育研究,2023,35(3):3-12,21.

2 崔宇红,白帆,张蕊芯.ChatGPT在高等教育领域的应用、风险及应对[J].重庆理工大学学报(社会科学),2023,37(5):16-25.

3 黄建.人工智能产业发展对教育行业的影响与挑战:以ChatGPT为例[J].经济界,2023(2):76-80.

4 武青.新时代高校大学生创新能力培养研究[D].昆明:昆明理工大学,2022.

5 赵迪.创新思维:科学知识增长的灵魂[D].长春:吉林大学,2018.

6 钱昭楚.大学生创新能力的价值内涵及培养路径[J].中国成人教育,2016(1):83-85.

7 孟杰.人工智能课程实施探微[J].教育研究与评论(中学教育教学),2022(12):91-96.

8 张绒.生成式人工智能技术对教育领域的影响:关于ChatGPT的专访[J].电化教育研究,2023,44(2):5-14.

9 冯雨奂.ChatGPT在教育领域的应用价值、潜在伦理风险与治理路径[J].思想理论教育,2023(4):26-32.

10 焦建利.ChatGPT助推学校教育数字化转型:人工智能时代学什么与怎么教[J].中国远程教育,2023,43(4):16-23.

11 吴晓林,邢羿飞.知识复制抑或创新激发?:人工智能(ChatGPT)对社科类研究生教育的挑战与机遇[J].广西师范大学学报(哲学社会科学版),2023,59(2):66-74.

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作者简介:朱勇、中学高级教师。

作者简介:查清,中学高级教师。

文章编号:1671-489X(2025)15-0047-08

出版日期:2025-08-15

网刊发布日期:2025-08-29

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