人工智能背景下的小學(xué)編程教學(xué)策略研究

翁素樺

摘 要：近年來，我國小學(xué)階段逐漸把人工智能課程融入信息技術(shù)教學(xué)中，逐步推廣編程教育，旨在培養(yǎng)復(fù)合型人才。文章主要闡述人工智能發(fā)展與教育、圖形化編程的特點，以及人工智能背景下小學(xué)編程教學(xué)策略研究。筆者以“單詞學(xué)習(xí)小助手”一課為例，課堂設(shè)置“創(chuàng)設(shè)情境—通識學(xué)習(xí)—體驗活動—實驗活動—拓展應(yīng)用—評價總結(jié)”六個環(huán)節(jié)來展開教學(xué)，有效提升小學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

關(guān)鍵詞：人工智能;小學(xué)編程;教學(xué)策略

一、人工智能的發(fā)展與教育

人工智能是一項多領(lǐng)域交叉學(xué)科，包括計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、認知科學(xué)、心理學(xué)等，研究人類智能活動的規(guī)律，構(gòu)造具有一定智能的人工系統(tǒng)，研究怎樣能夠讓計算機去完成以往需要人工參與才能完成的工作。其實質(zhì)可以理解為：讓機器能夠像人類一樣思考、行動，并且具有一定的理智性。人工智能學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括人工智能意識、技術(shù)創(chuàng)新思維和智慧社會責(zé)任。

隨著人工智能在生產(chǎn)、生活、工作中的應(yīng)用，也為教育提供了豐富的資源，推動教育的發(fā)展。在教學(xué)中，圖像識別、語音識別、人機交互等人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域已被廣泛利用，一方面能夠打破時間和空間的界限，讓學(xué)生在“沉浸式體驗”中學(xué)習(xí)，易于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)積極性;另一方面可以利用大數(shù)據(jù)分析輔助教學(xué)，有效提高教學(xué)效率，便于教師根據(jù)每個學(xué)生對知識掌握的情況因材施教，促進學(xué)生的全面發(fā)展。除此之外，個性化學(xué)習(xí)、智能學(xué)習(xí)反饋、機器人遠程支教等人工智能的教育應(yīng)用，推動著教育的改革與發(fā)展。

二、圖形化編程的特點

編程是實現(xiàn)人工智能的關(guān)鍵基礎(chǔ)，編程語言有很多種，結(jié)合小學(xué)生的身心發(fā)展特征和難易程度考慮，廣州市人工智能教材采用了圖形化編程語言。圖形化編程的學(xué)習(xí)旨在通過系列學(xué)習(xí)，培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新思維、計算思維和編程思維，幫助他們更好地正確掌握編程世界的底層邏輯，更好地解決實際問題。

文章研究的圖形化編程工具是編程貓的kitten源碼編輯器，具以下特點：一是免費使用，學(xué)生無論在家，還是在學(xué)校都可以打開平臺進行創(chuàng)作，無須家長或?qū)W校額外購買產(chǎn)品;二是有趣的界面，該編輯器采用卡通式形象和背景，有效激發(fā)學(xué)生的興趣，減少學(xué)生對編程的抗拒心理，讓學(xué)生愿意操作、研究和創(chuàng)作;三是易于操作，源碼編輯器中的圖形化編程語言，通過移動積木的位置，設(shè)置參數(shù)，就能直觀地感受畫面的變化，讓學(xué)生在操作中逐漸理解畫面交互與編程代碼的直接關(guān)系，無須掌握系統(tǒng)性的編程邏輯也能進行創(chuàng)作，讓編程學(xué)習(xí)過程變得簡單。除此以外，該平臺支持XP系統(tǒng)、win7及以上系統(tǒng)下載客戶端進行離線編輯代碼，也能在線分享作品，互相交流學(xué)習(xí)。

三、人工智能背景下的小學(xué)編程教學(xué)策略

編程是人工智能+教育的重要組成部分。小學(xué)階段主要是通過讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和生活中的人工智能，體驗人工智能為我們的學(xué)習(xí)和生活帶來的改變，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)習(xí)動機。

（一）創(chuàng)設(shè)情境

研究和經(jīng)驗實踐發(fā)現(xiàn)，情境能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在信息技術(shù)課堂教學(xué)中一般采用的創(chuàng)設(shè)情境的方法有：結(jié)合生活展現(xiàn)法、運用實物演示法、利用多媒體再現(xiàn)法，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，合理有效地選擇合適的方法進行情境導(dǎo)入，5分鐘快速集中學(xué)生的注意力，使學(xué)生主動積極地進行建構(gòu)性學(xué)習(xí)。

如“單詞學(xué)習(xí)小助手”一課中，筆者采用“聽電影臺詞，猜電影”的游戲進行導(dǎo)入。備課時，筆者用問卷調(diào)查的方法搜集班上每位同學(xué)最喜愛的十部英文電影，然后把最多人選的十部英文電影篩選出來，并分別在這十部電影中找出一句經(jīng)典臺詞，把這十句臺詞填寫在程序的臺詞庫當(dāng)中。在課堂上，全班一起參與游戲，當(dāng)單擊“聽臺詞”時，電腦會隨機播放一句臺詞庫中的臺詞，知道電影名稱的同學(xué)可以單擊“說答案”回答，讓電腦判斷答案是否正確，如果正確會顯示“正確”，否則顯示“錯誤”。

（二）通識學(xué)習(xí)

掌握知識是培養(yǎng)能力的基礎(chǔ)。在建立知識構(gòu)建時，教師利用先行組織者策略，在安排學(xué)習(xí)任務(wù)之前先給學(xué)生呈現(xiàn)引導(dǎo)性的學(xué)習(xí)材料，以生活中的實際應(yīng)用為依托，結(jié)合計算機思維的概念對編程中的相關(guān)知識進行解釋，有利于學(xué)生建立新、舊知識的聯(lián)系，從而對新學(xué)習(xí)的內(nèi)容起固定、吸收作用，更好地指導(dǎo)實踐和創(chuàng)作。

在“單詞學(xué)習(xí)小助手”一課中，筆者以微課的方式讓學(xué)生初步感知“電腦是如何說”和“電腦如何聽”，分別解釋語音合成技術(shù)和語音識別技術(shù)，并用生活中常見的例子加以說明，如有道APP的讀單詞功能、在線文字轉(zhuǎn)語音、語音識別翻譯功能等。

（三）體驗活動

教育家?guī)觳J為體驗是學(xué)習(xí)發(fā)展的源泉，學(xué)生在有教育作用的情境中體驗時，會自覺反思體驗的意義，并隨著思考的逐漸深入，學(xué)生會在體驗的基礎(chǔ)上形成抽象概念，其后對抽象概念加以檢驗，了解其運作方式，這種檢驗是通過主動實驗過程進行，必然會使學(xué)生重新回歸具體體驗。

在“單詞學(xué)習(xí)小助手”一課中，以小組（6人）為單位進行體驗式學(xué)習(xí)，每組配備有2臺平板電腦，每臺平板電腦中有已準備好的3個程序軟件，一是“聽英文說中文”單詞練習(xí)，二是“說中文翻譯英文文字”導(dǎo)游助手，三是“文字轉(zhuǎn)語音”播音助手。要求小組成員分別體驗這三個程序軟件，組內(nèi)交流分享每一個軟件實現(xiàn)的功能，完成“研學(xué)案”上的程序流程圖填空（如下圖），并選一個代表在班上分享“聽英文說中文”單詞練習(xí)實現(xiàn)的功能。

（四）實驗活動

學(xué)生在體驗時對語音合成技術(shù)和語音識別技術(shù)僅停留在概念認知層面，還不理解如何在實際問題中應(yīng)用。只有通過實驗活動，讓學(xué)生真正動手去做，結(jié)合編程語句中的變量積木塊、條件語句積木塊，從直觀上和操作上感知具體步驟，從而獲得直接經(jīng)驗并內(nèi)化成知識，達到培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的目的。

在“單詞學(xué)習(xí)小助手”一課中，以任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)并解決問題。首先分析要實現(xiàn)程序的功能，根據(jù)已完成的流程圖逐一對應(yīng)積木塊，然后把積木塊拼合在一起，最后反復(fù)測試程序是否實現(xiàn)了預(yù)定的功能。如果在操作過程中遇到了困難，可以跟小組成員進行合作，也可以請求教師指導(dǎo)幫助。

（五）拓展應(yīng)用

在實際生活中，學(xué)生在解決問題時需要靈活運用各種知識，或需要一定的創(chuàng)新，才能有效解決問題。根據(jù)維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論，教師應(yīng)該走在學(xué)生發(fā)展的前面，走在教學(xué)內(nèi)容的前面，讓學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)“跳一跳，摘果子”的目標。

在“單詞學(xué)習(xí)小助手”一課中，以語音合成技術(shù)或語音識別技術(shù)為基礎(chǔ)，小組合作進行創(chuàng)作。通過小組合作，讓學(xué)生在討論中發(fā)生思維碰撞，合力解決問題。有的小組創(chuàng)作了“聽中文說英文”，有的小組創(chuàng)作了“古詩詞對答接龍”，有的小組創(chuàng)作了“數(shù)學(xué)口算達人”。各小組展示成果，組間互相點評交流學(xué)習(xí)，通過跨學(xué)科融合提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和信息素養(yǎng)。

（六）評價總結(jié)

新課改和最新的義務(wù)教育實施評價方案要求注重綜合評價與特色評價相結(jié)合、注重結(jié)果評價與增值評價相結(jié)合、注重自我評價與外部評價相結(jié)合，重視全體學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展的同時，要注重差異性、多樣性，關(guān)注每一位學(xué)生的個性發(fā)展。課堂總結(jié)有利于鞏固已學(xué)知識，形成體系，便于應(yīng)用。

在“單詞學(xué)習(xí)小助手”一課中，先讓學(xué)生完成自評、小組評，然后教師評。再隨機抽取兩名學(xué)生進行學(xué)習(xí)小結(jié)，先讓學(xué)生對不完善的地方進行補充，然后教師總結(jié)。通過評價與總結(jié)，鞏固本節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，促進后續(xù)學(xué)習(xí)。

四、結(jié)語

為了讓學(xué)生能夠更好地適應(yīng)社會發(fā)展，培養(yǎng)小學(xué)生的創(chuàng)新思維和信息素養(yǎng)，通過信息技術(shù)課堂進行編程教學(xué)，讓學(xué)生在各種體驗與實驗活動中感受人工智能應(yīng)用帶來的變化，做到理論與實踐相結(jié)合、小組合作與個性創(chuàng)作相結(jié)合、多元評價與自我反思相結(jié)合，促進學(xué)生的全面發(fā)展，推動“人工智能+教育”的發(fā)展。

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