基于學(xué)科核心素養(yǎng)的人工智能校本課程教學(xué)策略探析

福建省廈門(mén)五緣實(shí)驗(yàn)學(xué)校 張艷清

隨著《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》和《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》中“人工智能”模塊的發(fā)布，很多高中開(kāi)始關(guān)注人工智能課程。但在小學(xué)和初中階段，人工智能教育的實(shí)踐研究尚處于探索階段。筆者所在的學(xué)校是小學(xué)和初中九年一貫制學(xué)校，一直以來(lái)都非常重視人工智能教育以及對(duì)學(xué)生信息素養(yǎng)的培育，近幾年信息組教師一直都在開(kāi)展人工智能、機(jī)器人編程等社團(tuán)活動(dòng)，給我校小學(xué)和初中的人工智能校本課程的實(shí)踐奠定了良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在，我校作為“市人工智能進(jìn)百校項(xiàng)目”試點(diǎn)學(xué)校，已經(jīng)在小學(xué)高段和初中開(kāi)設(shè)了人工智能校本課程，旨在全面提升小學(xué)和初中生的信息素養(yǎng)。下面，筆者就人工智能校本課程開(kāi)設(shè)的意義和教學(xué)實(shí)施過(guò)程中的教學(xué)策略做以下探討。

一、開(kāi)設(shè)人工智能校本課程的意義

（一）適應(yīng)信息社會(huì)的發(fā)展

隨著我國(guó)信息技術(shù)水平的不斷發(fā)展，“小愛(ài)同學(xué)”“掃地機(jī)器人”等智能設(shè)備已經(jīng)廣泛出現(xiàn)在我們的生活中，由此可見(jiàn)，人工智能已經(jīng)與我們的生活息息相關(guān)，未來(lái)必定還會(huì)出現(xiàn)更多與我們的生活緊密相關(guān)的設(shè)備和場(chǎng)景。因此，在高度信息化的時(shí)代，認(rèn)識(shí)和了解人工智能已經(jīng)成為當(dāng)今學(xué)生必備的一項(xiàng)技能。小學(xué)高段的學(xué)生有一定的信息技術(shù)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，動(dòng)手能力尚可，并且對(duì)于新鮮事物的接受能力較強(qiáng)，對(duì)這一階段的孩子開(kāi)展人工智能教育，他們能夠較快地理解人工智能原理并開(kāi)展實(shí)踐，有助于學(xué)生更好地適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的學(xué)習(xí)和生活，為將來(lái)走向社會(huì)做好鋪墊。

（二）培養(yǎng)信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)

從內(nèi)容層面看，人工智能課程中很多內(nèi)容與信息技術(shù)學(xué)科有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系。人工智能課程通常會(huì)提出生活中的一些問(wèn)題讓學(xué)生去解決。學(xué)生在思考問(wèn)題、拼搭作品、編寫(xiě)程序并不斷完善的過(guò)程中，提升了人工智能素養(yǎng)，這必然也提升了學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任等信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，有助于學(xué)生的全面發(fā)展。

（三）提升學(xué)生的創(chuàng)新能力

人工智能課程是具有實(shí)踐性、綜合性的教育學(xué)科，涉及機(jī)器人工程、智能制造工程、智能科學(xué)與技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)等以技術(shù)為核心的專(zhuān)業(yè)學(xué)科。處于小學(xué)高段的學(xué)生思維靈活，想象力頗豐，腦中總有許多神奇的想法。在開(kāi)展課堂活動(dòng)中，教師對(duì)學(xué)生的有效引導(dǎo)，讓學(xué)生的想象力和創(chuàng)新力有施展空間，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的不斷思考能夠鍛煉他們的思維敏捷程度，通過(guò)搭建和編程等動(dòng)手實(shí)踐能將他們的新奇創(chuàng)意投射到現(xiàn)實(shí)，較好地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，為國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才添磚加瓦。

學(xué)習(xí)人工智能不僅能夠增進(jìn)學(xué)生對(duì)人工智能知識(shí)的理解，還有助于培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)。教師在實(shí)施教學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)積極地運(yùn)用有效的教學(xué)策略，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，集中課堂的注意力，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

二、基于學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)策略的運(yùn)用

（一）創(chuàng)設(shè)探究情境，增強(qiáng)信息意識(shí)

教師備課過(guò)程中，首先就要從課堂情境的生活性、探究性下足功夫。課前多種渠道了解學(xué)生的特點(diǎn)和學(xué)科的學(xué)習(xí)情況，在進(jìn)行綜合判斷后，創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生學(xué)習(xí)、生活，符合學(xué)生年齡特點(diǎn)的探究情境。良好的教學(xué)情境，不僅可以促進(jìn)學(xué)生思考，還能激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能課程的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究的欲望。

例如，在“智能臺(tái)燈”一課中，筆者創(chuàng)設(shè)的情境是“奶奶半夜起來(lái)想喝水，可是總找不到燈的開(kāi)關(guān)。能不能想辦法幫助奶奶解決這個(gè)問(wèn)題？”這是生活中經(jīng)常遇見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題，學(xué)生在對(duì)問(wèn)題進(jìn)行思考后，根據(jù)小組成員的經(jīng)驗(yàn)提出了幾個(gè)方案，最后根據(jù)材料包的材料，選擇制作聲控智能臺(tái)燈，順利進(jìn)入下個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)對(duì)于自己過(guò)去經(jīng)驗(yàn)的有效運(yùn)用完成對(duì)方案和器材的選擇，體現(xiàn)學(xué)習(xí)自主性與探究性，有助于學(xué)生信息意識(shí)等學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

（二）提煉主題核心模塊，提高計(jì)算思維

人工智能課程的知識(shí)具有交叉性的特點(diǎn)，涉及多學(xué)科的知識(shí)，課堂內(nèi)容多而雜。學(xué)生要理解其中的算法和原理有一定的難度，教師在教學(xué)過(guò)程中要注意提煉教學(xué)內(nèi)容的核心模塊和核心算法，進(jìn)行重點(diǎn)突破，化繁為簡(jiǎn)，讓學(xué)生易于理解、易于接受。教師引導(dǎo)學(xué)生從復(fù)雜的知識(shí)中抽取隱含的一般本質(zhì)內(nèi)容的過(guò)程，逐步發(fā)展了學(xué)生的計(jì)算思維，提升了學(xué)生的計(jì)算能力。

例如，在“我的智慧花園”一課，需要搭建向日葵并模擬它的尋光功能。按照教材的順序，先進(jìn)行造型完整搭建，再進(jìn)行程序調(diào)試。在教學(xué)實(shí)踐中，很多學(xué)生把時(shí)間花在搭建上，編寫(xiě)程序通常很倉(cāng)促甚至無(wú)法完成?？吹竭@種情況，筆者抽取模型的核心部分，即主機(jī)、左右兩個(gè)光敏傳感器和舵機(jī)，花盤(pán)簡(jiǎn)單用一根梁代替，這就完成了核心模型的搭建。接著讓學(xué)生探究核心算法的編寫(xiě)，對(duì)左、右光敏傳感器亮度的判斷，讓舵機(jī)轉(zhuǎn)向更亮的一邊。抽取核心模型和算法讓學(xué)生迅速捕捉本課的重點(diǎn)知識(shí)，即亮度的判斷和舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)。如此，大大提高了課堂效率，潛移默化地讓學(xué)生懂得找出主題的核心模型和算法，發(fā)展了學(xué)生的計(jì)算思維。

計(jì)算思維的培養(yǎng)不是一朝一夕的事，必須一點(diǎn)一滴滲透在每個(gè)單元、每個(gè)主題的教學(xué)中，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，感受人工智能算法的奇妙，形成計(jì)算思維。

（三）布置開(kāi)放性活動(dòng)，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力

教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，可以在小組當(dāng)中布置有趣的開(kāi)放性任務(wù)或活動(dòng)。開(kāi)放性任務(wù)基于教材，又要淡化教材，活動(dòng)應(yīng)用趣味性拓寬情感教育，能為學(xué)生提供一個(gè)展示自身才華的平臺(tái)。采用小組合作的組織方式，讓學(xué)生感受到團(tuán)隊(duì)的力量大于個(gè)體的力量，體會(huì)團(tuán)結(jié)的重要性。另外，生生互動(dòng)引發(fā)的思維碰撞，能最快地提升學(xué)生的思維敏捷度和創(chuàng)造力，通過(guò)小組共同探究，還可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新的問(wèn)題，使活動(dòng)不斷深化，進(jìn)一步加深對(duì)知識(shí)的理解。

比如，在“神奇動(dòng)物”這一主題單元，學(xué)生在學(xué)習(xí)了若干個(gè)動(dòng)物主題后，對(duì)動(dòng)物的搭建和運(yùn)動(dòng)有了一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。在單元最后一個(gè)課時(shí)，筆者布置了開(kāi)放性活動(dòng)，小組合作搭建一只神獸并設(shè)計(jì)神獸的一個(gè)主要功能。這項(xiàng)開(kāi)放性活動(dòng)深受學(xué)生的喜愛(ài)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)作熱情。學(xué)生熱烈討論、集思廣益，把集體的智慧填寫(xiě)在活動(dòng)記錄單，然后根據(jù)小組設(shè)計(jì)的神獸選擇不同的材料進(jìn)行拼裝搭建。在動(dòng)作設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)不同的傳感器或執(zhí)行器選擇不同的命令編程調(diào)試。一只只小神獸從學(xué)生手中誕生，活靈活現(xiàn)，充分彰顯了學(xué)生利用自身所學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新、創(chuàng)造的能力。

（四）采用多元評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生良性發(fā)展

教師可以根據(jù)課程主題和活動(dòng)方式，采用學(xué)生評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)相結(jié)合、過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元評(píng)價(jià)方式。小組間的相互評(píng)可以幫助學(xué)生了解其他組的學(xué)習(xí)進(jìn)度和狀況，有利于學(xué)生尋找他人的優(yōu)點(diǎn)來(lái)促進(jìn)自身的發(fā)展。教師評(píng)價(jià)可以幫助學(xué)生更直觀地發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，指導(dǎo)學(xué)生作品的完善和改進(jìn)。過(guò)程性評(píng)價(jià)包括學(xué)生在課堂上的分工情況和表現(xiàn)情況，可以橫向、縱向?qū)Ρ葘W(xué)生的表現(xiàn)。結(jié)果性評(píng)價(jià)是對(duì)小組最終作品的完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在課堂中，筆者設(shè)計(jì)了小組評(píng)價(jià)表，進(jìn)行組間的積分記錄，充分激活小組間的競(jìng)爭(zhēng)力，活躍課堂氣氛。設(shè)計(jì)了組內(nèi)記錄表對(duì)小組成員活動(dòng)的情況進(jìn)行記錄，明確小組內(nèi)的分工合作情況，加強(qiáng)小組有效合作。筆者還采用班級(jí)優(yōu)化大師對(duì)學(xué)生進(jìn)行電子評(píng)價(jià)，及時(shí)記錄全班學(xué)生的情況。通過(guò)多元評(píng)價(jià)方式，教師對(duì)獲勝小組和班級(jí)優(yōu)秀個(gè)人進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)未獲勝的小組和學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)，使班級(jí)內(nèi)部形成良性的競(jìng)爭(zhēng)，有助于學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)中的拼搏精神和反思能力的培養(yǎng)，有助于學(xué)生健全人格的培養(yǎng)。

總而言之，在中小學(xué)開(kāi)展人工智能教育順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展的需求。正處于試點(diǎn)階段的小學(xué)和初中人工智能教育，需要教師投入更多的熱情深入開(kāi)發(fā)教材、挖掘教材、提煉人工智能核心知識(shí)，結(jié)合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)和水平，通過(guò)恰當(dāng)有效的教學(xué)策略，讓學(xué)生體驗(yàn)感受人工智能的強(qiáng)大功能，體會(huì)人工智能的魅力，不斷提升學(xué)生的綜合能力和信息技術(shù)核心素養(yǎng)。