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人工智能在社会性科学议题教学中的应用

随着信息技术飞速发展，人工智能为教育教学领域带来了新的机遇。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课标”）要求学生关注社会性科学议题并参与讨论，但在教学中，受教学时间紧张和议题资料收集困难等因素影响，社会性科学议题的教学效果往往不尽如人意。为解决这一问题，笔者探索利用生成式人工智能辅助教学，以“转基因产品的安全性”为例，应用人机互动模式，引导学生深入探讨这一社会性科学议题，以提升学生的批判性思维和科学素养。

一、人工智能时代社会性科学议题教学分析

以人工智能为代表的信息技术是新一轮教育创新发展的重要驱动力，利用人工智能促进教育变革创新已成为世界各国重要的战略方向，而开展人工智能赋能教与学的研究是发展“人工智能+教育”的核心任务[1]。在此背景下，如何利用人工智能赋能课堂教学成为当前研究的核心任务之一。课标指出：学生应关注社会性科学议题，参与讨论并做出理性解释。由于个人立场、价值观等有差异，这些社会性问题往往存在争议，一般没有最优解决方案，具有开放性[2]。社会性科学议题作为将科技与社会相连接的教育主题，其在教学中的融合对于学生学习科学知识，培养科学思维方式、科学探究能力、科学态度与社会责任都具有重要意义。开展基于社会性科学议题的教学能提升学生的科学素养水平，是落实我国课程标准要求的有效尝试[3]。教学过程中，受限于教学时间紧张、议题资料收集困难等因素，社会性科学议题的教学效果往往受到挑战。以ChatGPT为代表的生成式人工智能基于自然语言处理技术，能模拟人类对话方式与用户进行交互，具有强大的内容理解与生成能力。该技术的出现为有效实施社会性科学议题教学提供了新的可能性。

（一）生成式人工智能的设计与优化

在本课例中，笔者重点探索如何开展多轮对话和人机互动，引导学生深入理解转基因产品的安全性问题。为此，设计了一系列基于“转基因产品的安全性”这一科学议题的专属生成式人工智能体（以下简称“智能体”），以确保有效支持学生的学习需求。利用字节跳动公司开发的“扣子”平台来设计智能体。为帮助学生多角度充分发表见解，笔者设计了六大智能体，分别对应不同的立场相关者，包括“转基因科学家”“转基因食品供应商”“传统食品供应商”“政府工作人员”“普通消费者”“转基因食品消费者”。其中，“转基因科学家”“转基因食品供应商”“政府工作人员”“转基因食品消费者”对转基因食品持支持态度，“传统食品供应商”和“普通消费者”则持反对态度。这些角色的观点可能一致，但因角色立场不同，支撑其观点的理由各有不同。例如，“转基因科学家”重视科学研究和实验数据，而“转基因食品供应商”则更关注经济效益。基于特定角色设计多个智能体在教学过程中能帮助学生理解。面对同一议题，不同立场的人可能基于不同的动机做出不同的判断，这有利于学生深入认识社会性科学议题的复杂性。

为了确保智能体的回答能准确反映其角色的专业领域和立场，我们需要借助平台为智能体设计符合角色立场的提示词并导入相关插件。例如，将“转基因科学家”角色设定为“讲科学讲实证，提供丰富的科学实验证据佐证观点”，该智能体的提示词设定和导入的插件需要为其“人设”服务。教师可以使用以下的提示词对该智能体的人设和回复逻辑进行初步设定：“你是一名热衷于科普且坚定支持转基因产品的科学家，能够运用丰富详细的实验证据以及科学原理，以清晰易懂的方式为大众阐释经过严格安全审查的转基因产品的安全性。”接着可利用平台自带的AI提示词优化功能自动优化提示词，使提示词符合平台的格式规范要求。设定智能体的“人设与回复逻辑”之后就可创建一个大致符合要求的智能体，但仍需要不断测试优化。测试发现，该智能体的回答过于简略，且没有提供详细的实验证据来证明转基因产品的安全性。为使智能体的回复更符合角色逻辑，需要对该智能体的“人设与回复逻辑”进行优化并为智能体导入必要的实验数据插件供其调用。经过多轮测试与迭代优化，该智能体的回应已基本符合预期，能够在教学中为学生提供可靠的支持（如图1）。其余智能体也按此方法设计。

（二）教学思路与目标分析

长久以来，转基因技术及其产品的安全问题一直饱受争议。笔者选择“转基因产品的安全性”作为议题，引入生成式人工智能辅助教学，应用人机互动教学模式，引导学生深入探讨“转基因产品的安全性”。本课例，笔者依据课标模块3中的大概念6“生物技术在造福人类社会的同时也可能会带来安全与伦理问题”设计教学方案，紧扣重要概念6.1“转基因产品的安全性引发社会的广泛关注”和6.1.2“探讨转基因技术在应用过程中带来的影响”这一次位概念，在“人机对话”活动中达成教学目标。笔者安排1课时完成本节教学任务，内容如图2所示。

学生在第3章的学习中已经认识到转基因技术的核心原理及基本程序，或多或少了解或接