構(gòu)建從體驗(yàn)、思維到實(shí)踐的人工智能梯度課程

人工智能教育正在成為信息技術(shù)（科技）課程的重要內(nèi)容，如何靈活地利用體驗(yàn)、問(wèn)題解決等多種教學(xué)策略與項(xiàng)目學(xué)習(xí)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，讓AI課程教學(xué)更有思維也更有深度？本期解碼，讓我們從課程建設(shè)與教學(xué)策略上探索更多中小學(xué)人工智能教育深度學(xué)習(xí)的課程設(shè)計(jì)與實(shí)施。

摘要：當(dāng)前，人工智能教育在中小學(xué)正逐步開(kāi)展，其內(nèi)容設(shè)置多注重AI技術(shù)感受體驗(yàn)、AI編程應(yīng)用及跨學(xué)科學(xué)習(xí)等。因此，如何針對(duì)不同的學(xué)習(xí)層次，根據(jù)側(cè)重的知識(shí)，在認(rèn)知過(guò)程中采取相應(yīng)的教學(xué)策略，構(gòu)建有梯度的人工智能課程，成為教師重點(diǎn)思考的問(wèn)題。為此，作者梳理構(gòu)建了“體驗(yàn)課程”“思維課程”與“實(shí)踐課程”的人工智能教育梯度課程，并相對(duì)應(yīng)地采用“體驗(yàn)式教學(xué)”“基于問(wèn)題解決式思維教學(xué)”和“基于實(shí)踐式項(xiàng)目學(xué)習(xí)”的教學(xué)策略，開(kāi)展課程設(shè)計(jì)與課程教學(xué)實(shí)踐，形成了有效的課程實(shí)踐模式，發(fā)展了學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維、跨學(xué)科思維等核心素養(yǎng)，提升了學(xué)生科學(xué)探究、解決問(wèn)題的關(guān)鍵能力。

關(guān)鍵詞：體驗(yàn)；思維；實(shí)踐；人工智能；梯度課程

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）11-0025-04

隨著中小學(xué)人工智能教育的逐步開(kāi)展，如何針對(duì)不同學(xué)習(xí)層次采取相應(yīng)的教學(xué)策略，構(gòu)建有梯度的課程成為教師關(guān)注的重點(diǎn)。為此，筆者綜合人工智能教育的文獻(xiàn)研究，結(jié)合人工智能課程的教育目標(biāo)、內(nèi)容以及不同學(xué)習(xí)階段的認(rèn)知特點(diǎn)，基于布盧姆認(rèn)知領(lǐng)域教育目標(biāo)分類(lèi)學(xué)提出的認(rèn)知過(guò)程維度，探索構(gòu)建了人工智能梯度課程體系（如圖1），旨在通過(guò)構(gòu)建實(shí)施體驗(yàn)課程、思維課程和實(shí)踐課程，逐步培養(yǎng)學(xué)生的AI素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、計(jì)算思維等核心素養(yǎng)。

三種課程實(shí)施相對(duì)應(yīng)的三種教學(xué)策略

第一，體驗(yàn)課程側(cè)重事實(shí)性、概念性、程序性知識(shí)的記憶、理解以及初步應(yīng)用等認(rèn)知過(guò)程，涉及體驗(yàn)AI智能產(chǎn)品，了解AI的概念，認(rèn)識(shí)、理解AI技術(shù)、原理與執(zhí)行過(guò)程，嘗試應(yīng)用AI的知識(shí)描述生活中的現(xiàn)象等，適宜采用案例體驗(yàn)式教學(xué)，并配合學(xué)生分享交流展開(kāi)教學(xué)，以發(fā)展學(xué)生的AI興趣與信息素養(yǎng)。

第二，思維課程注重概念性知識(shí)、程序性知識(shí)的遷移和應(yīng)用，并涉及針對(duì)不同情境問(wèn)題、范例作品，分析、選擇、評(píng)價(jià)相應(yīng)的AI技術(shù)與算法，應(yīng)用AI知識(shí)與方法解決問(wèn)題，創(chuàng)作數(shù)字化作品，同時(shí)也需要掌握更多的元認(rèn)知知識(shí)?？苫趩?wèn)題解決的策略開(kāi)展范例教學(xué)，以發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維核心素養(yǎng)與解決問(wèn)題的關(guān)鍵能力。

第三，實(shí)踐課程更注重知識(shí)的分析、應(yīng)用、評(píng)價(jià)與創(chuàng)造，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)情境需求，分析綜合評(píng)價(jià)應(yīng)用所涉及的智能硬件、編程方法以及所學(xué)習(xí)的AI知識(shí)、技術(shù)與方法，創(chuàng)作AI實(shí)體作品，解決真實(shí)問(wèn)題。因此，實(shí)踐課程可采取項(xiàng)目學(xué)習(xí)的策略開(kāi)展跨學(xué)科分科教學(xué)，以深化學(xué)生計(jì)算思維、跨學(xué)科思維與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

基于上述分析，針對(duì)“體驗(yàn)課程、思維課程、實(shí)踐課程”三個(gè)層次的人工智能課程，筆者分別對(duì)應(yīng)采用“體驗(yàn)式”“問(wèn)題解決”和“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”的教學(xué)策略開(kāi)展有效教學(xué)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

三種課程及教學(xué)策略的實(shí)踐

1.體驗(yàn)課程

（1）“體驗(yàn)式”課程與教學(xué)策略架構(gòu)

在信息科技教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)關(guān)注兒童經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)邏輯與認(rèn)知發(fā)展，遵循學(xué)習(xí)過(guò)程中的素養(yǎng)導(dǎo)向、學(xué)習(xí)歷程的循序漸進(jìn)。在課程設(shè)計(jì)上不過(guò)分追求知識(shí)體系的系統(tǒng)性，而應(yīng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、體驗(yàn)與獲得感給予重點(diǎn)關(guān)注和正確引導(dǎo)。[1]為此，筆者構(gòu)建了針對(duì)學(xué)生AI體驗(yàn)，體現(xiàn)以學(xué)生為本的“體驗(yàn)式”課程，并圍繞體驗(yàn)式教學(xué)的“體驗(yàn)”“分享”的核心理念，梳理架構(gòu)體驗(yàn)式課程教學(xué)策略的實(shí)施流程，具體如圖2所示。

（2）教學(xué)實(shí)踐

按照體驗(yàn)式教學(xué)的教學(xué)模式與流程，針對(duì)四年級(jí)的學(xué)生，筆者開(kāi)展了《機(jī)器也能“認(rèn)識(shí)”你——有趣的智能語(yǔ)音》的教學(xué)實(shí)踐，主要教學(xué)流程如下。

①創(chuàng)設(shè)情境，初步體驗(yàn)。課前帶領(lǐng)學(xué)生上臺(tái)體驗(yàn)AI音響的功能，即語(yǔ)音識(shí)別、對(duì)話、控制播放音樂(lè)等。創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，引出主題，帶領(lǐng)學(xué)生初步體驗(yàn)生活中常見(jiàn)的智能音響，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)AI的興趣。

②師生互動(dòng)，交流分享。教師提出問(wèn)題：“還有哪些語(yǔ)音設(shè)備？又有哪些不一樣的功能？”學(xué)生小組討論回答：“語(yǔ)音遙控器、汽車(chē)上的理想同學(xué)、手機(jī)上的小藝等，它們具有語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音對(duì)話、語(yǔ)音控制等功能?！蓖ㄟ^(guò)師生的互動(dòng)交流，提煉出智能語(yǔ)音技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，即語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成。

③深度體驗(yàn)，感受理解?！笆裁词钦Z(yǔ)音識(shí)別呢？讓我們一起來(lái)體驗(yàn)?！苯處熖岢龅谝粋€(gè)體驗(yàn)活動(dòng)：基于平板或筆記本電腦智慧教學(xué)環(huán)境，借助AI開(kāi)放平臺(tái)網(wǎng)站，開(kāi)展語(yǔ)音識(shí)別體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生交流分享“AI平臺(tái)是否可以正確識(shí)別？”，同時(shí)引出關(guān)鍵問(wèn)題：“AI語(yǔ)音識(shí)別的原理和流程是什么？”帶著問(wèn)題，學(xué)生觀看AI智能語(yǔ)音微視頻及本課的知識(shí)拓展，師生互動(dòng)、總結(jié)AI語(yǔ)音識(shí)別的執(zhí)行過(guò)程，即語(yǔ)音輸入、云處理、輸出文字。“與機(jī)器人對(duì)話，除了語(yǔ)音識(shí)別，還需要什么？什么是語(yǔ)音合成呢？”教師引出第二個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)：選擇喜歡的語(yǔ)音合成類(lèi)型，輸入文字、合成語(yǔ)音。學(xué)生通過(guò)交流分享總結(jié)語(yǔ)音合成的執(zhí)行過(guò)程，即文字輸入、云處理、語(yǔ)音輸出。

④分享評(píng)價(jià)。在體驗(yàn)活動(dòng)結(jié)束后，教師提出問(wèn)題：“人機(jī)是如何進(jìn)行對(duì)話的？”學(xué)生交流、互動(dòng)（分析AI技術(shù)的原理、過(guò)程及應(yīng)用），并開(kāi)展課程評(píng)價(jià)。通過(guò)分享評(píng)價(jià)幫助學(xué)生理解應(yīng)用AI知識(shí)，發(fā)展學(xué)生的AI素養(yǎng)與信息意識(shí)。

⑤總結(jié)反思。師生互動(dòng)、總結(jié)，同時(shí)引出新問(wèn)題：“與你打電話的人一定是真人嗎？”教師通過(guò)拓展AI技術(shù)體驗(yàn)的場(chǎng)景，引導(dǎo)學(xué)生反思AI技術(shù)的安全性等相關(guān)內(nèi)容，發(fā)展學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任。

2.思維課程

（1）基于問(wèn)題解決的“思維式”課程與教學(xué)策略架構(gòu)

基于問(wèn)題解決的教學(xué)理念是指以現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決作為教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展的主線，通過(guò)設(shè)置系統(tǒng)、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題情境，讓學(xué)生在復(fù)雜的問(wèn)題解決過(guò)程中習(xí)得知識(shí)、技能，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)。[2]為此，筆者針對(duì)學(xué)生的綜合分析，靈活應(yīng)用AI知識(shí)、技術(shù)與編程，創(chuàng)作數(shù)字化作品的思維課程（課程實(shí)施主要采用基于問(wèn)題解決的教學(xué)策略），圍繞基于問(wèn)題解決的“提出問(wèn)題、分析分解問(wèn)題、逐步解決問(wèn)題、總結(jié)問(wèn)題”的核心理念，架構(gòu)了基于問(wèn)題解決的課程與教學(xué)策略，如上頁(yè)圖3所示。

（2）教學(xué)實(shí)踐

按照問(wèn)題解決的教學(xué)模式與流程，針對(duì)六年級(jí)的學(xué)生，筆者開(kāi)展了《笑臉抓拍——有趣的人臉識(shí)別》的教學(xué)實(shí)踐，主要教學(xué)流程如下。

①創(chuàng)設(shè)情境，激趣導(dǎo)入。教師從學(xué)校笑臉墻入手，創(chuàng)設(shè)情境：“為記錄校園的最美瞬間，請(qǐng)同學(xué)們上臺(tái)拍笑臉照片?！边@時(shí)學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，手機(jī)并沒(méi)有按下快門(mén)，卻已經(jīng)拍下微笑瞬間。教師展示學(xué)生微笑的照片，并引出情境問(wèn)題：“為什么相機(jī)知道我們的微笑瞬間并拍照呢？這背后又有怎樣的AI技術(shù)呢？”通過(guò)真實(shí)的生活情境創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣與思考。

②頭腦風(fēng)暴，范例分析。教師提出問(wèn)題：“人臉識(shí)別的原理與步驟是什么？”引導(dǎo)學(xué)生思考、討論關(guān)鍵問(wèn)題。接著通過(guò)微視頻的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生初步感知AI人臉識(shí)別的過(guò)程，并結(jié)合課前的范例作品，逐步分析笑臉抓拍系統(tǒng)的一般過(guò)程，從而培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、分解問(wèn)題的能力。

③算法設(shè)計(jì)，自主實(shí)踐，逐步解決問(wèn)題。教師引導(dǎo)學(xué)生參考微笑抓拍的過(guò)程，探索任務(wù)1：開(kāi)啟攝像頭，人臉識(shí)別。師生互動(dòng)，探索視頻偵測(cè)與baiduAI人臉識(shí)別模塊：視頻開(kāi)啟，人臉檢測(cè)（識(shí)別人臉的顏值、年齡、情緒等）。教師提問(wèn)：“如何編程實(shí)現(xiàn)笑臉抓拍呢？”引出任務(wù)2：笑臉抓拍。這個(gè)任務(wù)是本節(jié)課的重難點(diǎn)，首先學(xué)生通過(guò)微課學(xué)習(xí)，初步理解本課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。其次，通過(guò)師生互動(dòng)，找出第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：微笑率。再次，學(xué)生參考學(xué)習(xí)文檔，實(shí)踐任務(wù)2：編程實(shí)現(xiàn)笑臉抓拍（如上頁(yè)圖4）。最后，教師創(chuàng)設(shè)新情境，引出任務(wù)3：為學(xué)校設(shè)計(jì)一個(gè)智能笑臉抓拍系統(tǒng)，并增加對(duì)話、語(yǔ)音提示等AI語(yǔ)音功能，讓作品更生動(dòng)，對(duì)用戶更友善。學(xué)生實(shí)踐任務(wù)3，并完善作品。

④交流分享。學(xué)生上臺(tái)展示作品并進(jìn)行自評(píng)與他評(píng)。

⑤總結(jié)延伸。教師互動(dòng)，總結(jié)本節(jié)課所學(xué)，同時(shí)引出新問(wèn)題：“人臉識(shí)別還有哪些用途？”引導(dǎo)學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)人工智能，幫助學(xué)生樹(shù)立信息社會(huì)責(zé)任，培養(yǎng)正確的價(jià)值觀。

3.實(shí)踐課程

（1）項(xiàng)目學(xué)習(xí)式實(shí)踐課程與教學(xué)策略架構(gòu)

圍繞項(xiàng)目學(xué)習(xí)的核心理念與過(guò)程，筆者架構(gòu)了跨學(xué)科的項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)模式與流程，如上頁(yè)圖5所示。

（2）教學(xué)實(shí)踐

按照項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)模式與流程，針對(duì)六年級(jí)的學(xué)生，筆者開(kāi)展了《智能防疫安全門(mén)》的教學(xué)實(shí)踐。課例包括防疫安全門(mén)的設(shè)計(jì)、制作、編程、優(yōu)化、美化、展示，涵蓋了科學(xué)、工程、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、美術(shù)、語(yǔ)文等多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，取得了不錯(cuò)的成效。[3]

人工智能教育課程中實(shí)施對(duì)應(yīng)三種教學(xué)策略的思考

針對(duì)體驗(yàn)課程、思維課程與實(shí)踐課程的人工智能教育梯度課程中的不同學(xué)習(xí)層次與認(rèn)知過(guò)程，筆者對(duì)應(yīng)采用“體驗(yàn)式教學(xué)”“基于問(wèn)題解決的思維式教學(xué)”和“基于實(shí)踐課程項(xiàng)目教學(xué)”三種教學(xué)策略，并開(kāi)展了課程教學(xué)實(shí)踐嘗試，幫助學(xué)生開(kāi)展高效深度學(xué)習(xí)，滿足學(xué)生從AI體驗(yàn)感受到融合創(chuàng)作的學(xué)習(xí)需求，切實(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維、跨學(xué)科思維等核心素養(yǎng)，提升了學(xué)生科學(xué)探究、解決問(wèn)題等能力及創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)：

[1]為未來(lái)社會(huì)培養(yǎng)具有數(shù)字素養(yǎng)與技能的人才——義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀[J].基礎(chǔ)教育課程，2022（10）：67-73.

[2]王國(guó)華，聶勝欣，袁夢(mèng)霞，等.使用問(wèn)題解決法促進(jìn)批判性思維發(fā)展的研究——基于交互文本的分析[J].電化教育研究，2016，37（05）：66-73．

[3]黃浩婷，許明偉.STEAM理念下小學(xué)人工智能綜合課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐——以“防疫安全門(mén)”項(xiàng)目式教學(xué)為例[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2022（10）：77-78.

本文系廣東省中山市教育科研2022年度青年課題“智慧教育環(huán)境下基于能力點(diǎn)的小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)模式研究”（項(xiàng)目編號(hào)：C2022172）的研究成果。