基于新課標(biāo)的人工智能教學(xué)案例研究

蔡純霞

一、項(xiàng)目背景

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)信息科技以素養(yǎng)導(dǎo)向?yàn)橹?，?jiān)持立德樹人的目標(biāo)，鼓勵(lì)“跨學(xué)科主題”課程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)學(xué)習(xí)與技術(shù)應(yīng)用之間的整合。為了創(chuàng)新人工智能教學(xué)課堂，本案例以體驗(yàn)智能臺(tái)燈為主題，通過創(chuàng)設(shè)合理的教學(xué)情境，運(yùn)用信息科技手段，有效進(jìn)行跨學(xué)科融合教學(xué)，將人工智能、科學(xué)、思政、美術(shù)等多個(gè)學(xué)科進(jìn)行有效融合，讓學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，充分認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)智能臺(tái)燈，發(fā)揮人工智能教學(xué)的教育價(jià)值和育人功能，深入探尋人工智能教學(xué)模式。

二、學(xué)情分析

在知識(shí)層面上，三年級(jí)的學(xué)生已經(jīng)了解人工智能的含義與技術(shù)應(yīng)用，知道利用圖形化編程工具完成語音識(shí)別等。在第一課時(shí)，他們已經(jīng)掌握了智能臺(tái)燈的搭建和開燈程序的編寫，并具有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。在能力層面上，三年級(jí)的學(xué)生的計(jì)算機(jī)能力水平差異較大，程序思維較弱，因此要采用流程圖分析、小組合作交流的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生分析需求、利用計(jì)算思維解決問題的能力，同時(shí)確保每一位學(xué)生都能參與學(xué)習(xí)。

三、學(xué)科核心素養(yǎng)

（一）信息意識(shí)

1. 認(rèn)識(shí)到編程是人工智能的基礎(chǔ)。

2. 能描述出智能臺(tái)燈的工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展方向。

（二）計(jì)算思維

1. 知道如何下載程序和測(cè)試智能臺(tái)燈。

2. 體驗(yàn)語音識(shí)別智能臺(tái)燈的知識(shí)與應(yīng)用。

3. 通過合作探究編寫出智能臺(tái)燈的關(guān)燈程序。

4. 通過小組合作，能自主設(shè)計(jì)個(gè)性化智能臺(tái)燈。

（三）數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新

通過自主學(xué)習(xí)任務(wù)單、小組交流合作和請(qǐng)教老師的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生持續(xù)探究智能臺(tái)燈的思維活動(dòng)和學(xué)習(xí)熱情。

（四）智慧社會(huì)責(zé)任

通過學(xué)習(xí)，增強(qiáng)探究和應(yīng)用人工智能技術(shù)改善學(xué)習(xí)與生活的責(zé)任意識(shí)。

四、教學(xué)總體思路與策略

本案例重點(diǎn)側(cè)重于第2課時(shí)，以“體驗(yàn)智能臺(tái)燈”為主線，通過體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用三個(gè)層次的活動(dòng)了解智能臺(tái)燈的工作原理及制作。以學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊化、學(xué)習(xí)過程活動(dòng)化和學(xué)習(xí)活動(dòng)情景化為原則，以做中學(xué)和構(gòu)建主義理論為指導(dǎo)思想，遵循“一主三環(huán)”的課堂教學(xué)范式，培育學(xué)生信息科技素養(yǎng)和探索創(chuàng)新精神，助力課程實(shí)現(xiàn)立德樹人的目標(biāo)。落實(shí)此目標(biāo)，結(jié)合科學(xué)、思政、美術(shù)學(xué)科進(jìn)行跨學(xué)科融合，達(dá)成多個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

五、學(xué)歷案

（一）主題與課時(shí)

教材選自廣州市人工智能三年級(jí)上冊(cè)第6課“體驗(yàn)智能臺(tái)燈”（第2課時(shí)）。

（二）課標(biāo)要求

1. 了解數(shù)據(jù)的作用與價(jià)值。列舉數(shù)字設(shè)備對(duì)社會(huì)發(fā)展和人們生活的影響。

2. 知道數(shù)據(jù)編碼的作用與意義，理解數(shù)據(jù)編碼是保持信息社會(huì)組織與秩序的科學(xué)基礎(chǔ)。

3. 在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中，合理使用數(shù)字身份，知道數(shù)字身份對(duì)個(gè)人日常學(xué)習(xí)與生活的作用和意義，規(guī)范地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息交流。

（三）學(xué)習(xí)目標(biāo)

本課是廣州市人工智能三年級(jí)上冊(cè)第6課第二課時(shí)內(nèi)容，承接第一課時(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)了解語音識(shí)別的工作原理和運(yùn)用，搭建智能臺(tái)燈機(jī)器人和語音識(shí)別技術(shù)開燈的程序編寫，繼續(xù)學(xué)習(xí)編寫語音識(shí)別技術(shù)關(guān)燈的程序編寫，體驗(yàn)智能臺(tái)燈的使用。并且能夠在此基礎(chǔ)上，根據(jù)需求優(yōu)化語音識(shí)別應(yīng)用的情境，通過流程圖分析需求，能使用圖形化編程工具編寫簡(jiǎn)單的程序，實(shí)現(xiàn)更豐富的語音識(shí)別效果。

（四）資源與建議

1. 教學(xué)環(huán)境：多媒體電腦室、云課堂平臺(tái)、101教育PPT系統(tǒng)、mind＋軟件、問卷星。

2. 教學(xué)工具：智能臺(tái)燈套件、麥克風(fēng)、彩泥、塑料瓶子、紙碟、無痕膠。

3. 教學(xué)資源：課件、板書、微課、學(xué)習(xí)任務(wù)單、學(xué)生編程素材包、個(gè)性化燈光編程素材包。

4. 學(xué)習(xí)建議：（1）可通過閱讀教材和學(xué)習(xí)任務(wù)單輔助學(xué)習(xí)。（2）課堂上可以根據(jù)教師的指引，通過自主上機(jī)操作、小組討論、觀看微課、全班交流分享等方式開展學(xué)習(xí)。（3）在學(xué)習(xí)過程中，總結(jié)歸納，梳理知識(shí)，進(jìn)行課后反思，完成反饋調(diào)查表。

（五）學(xué)習(xí)過程

1. 創(chuàng)設(shè)情境，激活課堂

學(xué)習(xí)任務(wù)一：觀看微課：醒目仔家里的智能臺(tái)燈應(yīng)用情境。（檢測(cè)目標(biāo)1）活動(dòng)1：學(xué)生觀看視頻。

2. 學(xué)習(xí)新知，共同探究

學(xué)習(xí)任務(wù)二：觀察并體驗(yàn)智能臺(tái)燈。（檢測(cè)目標(biāo)1）活動(dòng)2：學(xué)生體驗(yàn)智能臺(tái)燈的功能。

學(xué)習(xí)任務(wù)三：學(xué)習(xí)智能臺(tái)燈工作原理。（檢測(cè)目標(biāo)1）活動(dòng)3：思考問題：為什么智能臺(tái)燈能聽懂人的話？活動(dòng)4：回顧梳理智能臺(tái)燈的工作原理。

學(xué)習(xí)任務(wù)四：懂得程序賦予了智能臺(tái)燈像人類的智能行為。（檢測(cè)目標(biāo)2）活動(dòng)5：觀察沒有下載程序的智能臺(tái)燈套件進(jìn)行對(duì)比。活動(dòng)6：觀看微課，將程序下載到智能臺(tái)燈中。

學(xué)習(xí)任務(wù)五：探究活動(dòng)一：編寫智能臺(tái)燈關(guān)燈的程序。（檢測(cè)目標(biāo)2、目標(biāo)4）活動(dòng)7：復(fù)習(xí)開燈程序的編寫?；顒?dòng)8：編寫關(guān)燈程序。活動(dòng)9：匯報(bào)、分享學(xué)習(xí)成果，歸納總結(jié)，回顧流程圖，鞏固知識(shí)。

3. 個(gè)性創(chuàng)作，成果交流

學(xué)習(xí)任務(wù)六：探究活動(dòng)二：自主設(shè)計(jì)個(gè)性臺(tái)燈。（檢測(cè)目標(biāo)1、目標(biāo)2、目標(biāo)3、目標(biāo)4）活動(dòng)10：欣賞微課智能臺(tái)燈燈光秀?；顒?dòng)11：小組合作，設(shè)計(jì)個(gè)性化臺(tái)燈。

學(xué)習(xí)任務(wù)七：匯報(bào)成果，分享經(jīng)驗(yàn)，點(diǎn)評(píng)交流。（檢測(cè)目標(biāo)4、目標(biāo)5）活動(dòng)12：個(gè)性展示，拓寬視野。活動(dòng)13：歸納總結(jié)深化提高。

4. 歸納總結(jié)，深化提高

學(xué)習(xí)任務(wù)八：課堂反思。（檢測(cè)目標(biāo)3、目標(biāo)4、目標(biāo)5）活動(dòng)14：發(fā)散思維，提升能力，將課堂延伸到課外?；顒?dòng)15：完成課堂反饋調(diào)查表。

（六）檢測(cè)與練習(xí)

1. 探究活動(dòng)一：編寫智能臺(tái)燈關(guān)燈的程序。（檢測(cè)目標(biāo)2、目標(biāo)4）

2. 探究活動(dòng)二：自主設(shè)計(jì)個(gè)性臺(tái)燈。（檢測(cè)目標(biāo)1、目標(biāo)2、目標(biāo)3、目標(biāo)4）

3. 展示自己小組的個(gè)性臺(tái)燈。（檢測(cè)目標(biāo)4、目標(biāo)5）

4. 點(diǎn)評(píng)作品和提出意見與建議。（檢測(cè)目標(biāo)1、目標(biāo)3、目標(biāo)4、目標(biāo)5）

六、案例反思

本節(jié)課以智能臺(tái)燈為主線，結(jié)合時(shí)政熱點(diǎn)，進(jìn)行跨學(xué)科設(shè)計(jì)，符合現(xiàn)階段基礎(chǔ)教育改革的趨勢(shì)。內(nèi)容營(yíng)造數(shù)字化時(shí)代的學(xué)習(xí)氛圍，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和關(guān)心時(shí)事起到引導(dǎo)作用，落實(shí)立德樹人和信息科技的核心素養(yǎng)任務(wù)。

（一）遵循“一主三環(huán)”教學(xué)范式，打造生態(tài)課堂

人工智能普及教育應(yīng)以通識(shí)學(xué)習(xí)為主，從體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用三個(gè)層次來開展教學(xué)，讓學(xué)生從經(jīng)歷體驗(yàn)、親自試驗(yàn)到最后升華應(yīng)用。

（二）巧設(shè)課堂情境，突破重難點(diǎn)

本節(jié)課以語音識(shí)別為教學(xué)主線，在課堂導(dǎo)入設(shè)計(jì)了醒目仔做作業(yè)時(shí)使用智能臺(tái)燈的動(dòng)畫，創(chuàng)設(shè)情境，吸引學(xué)生的興趣。在整堂課，筆者設(shè)計(jì)了由學(xué)生體驗(yàn)測(cè)試教師的智能臺(tái)燈的活動(dòng)，在探究活動(dòng)一，學(xué)生實(shí)驗(yàn)測(cè)試自己設(shè)計(jì)的開關(guān)燈程序，再到探究活動(dòng)二，通過小組合作應(yīng)用設(shè)計(jì)智能臺(tái)燈，并測(cè)試，層層遞進(jìn)，讓學(xué)生輕松掌握知識(shí)點(diǎn)。

（三）多元化評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作激情

在課堂上，無論是讓學(xué)生匯報(bào)自己的個(gè)性化智能臺(tái)燈，創(chuàng)作作品時(shí)充當(dāng)小老師，還是讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下評(píng)價(jià)作品，談感受和收獲，都不同程度地提升他們的技能，鍛煉了他們的口頭表達(dá)能力，增強(qiáng)他們的自信心，培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)精神。通過課堂問卷反饋中可以看出經(jīng)過堂上的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)本節(jié)課的重難點(diǎn)知識(shí)掌握較好，能達(dá)到預(yù)期的效果，形成完整的“教—學(xué)—評(píng)”一致性。

不足之處是由于智能臺(tái)燈套件有限，每個(gè)小組五到六個(gè)人只能配套一臺(tái)，這樣導(dǎo)致學(xué)生沒辦法及時(shí)檢測(cè)作品的成果，并且由于語音識(shí)別對(duì)環(huán)境要求很高，這樣對(duì)測(cè)試效果影響很大。個(gè)性創(chuàng)作環(huán)節(jié)，由于時(shí)間的限制，大部分只能完成基礎(chǔ)的操作，只有少數(shù)學(xué)有余力的學(xué)生在完成任務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，拓展功能。