基于深度學(xué)習(xí)的小學(xué)人工智能教學(xué)對策探索

吳　碟

基于深度學(xué)習(xí)的小學(xué)人工智能教學(xué)對策探索

吳碟

（常州市花園小學(xué)，江蘇常州213016）

隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，人工智能教育也逐漸受到社會各界的廣泛重視與廣泛關(guān)注。而深度學(xué)習(xí)模式與小學(xué)人工智能課程高度契合，在教學(xué)環(huán)節(jié)引入深度學(xué)習(xí)模式，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生的自主體驗(yàn)，幫助學(xué)生完成知識點(diǎn)內(nèi)化與知識點(diǎn)遷移，形成完善的人工智能知識體系?；诖耍疚纳疃确治鲈谛W(xué)人工智能課程教學(xué)環(huán)節(jié)引入深度學(xué)習(xí)模式的實(shí)踐策略，供廣大教育界同仁參考。

小學(xué)教育；人工智能課程；深度學(xué)習(xí)模式；實(shí)踐策略

在教育領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)是指學(xué)生在教育人員的引導(dǎo)下對所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣，更加積極主動(dòng)地參與到技能學(xué)習(xí)與知識獲取環(huán)節(jié)，使新舊知識產(chǎn)生關(guān)系，建立完善的知識體系，順利完成知識點(diǎn)內(nèi)化與知識點(diǎn)遷移，可以將所學(xué)知識合理應(yīng)用到具體環(huán)節(jié)，解決日常生活以及學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)當(dāng)中的各種問題。并且通過自主總結(jié)、自主反思等方式，檢驗(yàn)自身學(xué)習(xí)成果以及學(xué)習(xí)過程。在小學(xué)人工智能課程教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)生若是處于深度學(xué)習(xí)狀態(tài)，不僅教學(xué)效率可以得到有效保障，而且學(xué)生可以通過專業(yè)課程學(xué)習(xí)，掌握人工智能原理，形成良好的科學(xué)素養(yǎng)與綜合能力。

一、深度學(xué)習(xí)內(nèi)涵分析

總體而言，深度學(xué)習(xí)這一概念通常應(yīng)用于教育領(lǐng)域或者人工智能領(lǐng)域，單就人工智能領(lǐng)域而言，深度學(xué)習(xí)是指精神網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，通過拓寬精神網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立多維關(guān)聯(lián)，更加接近機(jī)器的深度認(rèn)知，被廣泛應(yīng)用于語音識別環(huán)節(jié)、圖像識別環(huán)節(jié)以及人工智能圍棋等方面。而在教育領(lǐng)域當(dāng)中的深度學(xué)習(xí)涵蓋深度學(xué)習(xí)方式、深度學(xué)習(xí)結(jié)果以及深度學(xué)習(xí)過程，早期研究表明：深度學(xué)習(xí)被理解為一種高水平學(xué)習(xí)方式與認(rèn)知方式，與之相對的是機(jī)械式學(xué)習(xí)以及淺層學(xué)習(xí)。而隨著深度學(xué)習(xí)研究日漸深入，對教育領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)也有了更高層次的認(rèn)知。深度學(xué)習(xí)主要是指對知識進(jìn)行合理遷移，將其運(yùn)用到特定的情景以及場景當(dāng)中解決具體問題，以此提升學(xué)習(xí)者解決問題的能力。在此形勢下，深度學(xué)習(xí)重點(diǎn)也逐漸從學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)化到學(xué)習(xí)過程。除此之外，在深度學(xué)習(xí)研究當(dāng)中還有學(xué)者表明，深度學(xué)習(xí)是一種建立在批判性學(xué)習(xí)、探索性學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上衍生的優(yōu)質(zhì)教學(xué)模式，要求學(xué)習(xí)者帶著批判性思維思考問題。而深度學(xué)習(xí)也將學(xué)習(xí)者的批判性思維培養(yǎng)作為整個(gè)教育重點(diǎn)，教育人員為學(xué)生布置參與較強(qiáng)挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，由學(xué)生自主完成知識整合，并且探索新知識。在溝通協(xié)作以及自我反思環(huán)節(jié)，不斷對學(xué)習(xí)策略展開優(yōu)化與調(diào)整，將學(xué)到的技能與知識合理遷移到特定的場景當(dāng)中，解決實(shí)際問題。由此可見，深度學(xué)習(xí)可以有效培養(yǎng)學(xué)生的信息整合能力以及自主反思能力、邏輯思維能力以及溝通協(xié)作能力，而小學(xué)時(shí)期學(xué)生剛好處于核心素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，在此階段對學(xué)生展開深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練，有助于促進(jìn)學(xué)生的核心素養(yǎng)與綜合素質(zhì)發(fā)展，是不可多得的優(yōu)質(zhì)教學(xué)模式之一。

二、小學(xué)人工智能課程教學(xué)現(xiàn)狀

相較于其他小學(xué)課程，人工智能是一門綜合性較強(qiáng)、發(fā)展性較強(qiáng)的專業(yè)課程，教學(xué)目的不是為了學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識或者基礎(chǔ)技能，而是需要通過人工智能理論教學(xué)以及實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，使學(xué)生從小養(yǎng)成良好的創(chuàng)造意識與創(chuàng)新精神。這需要在教學(xué)環(huán)節(jié)加強(qiáng)對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，但結(jié)合目前形勢分析，小學(xué)人工智能課程多以程序編寫或者機(jī)器人教學(xué)為主。但小學(xué)時(shí)期學(xué)生思維能力尚未完全形成，對很多知識點(diǎn)理解不深刻，影響整體教學(xué)效果，學(xué)生通常會模仿教師操作步驟逐步實(shí)施，無法了解到人工智能工作原理，更不理解程序編寫價(jià)值。追根溯源，還是由于在教學(xué)環(huán)節(jié)缺少對學(xué)生思維能力培養(yǎng)，使人工智能教學(xué)處于機(jī)械式教學(xué)、淺層教學(xué)狀態(tài)。除此之外，目前小學(xué)階段人工智能教育處于研討階段，教學(xué)內(nèi)容過于零散，缺乏統(tǒng)一性與系統(tǒng)性，部分教師甚至對中學(xué)教學(xué)內(nèi)容展開照搬，造成小學(xué)生的人工智能學(xué)習(xí)障礙。不僅如此，人工智能是一項(xiàng)新鮮事物，部分教師在教學(xué)環(huán)節(jié)刻意追求“高大上”，一味增加學(xué)習(xí)難度，導(dǎo)致學(xué)生的完成度普遍偏低。長此以往，必將使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)信心，不利于小學(xué)人工智能課程教學(xué)活動(dòng)順利開展，更不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展。

三、人工智能課程教學(xué)環(huán)節(jié)引入深度學(xué)習(xí)模式的實(shí)踐策略

（一）培養(yǎng)學(xué)生知識遷移能力

整體而言，人工智能課程是一項(xiàng)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，教學(xué)目的在于通過專業(yè)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握人工智能的工作原理，并且可以對生活當(dāng)中的各項(xiàng)人工智能技術(shù)有基礎(chǔ)了解。因此，應(yīng)當(dāng)注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融合開展。在深度學(xué)習(xí)背景下，教師首先應(yīng)當(dāng)注重理論知識教學(xué)通過引入實(shí)踐案例、引入生活元素、設(shè)計(jì)生活場景等方式提升學(xué)生對人工智能技術(shù)的理解與掌握，幫助學(xué)生完成知識點(diǎn)內(nèi)化。與此同時(shí)，教師還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)到的人工智能知識合理遷移到特定的情景當(dāng)中，將理論知識學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐操作，使學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)操能力，并且結(jié)合所學(xué)內(nèi)容展開創(chuàng)新拓展。在創(chuàng)新拓展環(huán)節(jié)教師應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，使學(xué)生可以通過發(fā)揮想象力、聯(lián)系生活實(shí)際等方式掌握人工智能設(shè)備的各項(xiàng)功能，要求學(xué)生將學(xué)到的知識應(yīng)用到對應(yīng)的情景當(dāng)中，解決情景當(dāng)中的特殊問題。這樣不僅學(xué)生擁有良好的理論知識儲備，同時(shí)可以將所學(xué)知識靈活運(yùn)用，具備良好的知識遷移能力與解決問題的能力。

例如，在《智能風(fēng)扇》課程教學(xué)環(huán)節(jié)，教師首先應(yīng)當(dāng)向?qū)W生講解智能風(fēng)扇的工作原理以及基本功能，待學(xué)生對智能風(fēng)扇的基本原理有所理解之后，聯(lián)系生活實(shí)際提出探索問題以及學(xué)習(xí)任務(wù)。在具體的應(yīng)用環(huán)節(jié)，風(fēng)扇會設(shè)定多個(gè)檔位，而智能風(fēng)扇設(shè)備則配備了聲音傳感器，用戶可以通過語音控制風(fēng)扇檔位，科學(xué)地設(shè)置智能調(diào)速流程。具體功能如下：當(dāng)風(fēng)扇接到“一檔”指令后，轉(zhuǎn)速會自動(dòng)調(diào)整為一檔，通常而言，一檔轉(zhuǎn)速為30最適宜；當(dāng)語音傳感器接收到“二檔”指令時(shí)，轉(zhuǎn)速自動(dòng)提升至60；同理，在聽到“三檔”指令時(shí)，智能風(fēng)扇轉(zhuǎn)速會調(diào)整為100。

（二）設(shè)定主題教學(xué)情景

主題化教學(xué)也是深度教學(xué)的常用手段之一，但就小學(xué)人工智能課程而言，主題化教學(xué)是指在某一特定知識主題下展開深度教學(xué)，結(jié)合學(xué)生的日常生活以及興趣特點(diǎn)，將各個(gè)主線任務(wù)串聯(lián)起來，分布在各個(gè)知識點(diǎn)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)的方式，掌握人工智能基礎(chǔ)內(nèi)容，再通過小組研討以及實(shí)踐操作等方式掌握人工智能的核心原理。需要注意的是，興趣培養(yǎng)是主題化教學(xué)成功的關(guān)鍵，同樣也是深度學(xué)習(xí)效果的重要保障。在主題情景設(shè)定環(huán)節(jié)，教師應(yīng)當(dāng)保證情景盡量與學(xué)生的日常生活相貼合，這樣可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，彌補(bǔ)小學(xué)生在人工智能原理理解當(dāng)中的不足，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及潛在能力。為保證深度學(xué)習(xí)效果，小學(xué)人工智能課程教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)在生活場景當(dāng)中展開問題探索，通過學(xué)生在熟悉的場景當(dāng)中探索，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)解決各種問題，并且將自身在課堂學(xué)到的知識合理運(yùn)用到生活情景當(dāng)中。這樣可以幫助學(xué)生完成知識點(diǎn)遷移，使學(xué)生的實(shí)操能力以及解決問題的能力顯著提升。

例如，在《智能風(fēng)扇》課程教學(xué)環(huán)節(jié)，教師就可以結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知情況以及興趣特點(diǎn)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景：小明同學(xué)是一名足球愛好者，他在球賽結(jié)束后回到家中，將風(fēng)扇功率調(diào)至最大，這樣使剛剛運(yùn)動(dòng)完的小明感到身心舒爽。但此時(shí)家中的電話響起，是小明的媽媽叫他去樓下的姥姥家吃晚飯，小明掛了電話后直奔姥姥家而去，卻忘記關(guān)閉風(fēng)扇，而風(fēng)扇則一直處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，這樣不僅造成了電力資源浪費(fèi)，而且也帶來了一定的安全隱患。結(jié)合這一常見生活情景調(diào)動(dòng)小學(xué)生討論興趣，在小組討論環(huán)節(jié)，學(xué)生紛紛將自身觀點(diǎn)表示出來，暢所欲言，對風(fēng)扇的整體結(jié)構(gòu)以及各項(xiàng)功能提出了大膽設(shè)想。而在小組討論結(jié)束后，教師要求各個(gè)小組派代表發(fā)言，各個(gè)小組之間展開辯論，課堂氣氛越發(fā)活躍，深度學(xué)習(xí)優(yōu)勢也因此得到凸顯。

（三）加強(qiáng)學(xué)生主體體驗(yàn)

加強(qiáng)學(xué)生主體體驗(yàn)是深度學(xué)習(xí)模式優(yōu)勢得以體現(xiàn)的重要保障，同樣也是深度學(xué)習(xí)的顯著特征之一，是以提升學(xué)生體驗(yàn)為目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生主體意識，使學(xué)生通過自主實(shí)踐以及小組合作等方式解決問題。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)構(gòu)建原理，在此基礎(chǔ)上，由學(xué)生展開自主探究。這不僅是人工智能教學(xué)效率的重要保障，同樣也是深度學(xué)習(xí)的核心條件。各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都需要由學(xué)生深度參與，學(xué)生自主探究為顯性活動(dòng)，而自主思考則是隱性活動(dòng)。單就小學(xué)人工智能教學(xué)而言，教師應(yīng)當(dāng)通過問題式教學(xué)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神與自主意識，使學(xué)生自主、自覺地參與到趣味性活動(dòng)探索環(huán)節(jié)，將教學(xué)主題情景分解為各個(gè)問題，以情景教學(xué)模式為主線層層帶入，使學(xué)生通過自主實(shí)踐以及小組合作等方式解決實(shí)際問題，通過解決問題掌握人工智能原理，再合理運(yùn)用拼搭技能以及編程技能解決實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生深度參與，培養(yǎng)學(xué)生理論儲備以及解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，以人工智能理論知識為基礎(chǔ)，通過解決各種特殊問題以及復(fù)雜問題培養(yǎng)學(xué)生溝通能力、合作能力、自主能力、學(xué)習(xí)能力以及思維能力，為更深層次的學(xué)習(xí)與生活奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

例如，在《智能風(fēng)扇》課程教學(xué)環(huán)節(jié)，為保證學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)，需要教師精準(zhǔn)開展課程設(shè)計(jì)。首先，應(yīng)當(dāng)為學(xué)生布置一個(gè)循序漸進(jìn)、由淺入深的分層學(xué)習(xí)任務(wù)，在各個(gè)任務(wù)當(dāng)中設(shè)置不同層次的問題，引導(dǎo)學(xué)生通過自主實(shí)踐或者小組合作的方式解決問題，完成教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)。在小組合作環(huán)節(jié)，注重將不同層次的學(xué)生劃分到各個(gè)小組，將不同難度的問題分配給不同層次的學(xué)習(xí)小組，并且給予充分的思考空間與探究空間，要求小組成員分工明確，通過合作以及研討等方式得出最終答案。這樣不僅可以有效解決教師提出的問題以及布置的教學(xué)任務(wù)，而且可以在研討以及合作環(huán)節(jié)，教會學(xué)生分享以及正確看待不同見解，尊重他人。其次，教師應(yīng)當(dāng)掌握紅外傳感器程序編寫是本課教學(xué)難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生掌握編程分支結(jié)構(gòu)，再由學(xué)生展開自主操作由小組共同完成程序編寫任務(wù)，對紅外線傳感器測試長度展開精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用編程判斷語句展開分支判斷，最終完成程序編寫。

（四）構(gòu)建完善的知識體系

人工智能理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)可以幫助學(xué)生提升對人工智能原理的理解，使學(xué)生可以將相關(guān)知識有機(jī)銜接，形成完整的知識體系。在深度學(xué)習(xí)的總結(jié)環(huán)節(jié)，教師應(yīng)當(dāng)回顧本課所學(xué)的技能與知識，對本課教學(xué)內(nèi)容展開有效梳理，將全體教學(xué)知識點(diǎn)串聯(lián)起來，運(yùn)用思維導(dǎo)圖等方式構(gòu)建完善的知識體系，使學(xué)生養(yǎng)成學(xué)習(xí)之后及時(shí)反省、及時(shí)總結(jié)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)積極開展課后延伸活動(dòng)，通過布置開放式課后作業(yè)，激發(fā)學(xué)生課后探索興趣，使學(xué)生在課后作業(yè)環(huán)節(jié)展開深度鉆研，將課堂學(xué)到的技能與知識與原有技能與知識串聯(lián)起來，聯(lián)系生活實(shí)際，建立完整的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，使深度學(xué)習(xí)的作用與優(yōu)勢可以順利呈現(xiàn)。

例如，在智能風(fēng)扇課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師就應(yīng)當(dāng)首先帶領(lǐng)全體學(xué)生回顧本課所學(xué)內(nèi)容以及所學(xué)技能，并且結(jié)合學(xué)生的掌握情況，為學(xué)生布置課后作業(yè)，要求學(xué)生自主探索：智能風(fēng)扇通過增加傳感器的方式，是否可以提升風(fēng)扇功能？結(jié)合室內(nèi)溫度進(jìn)行風(fēng)速調(diào)節(jié)，或者增加溫度傳感器實(shí)現(xiàn)智能調(diào)溫?？偨Y(jié)延伸同樣是深度學(xué)習(xí)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)不僅可以有效激發(fā)學(xué)生的主體意識，使學(xué)生養(yǎng)成良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，而且可以為學(xué)生預(yù)留充足的自主拓展空間，使學(xué)生結(jié)合自身掌握內(nèi)容對某一課題展開深度研討，從而促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神與創(chuàng)造意識形成。

四、結(jié)語

總而言之，深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式與小學(xué)人工智能課程高度契合，二者之間具有諸多互通之處。小學(xué)人工智能課程教師可以通過培養(yǎng)學(xué)生知識遷移能力、設(shè)定主題教學(xué)情景、加強(qiáng)學(xué)生主體體驗(yàn)、構(gòu)建完善的知識體系等方式幫助學(xué)生進(jìn)入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)。這樣不僅人工智能課程教學(xué)效率可以得到有效保障，而且可以有效促進(jìn)小學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展、綜合素質(zhì)發(fā)展。

[1] 張志禎,張玲玲,徐雪迎,等.人工智能的教學(xué)角色隱喻分析——以人工智能教育應(yīng)用領(lǐng)域高影響力項(xiàng)目為例[J].中國遠(yuǎn)程教育(綜合版),2019,13(11):24-37,57.

[2] 焦振洲,于曉雅.小學(xué)信息技術(shù)課程滲透人工智能教育的探索與實(shí)施——以“輸入與人工智能”教學(xué)為例[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育,2021,15(5):49-51.

[3] 唐雯謙,覃成海.人工智能支持的個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑構(gòu)建及其實(shí)證研究——以“跟它學(xué)”人工智能學(xué)習(xí)平臺為例[J].中國電化教育,2021,17(5):124-128.

[4] 馬燕莉,陳陳.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[J].福建教育學(xué)院學(xué)報(bào),2021,22(2):107-109,117.

[5] 張志新,杜慧,高露,等.發(fā)達(dá)地區(qū)中小學(xué)人工智能課程建設(shè)現(xiàn)狀?問題與對策——以某“新一線”城市為例探討[J].中國電化教育,2020,17(9):40-49.

[6] 許明偉,陳明宏.基于“1+2”課程模式的人工智能教育課程設(shè)計(jì)與實(shí)施——以區(qū)域校本課程《小學(xué)人工智能入門》為例[J].教育信息技術(shù),2021(3):31-34.

[7] 蔡純霞.基于人工智能運(yùn)用于小學(xué)信息技術(shù)課堂的教學(xué)案例探究——以《動(dòng)物園探秘——“曲線”工具》為例[J].少男少女,2019,3(33):28-29.

[8] 楊文剛.大班化教學(xué)中開展小學(xué)“人工智能”課程的實(shí)踐與探索——以“我認(rèn)識你——人臉識別技術(shù)的運(yùn)用”為例[J].科學(xué)咨詢,2020(7):161.

[9] 張屹,王玨,謝玲,等.小學(xué)數(shù)學(xué)PBL+CT教學(xué)促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的研究——以“怎樣圍面積最大”為例[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(教育科學(xué)版),2021,39(8):70-82.

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