小學人工智能課堂教學范式的設計與實施

胡欣華

【摘 要】本文分析了當前小學人工智能課程課堂教學的問題，在此基礎上，提出了構建積極課堂教學范式的小學人工智能課堂教學設計和實施策略，以推動相關教學改革。

【關鍵詞】小學；人工智能；教學范式；課程教學；設計與實施

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2023）01-040-03

在信息化時代背景下，人工智能方興未艾，也是社會發(fā)展的主流趨勢。2017年，國務院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，從戰(zhàn)略發(fā)展的層面，要求全國中小學普及開展人工智能課程教學，全面普及人工智能基礎知識教育，為國家科技人才的培養(yǎng)進行前瞻性探索[1]。對此，本文基于積極課堂教學范式分析了小學人工智能課程課堂教學設計與實施策略。

課堂教學范式是指教師按照教學大綱要求，開展課堂教學時所采用的相對固定的教學模式，在一定范圍內(nèi)受到教學主管部門、教師同行認可，并形成了相關的理論共識。

課堂教學范式的選擇對提高小學人工智能的課堂教學效果非常重要。從目前調(diào)查了解的情況來看，一些小學人工智能的授課方式五花八門，大多數(shù)只是對一些圖形和機器人課程進行簡單的編程操作，而對人工智能技術基本原理和機器人工作原理的教學內(nèi)容講得較少。因此，選擇適宜的小學人工智能課堂教學范式迫在眉睫。

小學人工智能教學當前存在的問題

小學人工智能課程課堂教學在我國起步較晚，至今沒有形成有代表性的課堂教學范式，從教學內(nèi)容的安排到課堂教學方式的選擇，都還有待進行完善的地方，其存在問題主要表現(xiàn)在以下方面。

1.教師缺乏專業(yè)知識

小學人工智能課程教學的教師大多由其他學科的老師轉任或兼任，這些教師缺乏人工智能學科的專業(yè)知識，人工智能專業(yè)基礎薄弱，一般都是按照傳統(tǒng)的教學模式進行課程開發(fā)與授課，沒能突出該學科應有特點。同時，有些教師不能很好地激發(fā)學生的學習興趣，更不能有效地培養(yǎng)小學生的創(chuàng)新思維。

2.課程教學內(nèi)容淺層化

目前，小學人工智能課程內(nèi)容偏向淺層化與現(xiàn)象化。例如，教學內(nèi)容偏向算法描述，沒有從小學生的需求出發(fā)，忽視了內(nèi)容之間及內(nèi)容與實際的邏輯與內(nèi)在關系，這導致課堂教學的深度不夠。產(chǎn)生問題的主要原因是教師對人工智能課程教學的認識與理解不深所致，教師在教學中不能很好地幫助學生理解概念之間的聯(lián)系，影響了學生對課程的認知與學習。

3.相關方面對課程支持力度不夠

小學人工智能課程屬于地方課程或校本課程。由于相關方面的支持力度不足，有些學校沒有專門的課時安排，或?qū)φn程教學所需的硬件投入不足。還有些學校不注重學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，只讓學生學習一些相關的人工智能知識。同時，有的學生家長只關注對學生未來升學有重要影響的語、數(shù)、英等學科學習，而對人工智能課程學習不重視。

小學人工智能課堂教學范式的設計與實施

1.設計思路

首先，基于教育教學理論制定課程設計的主要原則與要求，包括趣味性原則、實用性原則和可操作性原則，確保課程最終能夠有效應用與實施。其次，對課程的實施對象、教學實施工具與環(huán)境進行分析，并確定課程的主要目標。第三，根據(jù)小學生的認知發(fā)展特點，構建包含三個知識層次的小學人工智能課程教學內(nèi)容框架，確定每一節(jié)課的主要教學內(nèi)容。第四，針對不同的知識層次的課程內(nèi)容制定相應的教學范式，如情境化教學范式、基于問題的教學范式和基于項目的教學范式。最后，將教學目標、教學內(nèi)容和相應的教學范式相結合，設計相應的教學案例。

2.設計原則

小學人工智能教學設計有四個要遵循的原則：一是普惠性原則，課程教學面向全體學生，通識與實踐并重。二是趣味性原則，在教學過程中教師運用各種方法激發(fā)學生的學習興趣，從而增強學習效果。三是實用性原則，強調(diào)小學人工智能的教學活動必須貼近生活、貼近實際。四是可操作性原則，包括學生可操作性和教師可操作性兩個方面，前者指的是設計的課程必須能被大部分學生理解和掌握，后者指設計出來的課程讓教師能夠立刻投入到教學工作中去，不影響教學的進度。

3.對學習對象進行學情分析

學習者的特征是教學設計的出發(fā)點，是影響教師教學活動有效性的關鍵因素，深入分析與準確把握學習者特征是課程設計的前提。對于學情分析一般從學生已有的學習經(jīng)驗、對知識的掌握程度以及個人學習能力等方面進行分析，確定學生的學習起始能力，以此來確定教學的起點。

4.課程目標的制定

課程目標的正確擬定是關乎課堂教學是否成功的重要因素。在對小學人工智能課程目標的依據(jù)和定位進行梳理分析的基礎上，小學人工智能課程的具體教學目標設計，可從知識與能力、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個方面進行設計。

5.課程教學內(nèi)容設計

（1）教學內(nèi)容整體框架的設計

根據(jù)學生的認知規(guī)律，課程內(nèi)容整體框架設計為情境創(chuàng)設、通識學習（包括體驗、實驗、應用）、拓展創(chuàng)新、評價小結四部分。

（2）對教學課程內(nèi)容的具體設計

根據(jù)“一主三環(huán)”的教學范式，即以通識知識為主線，以設計體驗、實驗、應用三個主要環(huán)節(jié)為具體內(nèi)容。

6.課程教學范式的構建

根據(jù)積極課堂教學范式的原則，人工智能課程可設計以下的課堂教學范式。

（1）情境化教學范式

情境化教學范式認為知識若是在真實的情境中呈現(xiàn)，可激發(fā)學生的興趣，調(diào)動其學習的主觀能動性，從而促進學生對知識的理解與建構。

情境教學范式的設計包括以下主要過程。

一是創(chuàng)設真實的人工智能情境，激發(fā)學生學習人工智能的興趣。例如，在“走進人工智能”的開始環(huán)節(jié)，教師可播放貼近學生生活場景的動畫或視頻，讓學生發(fā)現(xiàn)身邊的人工智能，從而激發(fā)學習興趣。

二是體驗和感知人工智能技術和應用，引導學生進行思考和討論。例如：在“走進人工智能”教學中，教師利用文字識別系統(tǒng)演示識別圖像中包含的文字，學生體驗文字識別技術后，教師組織學生對文字識別應用的感受和優(yōu)點進行討論，從而促進學生對文字識別的理解。

三是總結學習內(nèi)容，分析人工智能對人類的影響，引導學生正確對待人工智能技術。

（2）基于問題的教學范式

基于問題的教學范式是以問題為核心展開的，通過在真實的情境中讓學生以小組合作的形式探究、解決問題，培養(yǎng)學生高階認知能力的課堂教學形式，主要有以下步驟。

一是創(chuàng)造一個情境并提出問題。以“初識人工智能”為例。全班觀看“什么是人工智能”的視頻，然后提出“什么是人工智能”的問題。

二是分析問題，組織分工。老師引導學生就“什么是人工智能”這個問題進行討論和分析。然后團隊開始制定計劃，明確每個成員的任務，并提出步驟和解決方案。

三是探索并解決問題。每個學生根據(jù)團隊分工收集、整理、分析信息后，與小組成員分享交流，總結出自己小組最全面的答案。

四是分享和交流。小組代表向全班同學分享小組學習成果，并與其他小組進行交流。

五是評估和反饋。在老師的指導下，學生對“什么是人工智能”問題的解決結果進行評價，判斷問題是否已經(jīng)解決，并總結探究過程中所學到的知識。

（3）基于項目的教學范式

基于項目的教學范式指的是學生在教師的指導下以完成“項目”為出發(fā)點，通過小組合作的學習方式設計方案、自主探索，并積極使用多種信息資源構建自己的知識，最終完成項目并將成果進行分享和交流的教學范式（圖1），主要包括創(chuàng)設情境、科學導讀、確定項目、制定計劃、活動探究、創(chuàng)作與創(chuàng)新、成果交流與展示和活動評價八個步驟。

小學人工智能課堂教學的改進與提高

為加強小學人工智能課堂教學范式的實施，可采取以下舉措。

1.提高教師專業(yè)水平

①加強教師的相關專業(yè)能力培訓。②提高教師的教學能力，完善教學流程。一是教師要加強有效備課；二是強化教師的科研能力，完善課程體系；三是增強教學反思。③完善教學評價體系。

2.注重培養(yǎng)學生計算思維和創(chuàng)新能力

教師努力創(chuàng)設趣味性的課堂，可以有效地調(diào)動學生的學習積極性。在課堂教學中，教師注重把教學內(nèi)容和學生的生活實際聯(lián)系在一起，通過游戲設計、團建項目、討論交流等形式，激發(fā)學生的學習興趣。同時根據(jù)教學目標，利用多樣化手段培養(yǎng)學生的計算思維和創(chuàng)新能力。

3.多渠道拓寬課程資源

課程資源既是知識、信息和經(jīng)驗的載體，也是課程實施的媒介。人工智能課程中的活動更多地依賴豐富的人工智能配套設施以及設施完備的實驗室，供學生學習參觀與使用，以提高學生的動手實踐能力和操作技能。

綜上所述，要構建科學與適宜的小學人工智能課程課堂教學范式，關鍵要從設計思路、設計原則、對學習對象進行學情分析、課程目標的制定、課程教學內(nèi)容設計、課程教學范式的構建六個方面進行。選擇與設計適宜的小學人工智能課程課堂范式可增強教學的效果，提高教師專業(yè)水平，有利于培養(yǎng)學生計算思維和創(chuàng)新能力，有利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

參考文獻

[1]劉載興.義務教育階段人工智能課程課堂教學范式構建與實踐研究［J］.教育導刊，2021（8）：66－70．

作者單位：廣東廣州市回民小學