探索人工智能教育的三新路徑

張愛(ài)峰

【摘 要】新課標(biāo)將人工智能作為六條邏輯主線之一，其從原來(lái)課程內(nèi)容的一部分，變?yōu)楠?dú)立的內(nèi)容模塊，突顯了在中小學(xué)開(kāi)展人工智能教育的必要性。人工智能教育為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)力、提升科創(chuàng)素養(yǎng)，提供了重要的內(nèi)容載體和實(shí)施路徑。

【關(guān)鍵詞】學(xué)力；人工智能；科創(chuàng)素養(yǎng)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）06-051-02

學(xué)力合金：人工智能教育的新內(nèi)涵

“學(xué)力”一詞，當(dāng)前還沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，我國(guó)也尚未科學(xué)地確立“學(xué)力”這一概念。一方面，學(xué)力的含義受到規(guī)定者自身兒童觀、心理觀、教育觀和價(jià)值觀的制約。另一方面，學(xué)力的含義又隨著時(shí)代和社會(huì)的發(fā)展不斷發(fā)生著變化。

就信息科技課程而言，學(xué)力指向?qū)W生的核心素養(yǎng)，是學(xué)生在認(rèn)知、技能和情感三個(gè)方面的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)逐步獲得的學(xué)科知識(shí)、關(guān)鍵能力和優(yōu)秀品質(zhì)[1]。讓學(xué)力帶得走，是指讓學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、綜合素養(yǎng)得到有效提升，培養(yǎng)能讓其終身受益的能力素養(yǎng)。

時(shí)代應(yīng)答：人工智能教育的新使命

習(xí)近平總書(shū)記指出，加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，是推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，能不能如期全面建成社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)，關(guān)鍵看科技自立自強(qiáng)。信息科技學(xué)科作為開(kāi)展科技教育的主陣地，肩負(fù)著時(shí)代賦予的歷史責(zé)任和偉大使命。

新課標(biāo)將人工智能作為六條邏輯主線之一，突顯了在中小學(xué)開(kāi)展人工智能教育的必要性。在信息科技課堂開(kāi)展人工智能教育，有利于豐富教育內(nèi)涵，改進(jìn)教育方式，改善教育生態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生在輕松愉悅、積極主動(dòng)的狀態(tài)下探索前沿科技；有利于全面培養(yǎng)學(xué)力，提升學(xué)生科學(xué)精神、計(jì)算思維、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力等學(xué)科素養(yǎng)。這正是對(duì)國(guó)家“雙減”政策的主動(dòng)回應(yīng)。

“三生”策略：人工智能教育的新實(shí)踐

1.經(jīng)歷學(xué)習(xí)過(guò)程，催學(xué)力生發(fā)

充分經(jīng)歷學(xué)習(xí)過(guò)程是“形成學(xué)力”這個(gè)目標(biāo)達(dá)成的必由路徑，也是過(guò)程目標(biāo)，發(fā)揮過(guò)程的育人價(jià)值。教師緊緊圍繞“教、學(xué)、評(píng)”三個(gè)方面開(kāi)展教學(xué)，才能使學(xué)生經(jīng)歷基于真實(shí)情境的任務(wù)解決的完整學(xué)習(xí)過(guò)程。本文以“身邊的人工智能”一課為例詳述。這節(jié)課曾在徐州舉辦的江蘇省信息技術(shù)優(yōu)課評(píng)比中獲一等獎(jiǎng)。

（1）教。第一，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。學(xué)生在真實(shí)的情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從中抽取出基本特征，然后對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象、分解、建模，并通過(guò)設(shè)計(jì)算法形成解決問(wèn)題的方案[2]。因?yàn)樵谛熘萆险n，所以教師創(chuàng)設(shè)了游覽漢文化景區(qū)這個(gè)學(xué)生熟悉的教學(xué)情境。學(xué)生通過(guò)百度識(shí)圖，識(shí)別彭祖、劉邦、項(xiàng)羽等徐州的歷史名人。學(xué)生初步認(rèn)識(shí)圖像識(shí)別技術(shù)，同時(shí)對(duì)家鄉(xiāng)的自豪感油然而生，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)被激發(fā)。第二，精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生求知欲。教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，既要符合新課標(biāo)的理念，也要考慮小學(xué)生專(zhuān)注力不能持久的年齡特點(diǎn)。這堂課，教師每隔十分鐘左右設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生先體驗(yàn)“百度識(shí)圖”，然后體驗(yàn)人臉識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別，了解人工智能的工作原理，加深對(duì)“核心是計(jì)算，基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)”的理解。學(xué)生在初步體驗(yàn)人工智能編程后，理解人工智能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，感受計(jì)算思維和工程思維。三個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)，不斷激發(fā)學(xué)生的求知欲。

（2）學(xué)。首先，教師建立以小組為單位的學(xué)習(xí)組織架構(gòu)，提高學(xué)生的參與度。組建學(xué)習(xí)共同體，一方面讓學(xué)生的個(gè)人價(jià)值得到充分體現(xiàn)，另一方面也鍛煉了學(xué)伴間的協(xié)作交流能力。課前教師將每3個(gè)學(xué)生分成一個(gè)合作小組，其中1名組長(zhǎng)、1名技術(shù)顧問(wèn)、1名發(fā)言人。小組成員的角色并非固定不變，會(huì)根據(jù)不同的學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行互換。每個(gè)人的組織能力、操作能力和表達(dá)能力都得到發(fā)展。其次，讓探究真實(shí)發(fā)生，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。本課提供給學(xué)生的導(dǎo)學(xué)案中，教師設(shè)計(jì)了“試一試”：體驗(yàn)百度識(shí)圖，“說(shuō)一說(shuō)”：用“如果……那么……”的自然語(yǔ)言表述人工智能的工作原理，“寫(xiě)一寫(xiě)”：用流程圖表達(dá)人工智能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，與三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)相呼應(yīng)。

（3）評(píng)。多維評(píng)價(jià)方式，持續(xù)保持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。我們?cè)趯W(xué)?！敖鸱N子”課程評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上，形成了人工智能教育課堂的評(píng)價(jià)策略。本課采取教師評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)、組內(nèi)互評(píng)、組間互評(píng)等多維評(píng)價(jià)方式，將評(píng)價(jià)貫穿于課堂教學(xué)的全過(guò)程。教師在課堂中將小組進(jìn)行捆綁考核，根據(jù)小組成員的表現(xiàn)頒發(fā)“金種子”獎(jiǎng)?wù)拢ㄟ^(guò)這種方式持續(xù)保持學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新動(dòng)力。

2.明晰基本原理，促學(xué)力生根

明晰基本原理是課堂的基礎(chǔ)目標(biāo)。我們強(qiáng)調(diào)讓學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生，對(duì)知識(shí)深度理解、整體理解，讓學(xué)生每堂課都能學(xué)有所得、學(xué)有所成、學(xué)以致用。教師要求學(xué)生加深對(duì)于基本原理的理解，探索利用人工智能技術(shù)解決生活實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程和方法。

（1）突破課時(shí)限制，實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)方式。本課的教學(xué)是圍繞“百度識(shí)圖辨名人”“人臉識(shí)別開(kāi)道閘”“語(yǔ)音識(shí)別控風(fēng)扇”三個(gè)項(xiàng)目展開(kāi)的。在課堂上，教師給予學(xué)生充裕的時(shí)間經(jīng)歷學(xué)習(xí)的全過(guò)程，通過(guò)不斷試錯(cuò)建構(gòu)自己的認(rèn)知體系。項(xiàng)目式教學(xué)，為學(xué)生創(chuàng)造了沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生在獲取深度知識(shí)的同時(shí)提升了自身的科創(chuàng)素養(yǎng)。

（2）巧用圖式語(yǔ)言，揭開(kāi)人工智能核心奧秘。算法設(shè)計(jì)是人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心和基礎(chǔ)，圖式語(yǔ)言是表達(dá)算法思維的最佳載體，能化抽象為直觀、化模糊為清晰、化晦澀為淺顯。新課標(biāo)也提出，在小學(xué)階段要讓學(xué)生用自然語(yǔ)言逐步過(guò)渡到用流程圖來(lái)描述求解簡(jiǎn)單問(wèn)題的算法，幫助學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)建模、厘清解決問(wèn)題的環(huán)節(jié)，建立與編程之間的關(guān)聯(lián)。在“人臉識(shí)別開(kāi)道閘”這個(gè)環(huán)節(jié)，師生先將工作流程分解成“智能識(shí)別、智能判斷、智能執(zhí)行”三個(gè)核心環(huán)節(jié)，據(jù)此設(shè)計(jì)了算法流程圖。但是學(xué)生在運(yùn)行程序時(shí)卻發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，只有第一個(gè)人能成功打開(kāi)道閘。通過(guò)分析流程圖，學(xué)生很快就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：三個(gè)核心環(huán)節(jié)只運(yùn)行了一次程序就結(jié)束了，將其放在循環(huán)體中，問(wèn)題迎刃而解。

3.回歸育人本質(zhì)，讓學(xué)力生長(zhǎng)

生成學(xué)力是對(duì)“真學(xué)習(xí)”的全面檢驗(yàn)，指向立德樹(shù)人的根本任務(wù)，指向?qū)W生發(fā)展核心素養(yǎng)的培育。學(xué)力培養(yǎng)關(guān)注學(xué)生的全面發(fā)展，不僅要關(guān)注學(xué)生的現(xiàn)在，更要關(guān)注學(xué)生的未來(lái)。生成學(xué)力不是課堂教學(xué)的終極目標(biāo)，而是讓學(xué)力不斷生長(zhǎng)，為學(xué)生終身學(xué)習(xí)與持續(xù)發(fā)展、個(gè)性化發(fā)展提供原動(dòng)力。

本課最后一個(gè)環(huán)節(jié)是為景區(qū)設(shè)計(jì)語(yǔ)音控制的智能風(fēng)扇。因?yàn)樵谇耙画h(huán)節(jié)學(xué)生已經(jīng)了解了人工智能的工作原理，所以教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)遷移，順利完成了智能風(fēng)扇的設(shè)計(jì)。課上有學(xué)生提出，因?yàn)榫皡^(qū)環(huán)境復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)不能準(zhǔn)確識(shí)別的情況，將智能風(fēng)扇設(shè)計(jì)成“來(lái)人就轉(zhuǎn)，人走就?！?。一石激起千層浪，創(chuàng)新思維的火花一旦被點(diǎn)燃將會(huì)發(fā)出耀眼的光芒。又有學(xué)生提出這種設(shè)計(jì)不節(jié)能，天氣必須達(dá)到一定的溫度才能開(kāi)啟風(fēng)扇。就這樣，智能風(fēng)扇的設(shè)計(jì)不斷迭代更新，學(xué)生的創(chuàng)新潛能徹底被激發(fā)出來(lái)，學(xué)習(xí)也由課堂延伸到課外。

新課標(biāo)將“信息技術(shù)”更名為“信息科技”，體現(xiàn)了“科”與“技”并重的教育理念。在信息科技課堂中開(kāi)展人工智能教育，實(shí)現(xiàn)了信息科技課程從計(jì)算機(jī)教育走向人工智能教育、從技能掌握走向?qū)W力培養(yǎng)提升的變革。

注：本文系南通市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題“基于人工智能的少兒科創(chuàng)素養(yǎng)提升實(shí)踐研究” （課題立項(xiàng)編號(hào)：GH2021017）研究成果

參考文獻(xiàn)

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