促進(jìn)計(jì)算思維發(fā)展的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式研究

劉宏金

【摘 要】隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算思維已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)必備的核心素養(yǎng)之一。本文以促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展為目標(biāo)，通過對(duì)當(dāng)前小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式的問題進(jìn)行剖析，提出基于問題解決和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式可以促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展，并從課程設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)體系三個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)論述，最后，通過實(shí)際案例驗(yàn)證了該教學(xué)模式在促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展方面的有效性。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)人工智能課程 計(jì)算思維 教學(xué)模式 問題解決 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)

2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出要加快培養(yǎng)聚集人工智能高端人才。把高端人才隊(duì)伍建設(shè)作為人工智能發(fā)展的重中之重，堅(jiān)持培養(yǎng)和引進(jìn)相結(jié)合，完善人工智能教育體系，加強(qiáng)人才儲(chǔ)備和梯隊(duì)建設(shè)，特別是加快引進(jìn)全球頂尖人才和青年人才，形成我國(guó)人工智能人才高地。支持開展形式多樣的人工智能科普活動(dòng)，鼓勵(lì)廣大科技工作者投身人工智能的科普與推廣，鼓勵(lì)科學(xué)家參與人工智能科普，全面提高全社會(huì)對(duì)人工智能的整體認(rèn)知和應(yīng)用水平。

一、研究背景

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算思維已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)必備的核心素養(yǎng)之一。計(jì)算思維是一種用于解決問題的思維方式，通過分解問題、抽象問題、模式識(shí)別和算法設(shè)計(jì)等方法，幫助人們解決各種實(shí)際問題。計(jì)算思維不僅是編程能力的基礎(chǔ)，還是人們解決各種日常問題的必備技能，因此，在教育中越來越受到重視。

小學(xué)階段是計(jì)算思維發(fā)展的重要階段。在這個(gè)階段，學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展處于關(guān)鍵期，對(duì)于今后的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展都有著至關(guān)重要的作用。為了更好地促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展，許多國(guó)家和地區(qū)開始在小學(xué)階段引入人工智能課程。澳大利亞的兒童從10歲起就開始學(xué)習(xí)STEM課程，兒童使用可視化編程語(yǔ)言進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)、編程、敘事表達(dá)，培養(yǎng)邏輯思維能力。 美國(guó)有全民學(xué)編程周（Hour of Code Week），從2018年開始，美國(guó)官方每年撥款2億美元支持人工智能編程教育的普及。中國(guó)在近十幾年，自上而下出臺(tái)了各項(xiàng)人工智能教育政策和相關(guān)的文件，全力提升培養(yǎng)學(xué)生的編程能力。

二、研究現(xiàn)狀綜述

筆者通過文獻(xiàn)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)中小學(xué)人工智能課程建設(shè)尚處于探索階段，學(xué)術(shù)界對(duì)課程目標(biāo)、主要內(nèi)容等問題尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，師資人才培養(yǎng)體系等尚未建立，人工智能課程教學(xué)模式研究還沒有深入。

在人工智能時(shí)代，教師教學(xué)時(shí)必須抓住三個(gè)核心：一是教授學(xué)生有價(jià)值的知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生探尋知識(shí)的興趣、欲望和方法；二是培養(yǎng)學(xué)生良好的品行；三是啟發(fā)學(xué)生尋找人生的價(jià)值和意義。人工智能課程的抓手是編程實(shí)踐。小學(xué)人工智能課程，一是要從人工智能基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)入手，了解前沿領(lǐng)域的發(fā)展情況，進(jìn)行人工智能啟蒙教育；二是要讓每個(gè)學(xué)生學(xué)會(huì)與智能工具交流，體驗(yàn)日常生活中的人工智能產(chǎn)品；三是要分學(xué)段實(shí)施不同層次的編程教學(xué)，學(xué)習(xí)用編程解決實(shí)際問題，培養(yǎng)計(jì)算思維、創(chuàng)新思維等信息時(shí)代的基本素養(yǎng)。

當(dāng)前，小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式存在以下問題：第一，許多小學(xué)人工智能課程缺乏實(shí)踐性，學(xué)生只是簡(jiǎn)單地了解人工智能技術(shù)的基本概念，缺乏對(duì)人工智能技術(shù)應(yīng)用的深入理解；第二，許多小學(xué)人工智能課程教學(xué)方式單一，只注重知識(shí)的傳授，缺乏培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的實(shí)際操作。因此，本文對(duì)小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式進(jìn)行研究，提出了一種基于問題解決和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，以期促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

三、研究過程

本文采用文獻(xiàn)研究法、問卷調(diào)查法和實(shí)驗(yàn)研究法進(jìn)行研究，通過對(duì)已有文獻(xiàn)的綜合分析，對(duì)小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式進(jìn)行剖析和總結(jié)；通過問卷調(diào)查的方式，了解學(xué)生對(duì)小學(xué)人工智能課程的認(rèn)知和態(tài)度；通過實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證基于問題解決和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式在促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展方面的有效性。

（一）小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式問題的剖析

目前，小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式存在以下問題：第一，缺乏實(shí)踐性。許多小學(xué)人工智能課程缺乏實(shí)踐性，學(xué)生只是簡(jiǎn)單地了解人工智能技術(shù)的基本概念，缺乏對(duì)人工智能技術(shù)應(yīng)用的深入理解。這導(dǎo)致學(xué)生無法真正體會(huì)到人工智能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，也無法掌握解決實(shí)際問題的能力。第二，教學(xué)方式單一。許多小學(xué)人工智能課程教學(xué)方式單一，只注重知識(shí)的傳授，缺乏培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的實(shí)際操作。這種單一的教學(xué)方式往往導(dǎo)致學(xué)生的興趣不高，也難以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。第三，知識(shí)點(diǎn)過于抽象。小學(xué)人工智能課程中的知識(shí)點(diǎn)過于抽象，難以引起學(xué)生的興趣。同時(shí)，由于學(xué)生的認(rèn)知能力和表達(dá)能力有限，他們往往難以理解和表達(dá)這些抽象的概念，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難。

（二）小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式存在問題的原因分析

小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式存在的問題，主要是由以下原因造成的：一是教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性。小學(xué)人工智能課程的教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性，沒有結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況和認(rèn)知特點(diǎn)。教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都缺乏針對(duì)性和實(shí)用性，難以有效促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維能力的發(fā)展。二是教師教學(xué)水平不高。當(dāng)前，小學(xué)人工智能課程的教師大多數(shù)是由信息技術(shù)教師擔(dān)任，教學(xué)水平參差不齊，很多教師對(duì)人工智能技術(shù)的理解和應(yīng)用不夠深入。這導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法缺乏實(shí)踐性與針對(duì)性，無法激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情。三是學(xué)生自身認(rèn)知和表達(dá)能力有限。小學(xué)生的認(rèn)知和表達(dá)能力有限，他們往往難以理解和表達(dá)抽象的概念與思想。這使得教師在教學(xué)過程中難以有效地傳達(dá)知識(shí)點(diǎn)，也使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以理解和掌握知識(shí)點(diǎn)。

（三）基于問題解決和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式

本文在實(shí)踐的基礎(chǔ)上總結(jié)提煉出了一種基于問題解決和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式。該教學(xué)模式以實(shí)際問題和項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，注重學(xué)生的實(shí)踐操作和實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，旨在促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。該教學(xué)模式的設(shè)計(jì)主要是在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和團(tuán)隊(duì)合作能力。項(xiàng)目活動(dòng)應(yīng)該與實(shí)際問題密切相關(guān)，讓學(xué)生在實(shí)際操作中學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)和技能，同時(shí)提高解決實(shí)際問題的能力。

在課程教學(xué)中，教師可以采用多種教學(xué)方法，包括講授、實(shí)驗(yàn)、討論、項(xiàng)目活動(dòng)等，讓學(xué)生從不同的角度理解和掌握相關(guān)知識(shí)和技能。同時(shí)，采用互動(dòng)式教學(xué)方式，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

教師在教學(xué)中要注重學(xué)生反饋，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求調(diào)整與優(yōu)化教學(xué)，讓每個(gè)學(xué)生都能夠得到有效的指導(dǎo)和支持。

在實(shí)踐中，教師選取了兩個(gè)班級(jí)作為研究對(duì)象，進(jìn)行對(duì)比。其中，一個(gè)班級(jí)采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，另一個(gè)班級(jí)采用本文提出的促進(jìn)計(jì)算思維發(fā)展的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式。

課前，教師針對(duì)實(shí)際問題設(shè)計(jì)課程內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)，并為學(xué)生提供相關(guān)的學(xué)習(xí)材料和資源，幫助學(xué)生預(yù)習(xí)和了解相關(guān)知識(shí)與技能。

在課堂教學(xué)中，教師采用多種教學(xué)方法，包括講授、實(shí)驗(yàn)、討論、項(xiàng)目活動(dòng)等，引導(dǎo)學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)和技能。教師在其中發(fā)揮問題拆解、輔助建構(gòu)、實(shí)時(shí)督導(dǎo)、引導(dǎo)促進(jìn)、組織協(xié)助、評(píng)價(jià)總結(jié)等作用。其中，項(xiàng)目活動(dòng)是課堂教學(xué)的重要組成部分。教師讓學(xué)生在項(xiàng)目中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能，通過邏輯分析、制訂方案、自主探究、小組合作、團(tuán)隊(duì)展示和多維評(píng)價(jià)等，培養(yǎng)其實(shí)際應(yīng)用能力和解決問題的能力。

課后，教師通過作業(yè)、測(cè)試、問卷等方式了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和反饋，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，提高教學(xué)效果。

（四）實(shí)踐驗(yàn)證

為了評(píng)價(jià)促進(jìn)計(jì)算思維發(fā)展的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式的效果，教師采用了多種方法驗(yàn)證該教學(xué)模式的有效性，包括學(xué)習(xí)成績(jī)、學(xué)生反饋、教師評(píng)價(jià)、家長(zhǎng)評(píng)價(jià)等。

期末成績(jī)數(shù)據(jù)顯示，采用本文提出的教學(xué)模式的學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生。問卷調(diào)查顯示，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為基于問題解決和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式提高了他們的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。同時(shí)，學(xué)生也提出了一些改進(jìn)建議，如增加實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目活動(dòng)的時(shí)間與機(jī)會(huì)、提高教師的教學(xué)能力和水平等。參與實(shí)驗(yàn)的教師認(rèn)為，這種教學(xué)模式能夠有效地促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維發(fā)展，提高他們的實(shí)際應(yīng)用能力和解決問題的能力。家長(zhǎng)訪談表示，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性有了明顯提高，學(xué)生的計(jì)算思維得到了有效發(fā)展。

四、總結(jié)和展望

本文所介紹的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式，旨在通過系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)和科學(xué)的教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合素質(zhì)。在實(shí)際教學(xué)中，教師可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和需求，靈活調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)模式，以便更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和提高教學(xué)質(zhì)量。

同時(shí)，本研究也存在一些問題和不足，如教師的教學(xué)能力和水平不足、項(xiàng)目活動(dòng)的時(shí)間和機(jī)會(huì)不足等需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化。