基于計(jì)算思維的高中人工智能課程教學(xué)研究

林榮輝

［摘 要］計(jì)算思維對高中學(xué)生具有較大的影響，它對學(xué)生的探究能力、理解能力、問題解決能力等各項(xiàng)能力的提升具有助推作用。而人工智能課程教學(xué)，對促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展有重要的作用。文章從在高中人工智能課程教學(xué)中滲透計(jì)算思維培養(yǎng)的策略分析出發(fā)，探尋高中人工智能課程助力學(xué)生全面發(fā)展的可行路徑，增強(qiáng)高中人工智能課程對學(xué)生發(fā)展的促進(jìn)作用。

［關(guān)鍵詞］計(jì)算思維；人工智能；課程教學(xué)

［中圖分類號］? ? G633.67? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）05-0097-03

人工智能是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和算法的智能，人工智能已經(jīng)成為當(dāng)今科技領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，與其他知識內(nèi)容相比，人工智能內(nèi)容對學(xué)生具有更強(qiáng)的吸引力，能為學(xué)生帶來新鮮感。但在傳統(tǒng)的人工智能教學(xué)中，教師沒有有效利用人工智能對學(xué)生的吸引力引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生對學(xué)習(xí)人工智能產(chǎn)生抵觸心理，這讓人工智能教學(xué)的開展和學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)受到一定的影響，讓人工智能課程的教育意義減弱?；诖耍诟咧腥斯ぶ悄苷n程教學(xué)中，教師需要優(yōu)化教學(xué)模式，靈活采用多種教學(xué)方式，從而促進(jìn)學(xué)生積極參與人工智能的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

一、優(yōu)化教學(xué)方式，加強(qiáng)學(xué)生思維的轉(zhuǎn)換性

（一）豐富教學(xué)內(nèi)容的展現(xiàn)形式，強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師采用的教學(xué)方式通常是比較常規(guī)的語言講解以及重復(fù)性的知識練習(xí)，對于抽象的人工智能課程內(nèi)容，學(xué)生很難理解，非常影響教師人工智能教學(xué)的開展以及對學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。為了強(qiáng)化學(xué)生對人工智能相關(guān)知識的理解，教師可豐富教學(xué)內(nèi)容的展現(xiàn)形式，將知識內(nèi)容直觀、清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解。

例如，在“人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展”的教學(xué)中，教師可以通過思維導(dǎo)圖或流程圖為學(xué)生展示人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展過程，以直觀的圖表畫面增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的直觀性和清晰性，強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解。與此同時(shí)，教師還可以利用信息技術(shù)為學(xué)生直觀展示人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展歷程，讓學(xué)生在直觀、清晰的畫面中更加深刻地理解所學(xué)的知識，讓學(xué)生的知識體系更加完整、更具邏輯性。

（二）增加課堂互動(dòng)，營造良好的課堂氛圍

課堂互動(dòng)的增加，能夠幫助教師打造輕松、愉悅的人工智能課堂，讓學(xué)生和教師之間的距離在良好課堂氛圍的影響下不斷拉近，讓教師對學(xué)生的了解更具真實(shí)性，讓教師的教學(xué)計(jì)劃的科學(xué)性得以提高。在課堂互動(dòng)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考人工智能知識在實(shí)際生活中的應(yīng)用思路與途徑，讓學(xué)生的思維得到訓(xùn)練，促使學(xué)生的計(jì)算思維能夠有效發(fā)展。因此，在優(yōu)化人工智能課程教學(xué)模式時(shí)，教師可以增加課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，營造輕松、愉悅的課堂氛圍，以激發(fā)學(xué)生對人工智能的學(xué)習(xí)興趣，提高人工智能課程教學(xué)的效率，同時(shí)促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

例如，在“人工智能平臺中的智能工具”的教學(xué)中，教師利用信息技術(shù)給學(xué)生展示不同的生活情境，比如“短視頻平臺用戶利用特效模擬出自己的古代照片，用戶的臉還是現(xiàn)代的樣子，但是整體環(huán)境換成了古代的背景”“小明想在自己電腦的文件夾中尋找一個(gè)有關(guān)社會實(shí)踐報(bào)告的文檔，最終他利用篩選功能找到了這篇文檔”等，讓學(xué)生自主思考這些生活情境中是否應(yīng)用了人工智能的知識，如果學(xué)生認(rèn)為應(yīng)用了人工智能知識，則讓學(xué)生梳理出應(yīng)用人工智能知識解決問題的過程與方法。教師利用信息技術(shù)對不同情境進(jìn)行展現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主思考問題，增強(qiáng)了師生互動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維。

（三）為學(xué)生搭建展示平臺，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力

展示平臺的搭建，在一定程度上能夠滿足學(xué)生的表現(xiàn)欲，提升學(xué)生的實(shí)踐能力，也能夠讓教師更加了解學(xué)生對知識的理解情況，以便于教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況調(diào)整教學(xué)計(jì)劃、優(yōu)化教學(xué)模式，使教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)模式與學(xué)生學(xué)習(xí)的匹配度提升，從而讓教師教學(xué)工作得以順利推進(jìn)，讓學(xué)生的計(jì)算思維得到有效發(fā)展。因此，在高中人工智能課程教學(xué)中，教師可以借助信息技術(shù)的雙屏功能、投屏功能等為學(xué)生搭建展示平臺，讓學(xué)生的表現(xiàn)欲得到滿足，自主學(xué)習(xí)能力得到提高，同時(shí)也讓教師實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的全面了解，更加高效地開展高中人工智能課程教學(xué)，保證學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)效果。

例如，在“編程調(diào)用平臺中的智能工具”的教學(xué)中，教師可以在講解相關(guān)知識后讓學(xué)生發(fā)散思維，思考如果需要完成一個(gè)對話機(jī)器人的編程應(yīng)如何設(shè)計(jì)，會應(yīng)用到什么情境，并讓學(xué)生根據(jù)自己的想法制訂一個(gè)對話機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)表。在學(xué)生自主思考結(jié)束后，教師隨機(jī)點(diǎn)名幾個(gè)學(xué)生，讓他們展示自己的作品，教師利用信息技術(shù)的雙屏功能將他們的作品展示在大屏幕上，為學(xué)生搭建展示平臺，讓學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)展示。在學(xué)生展示作品后，教師根據(jù)其作品的實(shí)際情況進(jìn)行總結(jié)性評價(jià)或者糾錯(cuò)指導(dǎo)。展示平臺的搭建，有助于加強(qiáng)學(xué)生思維、能力的訓(xùn)練，促使學(xué)生的計(jì)算思維得到有效發(fā)展。

二、積極開展課堂活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性

（一）開展微項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)，增加學(xué)生自主探究的時(shí)間

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師主要注重對知識的傳輸，而很少留出時(shí)間給學(xué)生自主探究。微項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)的開展，讓學(xué)生自主探究知識的時(shí)間增多，有助于學(xué)生獨(dú)立思考能力、分析能力、探究能力等能力的提升，有利于學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。因此，在高中人工智能課程教學(xué)中教師應(yīng)積極開展微項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的主體地位，為學(xué)生提供自主探究的機(jī)會，從而有效促進(jìn)學(xué)生各方面能力的提高，為學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展提供有力支持。

例如，在“感受人工智能的魅力”的教學(xué)中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生開展“走近人工智能”的微項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)，將學(xué)生分成若干小組，讓學(xué)生以小組為單位自主探究人工智能的研究領(lǐng)域，分辨出人工智能在實(shí)際生活中的應(yīng)用，讓學(xué)生在自主探究的過程中感受人工智能的魅力，體會人工智能對現(xiàn)代社會的影響。學(xué)生在自主探究的過程中培養(yǎng)了思維的靈活性，計(jì)算思維也得到了有效發(fā)展。

（二）開展趣味性游戲活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的思維轉(zhuǎn)換能力

相比常規(guī)的教學(xué)活動(dòng)，趣味性游戲活動(dòng)更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生體會到學(xué)習(xí)的樂趣。在游戲活動(dòng)過程中，學(xué)生會不斷地轉(zhuǎn)換思維，分析思考相關(guān)知識在不同場景中的應(yīng)用，這對學(xué)生思維轉(zhuǎn)換能力的提升有較強(qiáng)的助推作用。為此，在高中人工智能教學(xué)中教師應(yīng)積極開展趣味性游戲活動(dòng)，吸引學(xué)生的注意力，促使學(xué)生全身心地沉浸在課堂學(xué)習(xí)之中，從而有序推進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)工作。

例如，在“人工智能的應(yīng)用”的教學(xué)中，教師可以組織學(xué)生開展“快速反應(yīng)”的游戲活動(dòng)，事先提前準(zhǔn)備介紹人工智能在不同領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用的卡片，將學(xué)生按照座位分成幾個(gè)大組，再給各小組的每個(gè)學(xué)生發(fā)放相同的卡片，讓學(xué)生將卡片平鋪在桌子上，教師喊出“醫(yī)療類”“工業(yè)類”等，同時(shí)倒計(jì)時(shí)，要求學(xué)生在倒計(jì)時(shí)結(jié)束前舉起桌面上所有同一品類的卡片，能舉起的則獲勝，沒有舉起的則被淘汰，最終剩下的學(xué)生為小組第一。決出小組第一后將卡片移交給下一組繼續(xù)進(jìn)行游戲。在高中人工智能課程教學(xué)中開展趣味性游戲活動(dòng)，可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

（三）開展小組競賽活動(dòng)，提高學(xué)生的課堂參與度

高中生的內(nèi)心通常會存在一定的勝負(fù)欲，在勝負(fù)欲的影響下，他們參與課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)的主動(dòng)性、自主性都會得到相應(yīng)的提高。因此，在高中人工智能教學(xué)中，教師應(yīng)積極開展小組競賽活動(dòng)，以提高學(xué)生的課堂參與度。

例如，在“人工智能的影響”的教學(xué)中，教師先對學(xué)生進(jìn)行小組分配，讓學(xué)生以小組為單位設(shè)計(jì)一個(gè)有關(guān)人工智能的影響的思維導(dǎo)圖或者關(guān)系圖，在其中展現(xiàn)出人工智能對人類社會的影響。在各小組設(shè)計(jì)結(jié)束后，教師利用信息技術(shù)的投屏功能將各小組的作品輪流展示在大屏幕上。在作品展示結(jié)束后，教師讓學(xué)生依據(jù)作品呈現(xiàn)的完整性和準(zhǔn)確度對其他小組進(jìn)行評分，滿分為10分，最終平均分最高的小組獲勝。通過開展小組競賽活動(dòng)，提高了學(xué)生的課堂參與度，為學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展提供了有力支持。

三、創(chuàng)設(shè)不同情境，增強(qiáng)學(xué)生思維的創(chuàng)新性

（一）創(chuàng)設(shè)生活情境，讓學(xué)生體會所學(xué)知識的應(yīng)用價(jià)值

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師對人工智能課程知識在生活中的實(shí)際應(yīng)用會有所提及，但很少創(chuàng)設(shè)生活情境，引導(dǎo)學(xué)生在情境中學(xué)習(xí)相關(guān)知識，導(dǎo)致學(xué)生知道所學(xué)知識在生活中可以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，但對在生活中應(yīng)用所學(xué)知識的方式、所學(xué)知識與日常生活之間的聯(lián)系有多緊密等并不清楚，這不利于學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的提升。為此，教師應(yīng)在高中人工智能教學(xué)中創(chuàng)設(shè)生活情境，讓學(xué)生在生活情境中深層次地理解人工智能知識的廣泛應(yīng)用以及應(yīng)用途徑，加強(qiáng)學(xué)生計(jì)算思維的訓(xùn)練。

例如，在“人工智能平臺中的智能工具”的教學(xué)中，教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)有關(guān)“利用北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)尋路”的生活情境，引導(dǎo)學(xué)生在應(yīng)用北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航、擬定路線的過程中了解人工智能平臺中智能工具的使用方法，幫助學(xué)生了解人工智能平臺中的智能工具，使學(xué)生真切感受到人工智能對人類社會生活的影響，掌握利用智能工具解決生活中的實(shí)際問題的方法，明晰人工智能在信息時(shí)代發(fā)展中的重要價(jià)值。通過生活情境的創(chuàng)設(shè)，可促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、理解能力等能力的提高，為學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展提供有力支持。

（二）創(chuàng)設(shè)探索情境，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)散思維

探索情境的創(chuàng)設(shè)，有助于教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，思考所學(xué)知識的多種應(yīng)用方式，讓學(xué)生基于自身對所學(xué)知識的理解，分析其在不同情境下的應(yīng)用途徑，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中同步進(jìn)行思維訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算思維的有效發(fā)展。因此 ，在高中人工智能教學(xué)中教師需要重視探索情境的創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)散思維，不斷地對知識的多種應(yīng)用途徑和正確應(yīng)用思路進(jìn)行深入思考，讓學(xué)生從中得到思維轉(zhuǎn)換能力和思維發(fā)散能力的有效訓(xùn)練，幫助學(xué)生夯實(shí)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，助推學(xué)生全面發(fā)展。

例如，在“人工智能的應(yīng)用”的教學(xué)中，教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)“未來兩百年后的……”的探索情境，引導(dǎo)學(xué)生選擇一個(gè)主題內(nèi)容，比如“未來兩百年后的汽車”“未來兩百年后的飛機(jī)”等，并以小組為單位進(jìn)行思考，分析兩百年后人工智能會發(fā)展成什么樣，以及會如何進(jìn)行應(yīng)用，如果是由你來開發(fā)人工智能，你會融入什么樣的人工智能設(shè)計(jì)理念，最終想要達(dá)到什么樣的效果，接著模擬自己預(yù)想中的人工智能解決問題的過程。創(chuàng)設(shè)探索情境，可加強(qiáng)學(xué)生的思維訓(xùn)練，讓學(xué)生的計(jì)算思維獲得有效發(fā)展。

總而言之，計(jì)算思維的培養(yǎng)是高中人工智能課程教學(xué)的主要目標(biāo)，教師應(yīng)給予高度重視。為了給學(xué)生的成長發(fā)展提供更有利的幫助，教師應(yīng)重視優(yōu)化教學(xué)方式、積極開展課堂活動(dòng)、創(chuàng)設(shè)生活情境等，以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和能動(dòng)性的提升，增強(qiáng)學(xué)生在高中人工智能課程中的沉浸感，讓學(xué)生感受到人工智能知識的多種應(yīng)用途徑，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、理解能力、探究能力、創(chuàng)新能力等能力的提高，加強(qiáng)學(xué)生思維的轉(zhuǎn)換性、創(chuàng)新性以及發(fā)散性，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的有效發(fā)展，助推學(xué)生全面發(fā)展。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 王海濤，楊麗彬.基于STEM理念的高中人工智能課程教學(xué)實(shí)踐研究：以“設(shè)計(jì)超市果蔬智能稱重機(jī)”為例［J］.教育信息技術(shù)，2022（Z2）：61-63.

［2］? 周思博.高中人工智能教學(xué)之機(jī)器學(xué)習(xí)初探：基于Python的線性回歸問題解決［J］.中小學(xué)信息技術(shù)教育，2022（7）：70-72.

［3］? 朱靜艷，鄭霞.深議項(xiàng)目式教學(xué)中提升學(xué)生計(jì)算思維的有效策略：以高中人工智能課程為例［J］.學(xué)苑教育，2022（5）：87-88，91.

［4］? 王云霄.高中人工智能課堂的“熱度”與“深度”：《人工智能的應(yīng)用與影響》教學(xué)案例［J］.中國信息技術(shù)教育，2022（2）：23-26.

［5］? 陸明麗. 人工智能賦能的高中英語閱讀教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)研究：以《The advertising game》為例［J］.電腦知識與技術(shù)，2021（16）：110-113，124.

［6］? 吳憲辰，劉奎. 面向計(jì)算思維培養(yǎng)的高中人工智能課程PBL教學(xué)模式研究［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2020（10）：33-35.

［7］? 穆明. 談普通高中人工智能教學(xué)設(shè)計(jì)：Python入門人工智能“三部曲”［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2020（2）：30-35.

（責(zé)任編輯 黃春香）