項(xiàng)目化的小學(xué)人工智能課堂教學(xué)的實(shí)現(xiàn)路徑
——以《語音識別技術(shù)》教學(xué)為例

（福州實(shí)驗(yàn)小學(xué)，福建 福州 350001）

2017 年7 月，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，2018 年4 月10 日，教育部發(fā)布關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》的通知，未來將在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育［1］。隨著國家政策的推進(jìn)，全國各省市逐步設(shè)立人工智能示范校、試點(diǎn)校、實(shí)驗(yàn)區(qū)，積極推動(dòng)人工智能進(jìn)課堂，讓中小學(xué)生形成人工智能的基本認(rèn)識、基本概念、基本素養(yǎng)，培養(yǎng)并提升中小學(xué)人工智能技術(shù)普及和應(yīng)用水平。

一、小學(xué)人工智能教學(xué)的困境

人工智能作為一門技術(shù)，融合了多學(xué)科的原理，這些原理抽象、晦澀、難懂。培養(yǎng)小學(xué)生的人工智能鑒賞力、人工智能理解力、人工智能應(yīng)用力［2］應(yīng)是小學(xué)人工智能教學(xué)的初心。但是，目前小學(xué)人工智能教學(xué)困境重重。

（一）“三無”狀態(tài)下的茫然無措

無課程標(biāo)準(zhǔn)、無教材、無課程評價(jià)的“三無”狀態(tài)是人工智能教學(xué)的現(xiàn)狀；教什么？怎么教？配套教學(xué)器材是什么……一線教師面對一門新興學(xué)科茫然無措。

（二）教學(xué)模式一刀切

基于機(jī)器人大賽培訓(xùn)教材的整理是現(xiàn)行人工智能教材的主流，因此“搭建+編程”成為人工智能教學(xué)的一刀切教學(xué)模式。機(jī)械化地灌輸、強(qiáng)化性地訓(xùn)練學(xué)生搭建方法、編程流程，并不能從根本上提高學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，反而扼殺學(xué)生的創(chuàng)造性，歪曲其對人工智能的科學(xué)認(rèn)知，錯(cuò)誤地認(rèn)為人工智能=編程。

面對上述困境，筆者通過《語音識別技術(shù)》一課的實(shí)施，闡述項(xiàng)目化的小學(xué)人工智能課堂教學(xué)的實(shí)現(xiàn)路徑。

二、項(xiàng)目化的小學(xué)人工智能課堂教學(xué)實(shí)例

（一）課堂教學(xué)前測

實(shí)施調(diào)查問卷，數(shù)據(jù)及分析顯示如下問題。

1.學(xué)生對人工智能的概念是模糊甚至是錯(cuò)誤的

超過45%的學(xué)生將電腦、機(jī)器人等同于人工智能產(chǎn)品，甚至32.86%的學(xué)生認(rèn)為家用電器（電視、洗衣機(jī)等）是人工智能產(chǎn)品，僅12%的學(xué)生判斷完全正確，開展人工智能教學(xué)迫在眉睫。

2.學(xué)校不是學(xué)生了解人工智能的重要渠道

僅26.98%的學(xué)生通過教師、學(xué)校了解人工智能，通過校園文化、課堂教學(xué)等方式進(jìn)行人工智能的滲透是小學(xué)人工智能教學(xué)的研究方向。

3.學(xué)生對人工智能課堂教學(xué)內(nèi)容的期待差別顯著

不足30%的學(xué)生期望進(jìn)行編程和傳感器教學(xué)，超過46%的學(xué)生偏向于人工智能的科普教學(xué)（見表1）。教師應(yīng)思考在小學(xué)進(jìn)行雙軌制和學(xué)習(xí)進(jìn)階的人工智能教學(xué)策略。

表1 學(xué)生對人工智能課堂教學(xué)內(nèi)容的期待

（二）課堂教學(xué)實(shí)施

針對現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)內(nèi)容《語音識別技術(shù)》。課程實(shí)施時(shí)間跨度4 個(gè)月，采用“真實(shí)情境+項(xiàng)目開展+知識構(gòu)建+檢測反饋”的“四步驟”項(xiàng)目化學(xué)習(xí)教學(xué)模式展開。

1.實(shí)際切入，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境

【教師提問】在疫情期間，校園里都采用哪些消毒殺菌的辦法?你還知道哪些消殺工具？

【學(xué)生活動(dòng)1】學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，發(fā)現(xiàn)不同的消殺工具及各自的優(yōu)勢與不足。

【學(xué)生活動(dòng)2】學(xué)生從影像資料中開拓視野，認(rèn)識具有語音識別技術(shù)的消殺工具。

【學(xué)生活動(dòng)3】嘗試尋找生活中具有語音識別技術(shù)的產(chǎn)品。

【布置作業(yè)】《語音識別技術(shù)》學(xué)習(xí)單（表2）。

表2 《語音識別技術(shù)》學(xué)習(xí)單

【設(shè)計(jì)意圖】教師利用疫情防控的現(xiàn)實(shí)素材創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，將人工智能從抽象變具體，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)；學(xué)生則在認(rèn)識、感受中體會人工智能產(chǎn)品的優(yōu)勢。

2.腳手架法，輔助項(xiàng)目開展

【學(xué)生活動(dòng)】小組合作完成《語音識別技術(shù)》學(xué)習(xí)單。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生通過學(xué)習(xí)單中的自選作業(yè)確定研究題目。在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過查閱資料、調(diào)查身邊的人工智能產(chǎn)品、科幻畫的形式來認(rèn)識、暢想具有語音識別技術(shù)的人工智能產(chǎn)品。自主的學(xué)習(xí)方式，調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并將知識和實(shí)際相聯(lián)系。

3.小組合作，實(shí)現(xiàn)知識構(gòu)建

【教師提問】科學(xué)家是如何讓機(jī)器聽懂我們的語言，并和我們交流？

【學(xué)生活動(dòng)1】學(xué)生聯(lián)系自身與他人交流的過程，推測語音識別技術(shù)的原理；在交流、討論中，達(dá)成對語音識別技術(shù)的原理的初步理解，最終形成語音識別技術(shù)定義的雛形。

【學(xué)生活動(dòng)2】學(xué)生體驗(yàn)Siri、天貓精靈、電話手表等具有語音識別技術(shù)的人工智能產(chǎn)品，進(jìn)一步驗(yàn)證語音識別技術(shù)的原理。

【學(xué)生活動(dòng)3】學(xué)生推測實(shí)現(xiàn)語音識別技術(shù)離不開網(wǎng)絡(luò)、芯片、編程，進(jìn)而明確語音識別技術(shù)需要的技術(shù)支撐：算力、算法、大數(shù)據(jù)。

【布置作業(yè)】《語音識別技術(shù)》實(shí)施狀況調(diào)查。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生在項(xiàng)目開展的過程中，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作、分析、推理、概括的方式，對語音識別技術(shù)的原理進(jìn)行探討，最后通過體驗(yàn)，印證、明確語音識別技術(shù)的原理，完成知識的主動(dòng)構(gòu)建過程。

4.運(yùn)用檢測，反饋真實(shí)評價(jià)

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生完成《語音識別技術(shù)》實(shí)施狀況調(diào)查中的第6-14 題。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識去判斷生活中具有語音識別技術(shù)的產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生的高階能力。

（三）課堂教學(xué)后測

再次實(shí)施調(diào)查問卷，數(shù)據(jù)及分析顯示以下幾方面的教學(xué)成效。

1.有效糾正學(xué)生錯(cuò)誤的人工智能概念

78.71%的學(xué)生通過學(xué)習(xí)知道AI 是人工智能的縮寫；34.94%的學(xué)生能正確判斷人工智能的三大要素；52.21% 的學(xué)生能正確判斷語音識別技術(shù)環(huán)節(jié)；79.52%的學(xué)生明確語音識別技術(shù)的步驟；79.92%的學(xué)生明確安靜的環(huán)境更利于語音的采集與識別；46.99%的學(xué)生明確語音識別技術(shù)中的特征比對包括“語音模型的比對”“語義模型的比對”。

通過人工智能教學(xué)能樹立學(xué)生科學(xué)的人工智能認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生的人工智能理解力，即深化學(xué)生對人工智能的支撐技術(shù)、構(gòu)成及特征、基本原理、應(yīng)用價(jià)值等知識理解及知識遷移。［2］

2.學(xué)生的知識遷移能力得以培養(yǎng)

39.36%的學(xué)生能準(zhǔn)確判斷“銀行里的自助報(bào)號系統(tǒng)”“學(xué)校使用的會發(fā)音的測溫儀”不是語音識別技術(shù)的運(yùn)用；85.14%的學(xué)生能準(zhǔn)確判斷“微信中的語音轉(zhuǎn)化成文字的功能運(yùn)用了語音識別技術(shù)”；53.82%的學(xué)生能正確判斷“商店門上掛的發(fā)出‘歡迎光臨’聲音的門鈴是運(yùn)用了語音識別技術(shù)”這句話是錯(cuò)誤的。

數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生能較好地運(yùn)用“語音識別技術(shù)”的知識去判斷、分析生活中的產(chǎn)品是否為此技術(shù)的應(yīng)用，但還需加強(qiáng)這方面的培養(yǎng)。

三、項(xiàng)目化的小學(xué)人工智能課堂教學(xué)的實(shí)現(xiàn)路徑

通過教學(xué)的實(shí)踐和反饋，對項(xiàng)目化的小學(xué)人工智能課堂教學(xué)的實(shí)現(xiàn)路徑，提出三點(diǎn)思考。

（一）教什么

小學(xué)階段的學(xué)生正處于從形象思維向邏輯思維的過渡，知識的積累與能力的培養(yǎng)階段。人工智能在小學(xué)階段應(yīng)教些什么以符合學(xué)生的學(xué)情，并科學(xué)地樹立人工智能的認(rèn)知？

1.教學(xué)內(nèi)容雙軌制

人工智能普及型教學(xué)以科普為主，提高型教學(xué)以應(yīng)用為主。（表3）

表3 小學(xué)人工智能教學(xué)內(nèi)容雙軌制

人工智能科普教育是將人工智能技術(shù)知識通過教授、體驗(yàn)、應(yīng)用等手段，讓學(xué)習(xí)者掌握基本的人工智能知識，具備初步的人工智能能力。［2］《語音識別技術(shù)》的實(shí)施也表明科普為主的人工智能普及型教學(xué)，有利于建構(gòu)學(xué)生對人工智能的科學(xué)認(rèn)知。

2.教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)進(jìn)階式

正是小學(xué)生認(rèn)知的層進(jìn)式發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以學(xué)習(xí)進(jìn)階式的展開。如“人工智能在生活的應(yīng)用”中，低段（1-2 年級）從天貓精靈、掃碼支付、門禁系統(tǒng)入手；中段（3-4 年級）從天網(wǎng)工程、智能教育入手；高段（5-6 年級）從區(qū)塊鏈入手。同個(gè)大概念下教學(xué)內(nèi)容安排的逐層深入，利于學(xué)生形成對人工智能應(yīng)用實(shí)例的立體式了解。

（二）怎么教

1.“四步驟”項(xiàng)目化學(xué)習(xí)教學(xué)模式

國外學(xué)者主要采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式來進(jìn)行人工智能課程的實(shí)施探究，如Nicole Sintov、Debarun Kar 等人探究了使用從問題到項(xiàng)目的腳手架框架來教授人工智能；國內(nèi)鄭妍等人提出了“教師有意義的講授+學(xué)生為主體”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的人工智能教學(xué)模式。［3］教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，人工智能的普及型教學(xué)以人工智能的概念、原理、支撐技術(shù)為主，采用“真實(shí)情境+項(xiàng)目開展+知識構(gòu)建+檢測反饋”的“四步驟”項(xiàng)目化學(xué)習(xí)教學(xué)模式，利于學(xué)生高階能力的培養(yǎng)。人工智能的提高型教學(xué)關(guān)注人工智能技術(shù)的應(yīng)用，建議采用“真實(shí)情境+項(xiàng)目開展+能力搭建+產(chǎn)品評價(jià)”的“四步驟”項(xiàng)目化學(xué)習(xí)教學(xué)模式。

2.滲透學(xué)科融合、教具創(chuàng)新的人工智能元素理念

教師應(yīng)樹立人工智能與多學(xué)科融合的觀點(diǎn)。如人工智能中涉及人類思維、意識等心理學(xué)知識，可與心理健康課程滲透；人工智能算法中的窮舉法思維則可與數(shù)學(xué)的枚舉法相關(guān)聯(lián)；語文閱讀教學(xué)中，融合人工智能的知識的閱讀。

不僅如此，在教具創(chuàng)新上也可融入人工智能元素。如體育課中的智能穿戴設(shè)備的運(yùn)用；科學(xué)課《校園生物大搜索》使用具有人工智能技術(shù)的“形色APP”，作為教學(xué)工具，實(shí)現(xiàn)植物的快速識別，助力教學(xué)。

（三）為什么而教

1.樹立學(xué)生正確的人工智能科學(xué)觀

《語音識別技術(shù)》的實(shí)施，明確人工智能教學(xué)可樹立學(xué)生科學(xué)的人工智能認(rèn)知，包括人工智能鑒賞力、人工智能理解力、人工智能應(yīng)用力。因此，教師應(yīng)多閱讀相關(guān)文獻(xiàn)、學(xué)科專業(yè)書籍，形成科學(xué)的人工智能認(rèn)知；學(xué)校、教育主管部門應(yīng)積極組織執(zhí)教教師參加人工智能的理論、技能培訓(xùn)，或與人工智能教學(xué)示范校、試點(diǎn)校結(jié)成手拉手教育教學(xué)共同體，做到教學(xué)資源共享、教師資源互助的良性循環(huán)。

2.激發(fā)學(xué)生對人工智能的研究興趣

問卷數(shù)據(jù)顯示，學(xué)習(xí)人工智能課程后，65.46%的學(xué)生能在生活中積極關(guān)注人工智能產(chǎn)品，62.25%的學(xué)生能主動(dòng)了解有關(guān)人工智能的知識。人工智能課程提升學(xué)生對人工智能的關(guān)注度，并在學(xué)生的心中埋下了一顆人工智能興趣的種子。

3.改善學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)良好學(xué)習(xí)習(xí)慣

問卷數(shù)據(jù)顯示，學(xué)習(xí)AI 課程后，56.22%的學(xué)生課堂上能積極思考，67.07%的學(xué)生能積極參與小組討論，54.62%的學(xué)生能大膽發(fā)表觀點(diǎn)；63.45%的學(xué)生能主動(dòng)閱讀與科學(xué)有關(guān)的書籍，56.22%的學(xué)生增加了每周閱讀書籍的次數(shù)。

積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣是學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的基石。因此教師在授課過程中，可采用小組合作學(xué)習(xí)的方式。

4.培養(yǎng)學(xué)生的高階能力

高階能力是解決劣構(gòu)問題或復(fù)雜任務(wù)的心理特征，以高階思維為核心。［4］如分析、綜合、評價(jià)的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、遷移應(yīng)用能力等。隨著時(shí)代的發(fā)展，對人才的能力需求也向著高階能力的方向發(fā)展。

教師可在實(shí)施項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)過程中，精心設(shè)計(jì)小組合作學(xué)習(xí)完成的學(xué)習(xí)單，作為學(xué)生項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的腳手架，輔助、培養(yǎng)學(xué)生問題解決的能力、創(chuàng)新能力和人際協(xié)作能力等高階能力。