優(yōu)化小學(xué)人工智能課堂教學(xué)的策略研究

陳澤鳴

[關(guān)鍵詞]人工智能;課堂教學(xué)策略;優(yōu)化

2017年7月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《第一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》;2019年5月，時(shí)任教育部部長(zhǎng)陳寶生提出要在中小學(xué)開(kāi)展人工智能相關(guān)課程，推進(jìn)普及教育。隨著教育部《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的不斷推進(jìn)，作為全國(guó)智慧教育示范區(qū)之一的廣州市，也主動(dòng)開(kāi)展中小學(xué)人工智能課程的試點(diǎn)探索，讓中小學(xué)生得到人工智能的通識(shí)教育，培養(yǎng)和提升中小學(xué)生的人工智能基本素養(yǎng)。

一、人工智能課堂教學(xué)的困境

隨著人工智能課程試點(diǎn)的深入開(kāi)展，這一門(mén)信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域的新興課程，在實(shí)施過(guò)程中所遇到的一些問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。這主要反映在以下三個(gè)方面：

（一）人工智能教育范圍界定不清

部分學(xué)校在落實(shí)人工智能課程教學(xué)的過(guò)程中，將興趣小組或社團(tuán)互動(dòng)替代普及教學(xué)，引發(fā)普及認(rèn)知問(wèn)題。如：人工智能教育在教學(xué)內(nèi)容上出現(xiàn)偏向機(jī)器人教育、Scratch教育、創(chuàng)客教育、物聯(lián)網(wǎng)教育等。

（二）教學(xué)模式單一

由于之前的創(chuàng)客教育、機(jī)器人教育較為流行，因此“搭建+編程”的教學(xué)模式還深深地影響著教師的授課模式。這種強(qiáng)調(diào)搭建方法和編程流程的教學(xué)模式，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的人工智能基本認(rèn)知、基本概念、基本技能和基本素養(yǎng)效果不佳，更甚至還會(huì)抹殺學(xué)生的對(duì)于人工智能應(yīng)用的創(chuàng)造性，讓學(xué)生把對(duì)人工智能課程的學(xué)習(xí)與編程等同起來(lái)。

（三）教學(xué)實(shí)踐環(huán)境和硬件設(shè)備等資源匱乏

人工智能教育離不開(kāi)相關(guān)配套硬件的供給，如：攝像頭、麥克風(fēng)、AI芯片等。但是由于缺乏必要的設(shè)備保障，致使授課教師在效果呈現(xiàn)、操作指導(dǎo)等方面存在困難。

（四）師資力量相對(duì)不足，師訓(xùn)缺乏針對(duì)性

人工智能普及時(shí)間較短，教師對(duì)人工智能技術(shù)領(lǐng)域的認(rèn)知及知識(shí)掌握程度有限，相關(guān)的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也十分缺乏，因此往往難以在課堂教學(xué)中達(dá)成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

面對(duì)上述困境，根據(jù)《中小學(xué)人工智能課程指南》要求，在廣州市教育研究院所提出“基于問(wèn)題的人工智能活動(dòng)化課程的課堂教學(xué)范式”的指引下，筆者通過(guò)《走進(jìn)人工智能》一課的設(shè)計(jì)和實(shí)施，闡述優(yōu)化小學(xué)人工智能課堂教學(xué)的策略。

二、優(yōu)化人工智能課堂教學(xué)的策略

（一）應(yīng)用合理的人工智能課堂教學(xué)范式，提升課堂教學(xué)活動(dòng)的規(guī)范性

由于現(xiàn)行的小學(xué)人工智能課程是一門(mén)全新的課程，其教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計(jì)尚不完善，教師對(duì)相關(guān)的概念和技術(shù)不熟悉，與教學(xué)相關(guān)的教學(xué)設(shè)備和資源未形成配套。很多老師仍處于懵懂的狀態(tài)，這極易造成課堂教學(xué)方式的不合理、課堂教學(xué)隨意性大等問(wèn)題。因此有必要采用一種較合理的教學(xué)范式，對(duì)人工智能教師的課堂教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行有效地規(guī)范。

《中小學(xué)人工智能課程指南》指出：人工智能課程屬于技術(shù)類(lèi)的課程，適合使用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，教學(xué)策略以PBL為主。廣州市教育研究院劉載興老師依此提出了一個(gè)基于問(wèn)題的人工智能活動(dòng)化課程的課堂教學(xué)范式：以人工智能通識(shí)學(xué)習(xí)為主線，通過(guò)構(gòu)建以問(wèn)題為中心的體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)活動(dòng)，設(shè)置與學(xué)生日常生活緊密相關(guān)的問(wèn)題來(lái)吸引學(xué)生的注意力，發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生在活動(dòng)中以場(chǎng)景化的方式學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)。通過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐，取得了較好的實(shí)踐效果，是實(shí)現(xiàn)人工智能課堂教學(xué)從無(wú)序到條理有效的重要手段。[1]

以筆者所執(zhí)教的《走進(jìn)人工智能》一課為例，筆者根據(jù)上述課堂教學(xué)范式設(shè)計(jì)了“通識(shí)、體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用”四個(gè)環(huán)節(jié)的活動(dòng)：

1. 通識(shí)學(xué)習(xí)

該環(huán)節(jié)中教育需要對(duì)人工智能的基本概念、基本原理進(jìn)行講解。在這一環(huán)節(jié)中，筆者使用微視頻《人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用》，由“視頻中，有哪些人工智能技術(shù)的應(yīng)用？”和“人工智能可以幫助人類(lèi)解決什么問(wèn)題？”這兩個(gè)問(wèn)題為導(dǎo)向，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去看視頻，引導(dǎo)學(xué)生從觀察現(xiàn)實(shí)中的人工智能應(yīng)用為起點(diǎn)，逐步深入去思考本節(jié)課的核心問(wèn)題——“什么是人工智能？”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。

2. 體驗(yàn)環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)中教師需提出與學(xué)生生活緊密相關(guān)的問(wèn)題來(lái)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在這一環(huán)節(jié)中，筆者利用MG動(dòng)畫(huà)創(chuàng)建學(xué)習(xí)情境。通過(guò)一組動(dòng)畫(huà)《常見(jiàn)人工智能技術(shù)的應(yīng)用》，由“AI精靈用到了哪項(xiàng)人工智能技術(shù)？”“導(dǎo)航規(guī)劃線路用到了哪些人工智能技術(shù)？”等四個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題在虛擬場(chǎng)景下體驗(yàn)人工智能技術(shù)的應(yīng)用。為后面人工智能概念的理解做好鋪墊。

3. 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)于體驗(yàn)之后，是在教師講解基本概念、基本原理之后，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)去驗(yàn)證所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)基本概念、基本原理的理解。在這一環(huán)節(jié)中，筆者在講解了人工智能的基本概念（如圖3所示）之后，切入實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手簡(jiǎn)單修改程序塊，引發(fā)學(xué)生對(duì)“機(jī)器人智能性”問(wèn)題的思考，加深學(xué)生對(duì)“人類(lèi)將擁有的智能活動(dòng)賦予計(jì)算機(jī)設(shè)備”的進(jìn)一步理解，從而全面完整理解人工智能的概念。（如圖4所示）

4. 應(yīng)用環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)過(guò)的人工智能知識(shí)、技術(shù)完成一個(gè)應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用能力的發(fā)展。在這一環(huán)節(jié)中，筆者先引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，以創(chuàng)想“家庭服務(wù)智能機(jī)器人”為主題，讓學(xué)生發(fā)揮想象力去進(jìn)行設(shè)計(jì)，既讓學(xué)生動(dòng)了“腦”和“心”，也動(dòng)了“手”。（如圖5所示）

（二）分析學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知的最近發(fā)展區(qū)，提升通識(shí)教學(xué)的有效性

人工智能的概念和基本原理對(duì)于學(xué)生而言，還是比較生澀難懂的。如果照搬書(shū)中的概念或基本原理，這對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)很不利。因此，必須考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的最近發(fā)展區(qū)，借助人工智能的概念或基本原理與學(xué)生對(duì)世界認(rèn)知的相似點(diǎn)，層層遞進(jìn)地進(jìn)行引導(dǎo)。

以筆者執(zhí)教的《走進(jìn)人工智能》一課為例。這節(jié)課授課的對(duì)象是三年級(jí)學(xué)生，課前通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查了解到學(xué)生都使用過(guò)智能手機(jī)，其中72.4%的學(xué)生經(jīng)常使用智能終端操作，86.2%的學(xué)生知道人工智能這個(gè)名詞，但是不是很了解。所有學(xué)生都接觸過(guò)兩種以上的人工智能產(chǎn)品。

因此，在這節(jié)課中，我選用了語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)等人工智能技術(shù)為突破口，創(chuàng)設(shè)虛實(shí)結(jié)合的體驗(yàn)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生將這些技術(shù)與人的智能活動(dòng)進(jìn)行類(lèi)比，進(jìn)而幫助學(xué)生歸納出人工智能的基本概念。取得了較好的教學(xué)效果。

（三）挖掘身邊的人工智能教學(xué)資源，提升課堂教學(xué)活動(dòng)的趣味性

人工智能課程處于起步階段，教學(xué)資源匱乏是不爭(zhēng)的事實(shí)。而在我們身邊，卻不乏人工智能技術(shù)應(yīng)用的存在。比如，在語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域，有訊飛聽(tīng)見(jiàn)、百度翻譯、聽(tīng)歌識(shí)曲等;在圖像識(shí)別領(lǐng)域，有人臉識(shí)別閘機(jī)、百度搜圖、形色、識(shí)花等。在教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)引入這些具備人工智能技術(shù)應(yīng)用的軟件作為案例進(jìn)行講解，并可根據(jù)學(xué)校實(shí)際為學(xué)生提供虛擬的或真實(shí)的體驗(yàn)活動(dòng)，能夠豐富學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的同時(shí)，拉近學(xué)生與人工智能技術(shù)的距離，提升學(xué)生在人工智能課堂中的學(xué)習(xí)興趣。

筆者在《走進(jìn)人工智能》一課中，便采用了學(xué)生們比較熟悉的“AI精靈”“智能導(dǎo)航”“識(shí)花軟件”“智能門(mén)鎖”等作為案例為學(xué)生進(jìn)行展示，讓學(xué)生表達(dá)看法。為學(xué)生真正理解人工智能概念做好了鋪墊。（如圖6所示）

（四）選擇合適的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提升課堂教學(xué)活動(dòng)的有效性

在人工智能課堂教學(xué)實(shí)踐中，教師教學(xué)平臺(tái)和學(xué)生創(chuàng)作平臺(tái)也是困擾著人工智能課程開(kāi)展的一大難題。沒(méi)有優(yōu)秀的管理平臺(tái)，教師難以進(jìn)行教學(xué)管理和教學(xué)評(píng)價(jià);沒(méi)有優(yōu)秀的編輯器，學(xué)生的創(chuàng)作更是無(wú)從下手。下面筆者將結(jié)合日常教學(xué)實(shí)踐對(duì)幾款師生共用的教學(xué)工具作簡(jiǎn)單介紹。

1. 可可樂(lè)博（CocoRobo）

這是一款基于網(wǎng)頁(yè)的圖形化編程平臺(tái)，具有人工智能模塊，能夠通過(guò)外接攝像頭、麥克風(fēng)等外設(shè)來(lái)開(kāi)發(fā)人工智能應(yīng)用。同時(shí)還能夠?qū)W(xué)生的作品進(jìn)行管理了展示。其官網(wǎng)上還有人工智能體驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)直觀易懂的線上Demo，讓學(xué)生方便地了解人工智能領(lǐng)域的前言知識(shí)，如圖7所示。

2. 編程貓-源碼編輯器

這是一款編程基于Scratch的編程平臺(tái)，用戶可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)輕松編程，實(shí)現(xiàn)人工智能的一些應(yīng)用。軟件中豐富的場(chǎng)景和角色素材，為學(xué)生的創(chuàng)作提供了不少的便利。

3. Learnsite

Learnsite平臺(tái)是“溫州水鄉(xiāng)”老師編寫(xiě)的一個(gè)中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)輔助平臺(tái)，該平臺(tái)支持師生的教學(xué)管理，具有Python在線編程平臺(tái)，學(xué)生能夠在線上直接編寫(xiě)Python程序，并在平臺(tái)上直接展示運(yùn)行效果。同時(shí)系統(tǒng)還支持Word、Excel、PPT等文件的提交和查看，教師和學(xué)生還可以對(duì)所提交作品進(jìn)行調(diào)整、完善、打分等。如圖9所示。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，對(duì)于小學(xué)人工智能課堂教學(xué)而言，遵循科學(xué)有效的教學(xué)范式，主動(dòng)分析學(xué)情，積極挖掘身邊的教學(xué)資源和工具，便能夠按照《小學(xué)人工智能課程指南》的要求完成有效的教學(xué)，從而保證課程開(kāi)展具有較高的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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