基于“教—學(xué)—評”一致性的 小學(xué)人工智能教學(xué)探索

人工智能涉及數(shù)學(xué)、物理、信息科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、邏輯學(xué)、計算機科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)等眾多學(xué)科知識，具有很強的實踐性。教師要以課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的課程目標(biāo)、學(xué)業(yè)要求等為依據(jù)，以教情、學(xué)情為參照，以學(xué)科核心素養(yǎng)為標(biāo)準(zhǔn)，將課堂中的“教”“學(xué)”“評”與具體、可行的素養(yǎng)目標(biāo)相互對照。筆者以人工智能中的機器學(xué)習(xí)為例，談一談如何在小學(xué)人工智能中開展“教—學(xué)—評”一致性教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、基于標(biāo)準(zhǔn)定目標(biāo)

明晰的學(xué)習(xí)目標(biāo)能為學(xué)生的學(xué)及教師的教指明方向。而學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定要基于課程標(biāo)準(zhǔn)、教材、學(xué)情，力求簡明可行。

教師在設(shè)計《愛學(xué)習(xí)的智能機器》一課時，努力體現(xiàn)課標(biāo)的以下要求：體現(xiàn)“科”與“技”并重；注重幫助學(xué)生理解基本概念和基本原理，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識信息科技對人類社會的貢獻與挑戰(zhàn)，提升學(xué)生的知識遷移能力和學(xué)科思維水平；倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)，以真實問題引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運用過程、計算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識，提升問題解決能力；強化素養(yǎng)導(dǎo)向的多元評價，堅持自評和他評相結(jié)合，增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

《愛學(xué)習(xí)的智能機器》選自河南大學(xué)出版社出版的小學(xué)信息技術(shù)六年級下冊第十二課。學(xué)習(xí)前，學(xué)生已經(jīng)掌握識別人臉特征的方法、過程及影響識別的因素，了解圖像識別的概念，能夠搭建簡單的圖像識別程序，認(rèn)識到人工智能的強大。那么這些智能從何而來？這個問題引出本課的內(nèi)容。

機器學(xué)習(xí)是人工智能的核心，是使計算機具有智能的根本途徑。對于機器來說，利用大量的數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，從數(shù)據(jù)分析中得出模型，并運用模型解決新的問題，就是機器學(xué)習(xí)的過程。人工智能的發(fā)展經(jīng)歷從早期的邏輯推理到中期的專家系統(tǒng)等若干階段，直到機器學(xué)習(xí)誕生以后，在某些垂直領(lǐng)域，基于機器學(xué)習(xí)的圖像識別和語音識別幾乎能夠跟人相媲美。

基于以上思考，本課確定了3個學(xué)習(xí)目標(biāo)，并設(shè)計對應(yīng)的評價任務(wù)與評價標(biāo)準(zhǔn)，如下表所示。

例如，為了完成學(xué)習(xí)目標(biāo)1，筆者設(shè)計了“使用機器學(xué)習(xí)訓(xùn)練模型，讓機器具備識別四種垃圾的能力”的評價任務(wù)，以智能垃圾分類為主線，通過生活中的問題引發(fā)學(xué)生思考，觀看機器學(xué)習(xí)的視頻，讓學(xué)生大膽猜測，利用實驗驗證猜想，歸納總結(jié)出機器學(xué)習(xí)的過程。

學(xué)生經(jīng)歷了猜想—實驗—論證的過程，在實踐中建構(gòu)新知，讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生。當(dāng)學(xué)生總結(jié)出機器學(xué)習(xí)的一般過程，可認(rèn)定目標(biāo)1已達成。

教師課前給每個小組下發(fā)實驗樣本，樣本為實驗用到的四種垃圾，并根據(jù)每個小組的情況，發(fā)放不同的數(shù)量。每個小組根據(jù)實驗情況，記錄實驗結(jié)果。師生通過分析實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)影響機器學(xué)習(xí)效果的兩個因素，得出實驗結(jié)論。由此，目標(biāo)2已達成，學(xué)生突破了本課難點。

二、基于實踐定流程

學(xué)生知識、技能及數(shù)字素養(yǎng)的提升，應(yīng)在提出和解決問題的過程中進行。本課的學(xué)習(xí)過程確定為四個環(huán)節(jié)：觀看分揀視頻，感知機器學(xué)習(xí)；開展學(xué)科實驗，探究機器學(xué)習(xí)；應(yīng)用機器學(xué)習(xí)，解決實際問題；總結(jié)本課收獲，暢談智能未來。

（一）觀看分揀視頻，感知機器學(xué)習(xí)

上課伊始，筆者利用課件創(chuàng)設(shè)情境，以真實問題激發(fā)學(xué)生的興趣。“同學(xué)們，每當(dāng)清晨睜開眼睛，總會覺得眼前一如往昔。殊不知，僅僅一天，我們的城市又有了一些‘變化’——每人每天產(chǎn)生0.8千克至1.2千克垃圾，鄭州中心城區(qū)日產(chǎn)垃圾7400噸。實行生活垃圾分類的意義重大。那么日常生活中，你是如何進行垃圾分類的呢？”

之后，教師播放“垃圾分類機器人”的視頻，引發(fā)學(xué)生思考“機器是如何進行分類的，機器如何具備垃圾分類的能力”，進而引入本課主題——機器學(xué)習(xí)。

此情境創(chuàng)設(shè)意在突出“趣”。教師通過設(shè)置基于真實問題的教學(xué)情境，將本節(jié)課所要落實的知識點、技能點與學(xué)生的生活實際有機結(jié)合，以興趣引導(dǎo)學(xué)生主動參與，使其積極投入到本課的學(xué)習(xí)中。

（二）開展學(xué)科實驗，探究機器學(xué)習(xí)

本環(huán)節(jié)中，學(xué)生將經(jīng)歷猜想—驗證—總結(jié)—運用的學(xué)習(xí)過程。首先，教師播放“人工智能機器如何學(xué)習(xí)玩游戲”的視頻，引導(dǎo)學(xué)生猜測機器學(xué)習(xí)的過程，進行師生互動、生生互動。其次，學(xué)生利用編程平臺開展實驗，驗證猜想。學(xué)生分工、合作完成實驗，并對實驗數(shù)據(jù)進行分析，總結(jié)歸納出實驗結(jié)論。教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗過程總結(jié)機器學(xué)習(xí)的過程。最后，教師創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生思考能否利用訓(xùn)練好的機器學(xué)習(xí)模型，創(chuàng)作出一個垃圾分類的程序。學(xué)生通過垃圾分類程序的實踐，加深了對機器學(xué)習(xí)過程的理解，學(xué)習(xí)目標(biāo)1達成。

此環(huán)節(jié)設(shè)計意在彰顯“合”。通過各種形式的合作，學(xué)生各司其職，相互配合，完成學(xué)習(xí)任務(wù)，提高數(shù)字素養(yǎng)。

（三）應(yīng)用機器學(xué)習(xí)，解決實際問題

學(xué)以致用是學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)。為了檢測學(xué)生對知識的掌握情況和運用知識解決問題的能力，教師將在應(yīng)用機器學(xué)習(xí)解決實際問題的評價任務(wù)中檢測目標(biāo)3的達成。

此環(huán)節(jié)中，教師帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷小組討論—交流分享—主題創(chuàng)作—展示交流—相互評議—小組評價的學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生思考機器學(xué)習(xí)在生活中還有哪些應(yīng)用場景。之后，學(xué)生自主選擇相應(yīng)主題進行創(chuàng)作，并在操作完成后展示各自的成果，相互評議。通過“創(chuàng)意之星”“合作之星”“技術(shù)之星”的評選，教師對于學(xué)生的創(chuàng)作情況進行評價。至此，本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)全部達成。

此環(huán)節(jié)設(shè)計意在體現(xiàn)“動”。學(xué)生在課堂上“動”起來，主動運用所學(xué)內(nèi)容解決生活中的問題，提升知識遷移能力和學(xué)科思維水平。

（四）總結(jié)本課收獲，暢談智能未來

教師通過問卷掌握學(xué)生在本課的學(xué)習(xí)情況，并針對問卷結(jié)果對學(xué)生進行點評。同時，教師以數(shù)據(jù)的重要性引出自主可控技術(shù)，對學(xué)生提出希望。

此環(huán)節(jié)意在重視“評”。學(xué)生通過總結(jié)和評價，回顧本課內(nèi)容，增強對數(shù)據(jù)的認(rèn)識。

三、總結(jié)與展望

機器學(xué)習(xí)是人工智能的核心技術(shù)。教師可以選取生活中的真實問題激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生經(jīng)歷原理探究的過程，在做中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)，并將評價嵌入整個教學(xué)過程中，以評促學(xué)，以評促教。

（責(zé)編 韓玉兵 侯心雨）