用 GPT-4 作为探究式学习指南

这是 Steffen Steinert, Karina E. Avila, Jochen Kuhn, Stefan Küchemann 发表在 2024 年 10 月《The Physics Teacher》的一篇论文。

像 ChatGPT 的人工智能可以用在物理教育领域，创建物理问题并指导学生的探究式学习，学生通过解决问题来主动构建知识。这篇文章演示了学生使用 GPT-4 ，可以自我评估并解释在铁丝中施加电流后的现象和原因，构成探究式学习中“预测-观察-解释”的步骤。

文章在网页上演示了探究式学习步骤。

演示链接如下： https://ai4physed.physik.lmu.de/LEAP/english_example/Current_carrying_wire

教师提前写好答案的提示词，网页接好 ChatGPT 的 API。文章呈现的是一个实验：电源连接了 0.5mm 厚的铁丝，电压表测量铁丝两端的电压，网页上有两个文本框，一个是学生用来输入答案的，另一个是 GPT 根据教师设置好的提示词给出的答案，如图 1 所示。

任务 1. 猜想

在任务1中，学生根据题目论述、图片、视频等写出自己的猜想。GPT 提示词应该设置为中性，对学生的论述不做肯定、否定的评价。

学生根据视频，观察实验现象，并在文本框里写出观察到的现象。 GPT 提示词鼓励学生得到正确答案。如果答案不正确或者不完整，GPT 会建议重新观看视频。

视频中，通电铁丝会发光、膨胀

在任务 3 中，学生需要根据电阻、能量转换、热膨胀等词，解释实验现象。

可以通过 GPT-4 在提示中提供准确的信息和指令来促进探究式学习，为每个学生提供即时反馈，从而使教师无需纠正每个学生的答案，提升了学生的教育体验。

我在网页上找到了几个案例，以供参考

从物理的角度思考为什么滑冰演员为什么越转越快？

弹簧振子的阻尼运动，分析视频中的能量变化。

观察牛顿球(Newton’s cradle) 的现象并解释。