優化小學人工智能課堂教學的策略研究

陳澤鳴

[關鍵詞]人工智能;課堂教學策略;優化

2017年7月，國務院發布《第一代人工智能發展規劃》;2019年5月，時任教育部部長陳寶生提出要在中小學開展人工智能相關課程，推進普及教育。隨著教育部《教育信息化2.0行動計劃》的不斷推進，作為全國智慧教育示范區之一的廣州市，也主動開展中小學人工智能課程的試點探索，讓中小學生得到人工智能的通識教育，培養和提升中小學生的人工智能基本素養。

一、人工智能課堂教學的困境

隨著人工智能課程試點的深入開展，這一門信息技術學科領域的新興課程，在實施過程中所遇到的一些問題也逐漸顯現出來。這主要反映在以下三個方面：

（一）人工智能教育范圍界定不清

部分學校在落實人工智能課程教學的過程中，將興趣小組或社團互動替代普及教學，引發普及認知問題。如：人工智能教育在教學內容上出現偏向機器人教育、Scratch教育、創客教育、物聯網教育等。

（二）教學模式單一

由于之前的創客教育、機器人教育較為流行，因此“搭建+編程”的教學模式還深深地影響著教師的授課模式。這種強調搭建方法和編程流程的教學模式，對于培養學生的人工智能基本認知、基本概念、基本技能和基本素養效果不佳，更甚至還會抹殺學生的對于人工智能應用的創造性，讓學生把對人工智能課程的學習與編程等同起來。

（三）教學實踐環境和硬件設備等資源匱乏

人工智能教育離不開相關配套硬件的供給，如：攝像頭、麥克風、AI芯片等。但是由于缺乏必要的設備保障，致使授課教師在效果呈現、操作指導等方面存在困難。

（四）師資力量相對不足，師訓缺乏針對性

人工智能普及時間較短，教師對人工智能技術領域的認知及知識掌握程度有限，相關的教學實踐經驗也十分缺乏，因此往往難以在課堂教學中達成預期的教學目標。

面對上述困境，根據《中小學人工智能課程指南》要求，在廣州市教育研究院所提出“基于問題的人工智能活動化課程的課堂教學范式”的指引下，筆者通過《走進人工智能》一課的設計和實施，闡述優化小學人工智能課堂教學的策略。

二、優化人工智能課堂教學的策略

（一）應用合理的人工智能課堂教學范式，提升課堂教學活動的規范性

由于現行的小學人工智能課程是一門全新的課程，其教學內容體系設計尚不完善，教師對相關的概念和技術不熟悉，與教學相關的教學設備和資源未形成配套。很多老師仍處于懵懂的狀態，這極易造成課堂教學方式的不合理、課堂教學隨意性大等問題。因此有必要采用一種較合理的教學范式，對人工智能教師的課堂教學活動進行有效地規范。

《中小學人工智能課程指南》指出：人工智能課程屬于技術類的課程，適合使用任務驅動教學模式，教學策略以PBL為主。廣州市教育研究院劉載興老師依此提出了一個基于問題的人工智能活動化課程的課堂教學范式：以人工智能通識學習為主線，通過構建以問題為中心的體驗、實驗、應用三個環節活動，設置與學生日常生活緊密相關的問題來吸引學生的注意力，發揮其學習的主觀能動性，讓學生在活動中以場景化的方式學習人工智能知識。通過一段時間的實踐，取得了較好的實踐效果，是實現人工智能課堂教學從無序到條理有效的重要手段。[1]

以筆者所執教的《走進人工智能》一課為例，筆者根據上述課堂教學范式設計了“通識、體驗、實驗、應用”四個環節的活動：

1. 通識學習

該環節中教育需要對人工智能的基本概念、基本原理進行講解。在這一環節中，筆者使用微視頻《人工智能技術的廣泛應用》，由“視頻中，有哪些人工智能技術的應用？”和“人工智能可以幫助人類解決什么問題？”這兩個問題為導向，讓學生帶著問題去看視頻，引導學生從觀察現實中的人工智能應用為起點，逐步深入去思考本節課的核心問題——“什么是人工智能？”，激發學生的學習欲望。

2. 體驗環節

該環節中教師需提出與學生生活緊密相關的問題來激發學習興趣。在這一環節中，筆者利用MG動畫創建學習情境。通過一組動畫《常見人工智能技術的應用》，由“AI精靈用到了哪項人工智能技術？”“導航規劃線路用到了哪些人工智能技術？”等四個問題，讓學生帶著問題在虛擬場景下體驗人工智能技術的應用。為后面人工智能概念的理解做好鋪墊。

3. 實驗環節

該環節于體驗之后，是在教師講解基本概念、基本原理之后，學生通過實驗活動去驗證所學知識，加深對基本概念、基本原理的理解。在這一環節中，筆者在講解了人工智能的基本概念（如圖3所示）之后，切入實驗活動。

讓學生通過動手簡單修改程序塊，引發學生對“機器人智能性”問題的思考，加深學生對“人類將擁有的智能活動賦予計算機設備”的進一步理解，從而全面完整理解人工智能的概念。（如圖4所示）

4. 應用環節

該環節讓學生應用所學過的人工智能知識、技術完成一個應用，促進學生應用能力的發展。在這一環節中，筆者先引導學生回顧本節課的學習內容，以創想“家庭服務智能機器人”為主題，讓學生發揮想象力去進行設計，既讓學生動了“腦”和“心”，也動了“手”。（如圖5所示）

（二）分析學生學習認知的最近發展區，提升通識教學的有效性

人工智能的概念和基本原理對于學生而言，還是比較生澀難懂的。如果照搬書中的概念或基本原理，這對學生的學習很不利。因此，必須考慮學生學習的最近發展區，借助人工智能的概念或基本原理與學生對世界認知的相似點，層層遞進地進行引導。

以筆者執教的《走進人工智能》一課為例。這節課授課的對象是三年級學生，課前通過問卷調查了解到學生都使用過智能手機，其中72.4%的學生經常使用智能終端操作，86.2%的學生知道人工智能這個名詞，但是不是很了解。所有學生都接觸過兩種以上的人工智能產品。

因此，在這節課中，我選用了語音識別技術、數據分析技術、圖像識別技術等人工智能技術為突破口，創設虛實結合的體驗活動，引導學生將這些技術與人的智能活動進行類比，進而幫助學生歸納出人工智能的基本概念。取得了較好的教學效果。

（三）挖掘身邊的人工智能教學資源，提升課堂教學活動的趣味性

人工智能課程處于起步階段，教學資源匱乏是不爭的事實。而在我們身邊，卻不乏人工智能技術應用的存在。比如，在語音識別領域，有訊飛聽見、百度翻譯、聽歌識曲等;在圖像識別領域，有人臉識別閘機、百度搜圖、形色、識花等。在教學過程中適當引入這些具備人工智能技術應用的軟件作為案例進行講解，并可根據學校實際為學生提供虛擬的或真實的體驗活動，能夠豐富學生學習內容的同時，拉近學生與人工智能技術的距離，提升學生在人工智能課堂中的學習興趣。

筆者在《走進人工智能》一課中，便采用了學生們比較熟悉的“AI精靈”“智能導航”“識花軟件”“智能門鎖”等作為案例為學生進行展示，讓學生表達看法。為學生真正理解人工智能概念做好了鋪墊。（如圖6所示）

（四）選擇合適的教學實驗平臺，提升課堂教學活動的有效性

在人工智能課堂教學實踐中，教師教學平臺和學生創作平臺也是困擾著人工智能課程開展的一大難題。沒有優秀的管理平臺，教師難以進行教學管理和教學評價;沒有優秀的編輯器，學生的創作更是無從下手。下面筆者將結合日常教學實踐對幾款師生共用的教學工具作簡單介紹。

1. 可可樂博（CocoRobo）

這是一款基于網頁的圖形化編程平臺，具有人工智能模塊，能夠通過外接攝像頭、麥克風等外設來開發人工智能應用。同時還能夠對學生的作品進行管理了展示。其官網上還有人工智能體驗平臺，通過直觀易懂的線上Demo，讓學生方便地了解人工智能領域的前言知識，如圖7所示。

2. 編程貓-源碼編輯器

這是一款編程基于Scratch的編程平臺，用戶可以通過網頁輕松編程，實現人工智能的一些應用。軟件中豐富的場景和角色素材，為學生的創作提供了不少的便利。

3. Learnsite

Learnsite平臺是“溫州水鄉”老師編寫的一個中小學信息技術教學輔助平臺，該平臺支持師生的教學管理，具有Python在線編程平臺，學生能夠在線上直接編寫Python程序，并在平臺上直接展示運行效果。同時系統還支持Word、Excel、PPT等文件的提交和查看，教師和學生還可以對所提交作品進行調整、完善、打分等。如圖9所示。

三、結語

總而言之，對于小學人工智能課堂教學而言，遵循科學有效的教學范式，主動分析學情，積極挖掘身邊的教學資源和工具，便能夠按照《小學人工智能課程指南》的要求完成有效的教學，從而保證課程開展具有較高的教學質量。

參考文獻

[1]劉載興.義務教育階段人工智能課堂教學范式構建與實踐研究.教育專刊[J].2021（08）.

[2]梁佩瑜.淺談城鄉結合部學校開展人工智能課程的教學策略.教育與裝備研究[J].2020（1）.

[3][日]三宅陽一郎，[日]森川幸人. 給孩子的人工智能圖解[M]. 山東人民出版社. 2017（10）.

[4]任友群.人工智能. 上海教育出版社[M]. 2019（08）.

[5]艾 倫.中小學人工智能課程定位分析 [J].中國現代教育裝備，2017 （10）.

[6]謝學斌.初中人工智能教學初探——以“挖掘數據‘金礦’”為例[J]. 教育與裝備研究，2020（11）.