3T思維法則 在人工智能模塊中的實施途徑研究

王蕾

教學現(xiàn)場

隨著人工智能項目的課程化進程的推進，有關具體教學的實施途徑成為教師們關注的焦點：如何構(gòu)建一節(jié)承載內(nèi)容適宜的人工智能課堂？如何做到最大程度地優(yōu)化教學效能？如何在人工智能課中優(yōu)化思維的深度和廣度？本文據(jù)此展開相應的研究。

問題分析

良好的思維推進和表達需要適宜的激發(fā)途徑，人工智能模塊強調(diào)分類算法等深度機器學習項目，因此，需要給學生創(chuàng)設良好的思維途徑，提供適宜的學習環(huán)境，觸發(fā)學習者有效進行深度思考，創(chuàng)造出具有個性化的人工智能作品。

● 3T思維法則與人工智能課程的理論溯源

3T思維法則來源于行為心理學，它是Tiny Habit、Tigger、Tendency的首字母縮寫，指在思考問題的過程中，需要將問題進行分解，每一層級的問題與問題之間沒有重復、交叉、相關性，每一層級中不出現(xiàn)遺漏，力求做到完全窮盡。3T思維法則適用于具有較高解析要求的內(nèi)容而不僅僅是簡單表達。因此，3T思維法是用于“深度思考活動”的技術(shù)，并可以在一定程度上用于作品創(chuàng)新。在思維的迭代過程中，學生會根據(jù)實際情況，進行舍棄、重排與合并，往往與最初的思考行為大相徑庭。3T思維法則模式把問題的求解、技術(shù)上的可行性和學習效益的可持續(xù)性三者整合到了一起。落實在教學過程中，即從設計的角度出發(fā)，進行有效的思維創(chuàng)新過程。

3T思維法則突出關鍵思維過程，通過一定的步驟將學習內(nèi)容進行富有意義的建構(gòu)。人工智能課程是有關思維優(yōu)化、作品表達的技術(shù)性學科，教學目標明確，指向具體，使用學生擅長的信息化工具，制作出具有個性化的作品，表達其情緒、思想等內(nèi)容。因此，每位學習者的作品都具有鮮明的個性特征，有明晰的個性標簽和內(nèi)容差異。所以，人工智能課程的3T思維法則符合其學科的定位和學習訴求，在教學中具有一定的促進作用。

● 人工智能課程中實施3T思維法則的途徑

3T思維法則一般包含三個維度：有關汲取認知內(nèi)核的思維建構(gòu)——最小化步驟Tiny Habit;有關思維深度的物化思維內(nèi)涵——設置觸發(fā)器Tigger;有關思維廣度的具化學習環(huán)境——制造意義環(huán)境Tendency。在此項過程中進行有效的、針對性的學科推進，以追求教學效益的優(yōu)化。在3T思維法則的實施過程中，以上三個維度滲透其中，建立符合人工智能課程化特征的教學組織形式，幫助學生進行更為高效的學習。

在人工智能課程的自身屬性中，技術(shù)的要求、作品性的表達、概念性的外延、拓展性的生成等是學科教學目標。在3T思維法則的背景之下，人工智能課程的3T思維法則具有與其他學科共性的認知特征，以及本學科具備的關鍵性的實施途徑。通過以上的過程，建立有效的認知思維的內(nèi)化教學方式，鼓勵學生更為主動積極地進行主觀認知的建構(gòu)。

● 基于3T思維法則的學習過程

1.汲取認知內(nèi)核：最小化步驟Tiny Habit

人工智能課程化的難點之一是認知內(nèi)容較多，作品構(gòu)建環(huán)節(jié)復雜。優(yōu)化思維的進程在于認知過程的有效重組。對于思維過程而言，主要差別在于有無底層邏輯的鏈接。如果可以將認知內(nèi)容分成大小不同的范圍，其“小范圍”的認知指向底層邏輯，即本課的認知內(nèi)核，是教學的核心內(nèi)容所在。“小范圍”所涉及的是最小化步驟，將外界信息通過底層邏輯把這些信息有目的性地進行組合。教師幫助學生提取最小化步驟，簡化學習過程。

（1）原設計

《人工智能——表情面板》是人工智能模塊基礎單元的學習內(nèi)容，教學目標為掌握表情面板的顏色設置、位置設定等操作，通過建立自己的表情面板，對表情進行有序的管理。本課常規(guī)的教學過程較為復雜，包括設備搭建、程序編寫等多個步驟，以至于常常出現(xiàn)課時不足的情況。在常見的教學設計中，教師一般會通過“感性體驗（放表情視頻）→對比表情（教師演示變臉）→提出問題→講解原理→學生操作→小結(jié)課題”的形式來組織教學。在此過程中，學生可以掌握表情面板的基本操作，但是對于“表情”的“管理”過程還處于茫然的隨機狀態(tài)，并沒有從主觀意識上對表情進行管理。

（2）思考焦點

通過對以上問題進行分析后，我們可以厘清傳統(tǒng)設計中的利弊：學生學會了技術(shù)，卻沒有培養(yǎng)其管理的意識;學生學會了操作，卻沒有負擔起創(chuàng)新的行為。所以，該課的教學存在一定的弊端，即缺乏必要的簡化過程，導致重點不夠突出，學生將大量時間用于低效的認知活動，最終教學效果不佳。

（3）改進型設計

在基于3T思維法則的設計中，教師首先分析學習內(nèi)容，提煉出其中核心的認知，梳理成簡化的步驟，在知其然的基礎之上進行知其所以然的創(chuàng)新活動。教學建議如下：

題目：《人工智能——表情面板》。

硬件設備：智能硬件、表情點陣屏。

主題設置：通過對人臉識別系統(tǒng)的模擬，形成具有個性特點的表情面板。

任務層次：喜不自禁1→按照表情進行有序的模擬;怒火中燒2→按照喜好進行不同表情的程序設置;唉聲嘆氣3→按照個性進行個性化的表情面板的建立和命名。

主要流程：

教師首先同屏展示桌面，學生歸納出人類常用的表情。

學生再開始進行表情點陣屏的游戲，不同學習風格的學生表現(xiàn)出的尋找風格不同。風格1→喜：有的通過嘴角表現(xiàn)。風格2→怒：有的通過眉頭表現(xiàn)。風格3→哀：有的在表情點陣屏上搜索等。

教師記錄不同的學習過程，提出對表情點陣屏進行最小化步驟的規(guī)劃。

學生感受人工智能對學習的重要意義，提出自己的過程簡化主張，并記錄在自己的學習單上，再設計理想中的表情點陣屏結(jié)構(gòu)。

教師帶領學生自選適宜的學習方式：方式1→表現(xiàn)歡樂時，點陣珠的方向應呈現(xiàn)V字形;方式2→根據(jù)喜好性對點陣屏進行設置，小組相互猜猜表情;方式3→根據(jù)點陣屏的顏色屬性對表情進行管理，分為情緒類、動作類、其他類等。

學生根據(jù)自身的情況，選擇自己擅長的分類形式。

教師結(jié)合不同學生的選擇，針對性地進行個別輔導，鼓勵同伴間互助。

學生相互參觀彼此的表情點陣屏界面，進一步完善自身的表情實驗。

教學評析：在以上的教學過程中，教師教學的重點內(nèi)容發(fā)生了變化，將技能灌輸變?yōu)閷W習步驟的指導，更加突出了對生源和學情的處理方式。通過學生喜聞樂見的表情游戲，直觀地營造出簡單明晰的學習過程，淡化了機械操作的痕跡，注重了對人工智能的表達，因此凸顯了人工智能課程的核心素養(yǎng)。

2.物化思維內(nèi)涵：設置觸發(fā)器Tigger

著名教育心理學家羅伯特·加涅提出的學習結(jié)果分類是重要的教學心理學基本理論，他將學習結(jié)果分為智慧技能、認知策略、言語信息、動作技能和態(tài)度五個方面。落實在人工智能課程中，體現(xiàn)為設置有效的行為觸發(fā)器Tigger，從而完成對學生個體的創(chuàng)作認知方式及策略及作品表達方式的有效篩選、對操作技能的高性能掌控、對學習動機的有效激發(fā)。3T思維法則在實施過程中，需要教師根據(jù)前一階段的實際情況，對學生可能的設置觸發(fā)器Tigger進行必要標準設置和診斷性評估。

（1）原設計

《人工智能——智能美容院》是人工智能模塊中的常見內(nèi)容，它取代傳統(tǒng)的用系統(tǒng)自帶的畫圖軟件來處理圖形的方式，將人工智能優(yōu)化芯片用在中小學的圖形處理中。軟件自身豐富的素材和模板極大地調(diào)動了學生的學習熱情。在常見的教學中，一般有如下的設計思路：出示對比圖片→導入軟件→介紹軟件界面→認識界面→任務處理→交流分享→班級評議→教師總結(jié)。但是在常規(guī)的教學過程中，經(jīng)常見到由于可選擇性過廣，導致教師無法駕馭課堂的情況：有的是部分學生專注自己的練習，并不按照教師的任務菜單進行處理;有的甚至出現(xiàn)“學教分離”的情況。

（2）思考焦點

出現(xiàn)以上情況的關鍵點在于人工智能圖像識別模塊的屬性特點，豐富的素材庫使學生眼花繚亂，易分神。如果教師在教學過程中，未能對學習素材進行有效激發(fā)，勢必產(chǎn)生學生訴求無法表達的情況，導致問題凸顯。

（3）改進型設計

在基于3T思維法則的設計中，教師需要針對學習素材設置必要的觸發(fā)器，以形成符合學生認知需要的素材供給，保證其學習動機。教學建議如下：

題目：《人工智能——智能美容院》

硬件設備：智能硬件、自動優(yōu)化模塊、校園圖片。

師：人工智能優(yōu)化芯片好比圖片的“美容院”，接下來讓老師拍攝的校園圖片也進來“美美容”吧！（演示操作）

任務一：任務觸發(fā)“美麗嗎”？

師：老師拍攝了校園風景圖，請幫忙調(diào)節(jié)亮度（演示操作）[亮度適宜]。

師：對比一下看看還有哪些地方需要修改？（出示兩張圖片進行對比）

生：兩邊有多余的部分，需要剪裁。

師：請同學們通過調(diào)整“亮度”和“剪裁”給素材中的校園風景圖來“美美容”。

教師帶領學生認識人工智能優(yōu)化芯片的界面。（先介紹菜單欄，然后選擇不同菜單，觀察變的是不同菜單下的菜單項，不變的是常用工具欄）

任務二：行為觸發(fā)“整潔嗎”？

師：我們的校園里不僅有美麗的風景，還有朝夕相處的老師和同學。那怎樣把風景和人物兩張照片拼在一起呢？這就需要用到人工智能優(yōu)化芯片的模糊特殊背景燈功能了。

學生按照自己喜歡的方式，利用智能模塊進行圖片修整。

任務三：迭代觸發(fā)“更美嗎”？

師：為了讓圖片更有個性，我們還可以適當?shù)靥砑舆吙颉椘返取＃ê唵问痉恫僮鳎┱埻瑢W們自己探索，使用其他軟件中的相關工具，如“邊框”“飾品”等功能來美化圖片。

教學評析：在以上的設計中，每一個任務推進均由觸發(fā)器Tigger引起，因此素材的處理方式是流暢自然的，并且從學生熟悉的校園生活出發(fā)，營造了學生饒有興趣的氛圍，使得課堂教學收到了良好的效果，體現(xiàn)了人工智能教學的內(nèi)涵。

3.具化學習環(huán)境：制造意義環(huán)境Tendency

學習環(huán)境是指在教學系統(tǒng)和學習系統(tǒng)中所創(chuàng)建的氛圍，在此學習環(huán)境中，學習者在學習過程中可以利用一切顯現(xiàn)的或潛隱的條件，可用于學習的一切資源，包括信息、人員、資料、設備和技術(shù)等。在人工智能課程中，根據(jù)表現(xiàn)形態(tài)的不同，將學習資源分為硬件資源和軟件資源兩類。教師應根據(jù)具體的學情，制造意義環(huán)境Tendency的加工處理，以保證學習資源的有效性。

（1）原設計

《人工智能——拼圖對對碰》是人工智能單元的實踐課，常見的教學形式為“作品展示→界面認識→考察名稱→設計程序→練習編程→展示作品→小結(jié)內(nèi)容→延伸知識”。在多節(jié)課中，學生的作品形式單一，缺乏創(chuàng)新性的作品，模仿的痕跡較多。

（2）思考焦點

以上的教學設計在評價環(huán)節(jié)中，關注對界面名稱的表述，缺乏對概念外延內(nèi)涵的深入理解;關注對軟件形式的認識，缺乏對其意義的建構(gòu);關注對學生規(guī)范性編程的判斷，缺乏對程序搭建的指導，最終影響了學生的認知效果。

（3）改進型設計

基于3T思維法則的設計注重評價的制造意義環(huán)境Tendency，因人而異地建立適宜的評價標準，鼓勵學生建立個性化的內(nèi)在評價機制，激發(fā)學生的創(chuàng)造潛能。教學建議如下：

題目：《人工智能——拼圖對對碰》

師：課前我用Python設計了一個簡單的加法計算器，請大家自學書本，來試著編一編。

學生自學書本或者學習單，感受程序。

師：現(xiàn)在我們來看一個用Python編寫的好玩一點的游戲——拼圖游戲。

學生使用教師分發(fā)的程序體驗拼圖游戲。

師：大家有沒有成功地把圖拼出來？拼圖游戲的設計和實現(xiàn)并不困難。除了拼圖游戲，還有我們熟悉的“打地鼠”“貪吃蛇”游戲，都可以用Python編寫出來。（展示“打地鼠”“貪吃蛇”游戲）

師：請找到你喜歡的游戲項目，用Python語言來嘗試編寫一個程序吧。

教學評析：在以實驗為主線的設計中，學生的選擇變得豐富起來，既有與書本相關的“加法計算器”，也有通過Python程序編寫的不同類型的小游戲。在這些小游戲中，制造意義環(huán)境Tendency內(nèi)容進行了有坡度的、多次實驗的過程，適合每個人的需要，鼓勵學生自我認同，學習動機也得以持續(xù)。

● 3T思維法則的關注點

在人工智能模塊中，學生已有的技能水平對3T思維法則的具體使用有著不同的意義，需要根據(jù)生源進行合理的選擇。在實際的教學中，相關內(nèi)容需要教師更為細致的準備和安排，因此在教學中，要進行必要的關注。

首先，尊重學生思維建構(gòu)的特征。人工智能課程中3T思維法則可用于多種學科，教學中為了尋求較好的效果，可以適當尋找適宜的元素，切勿為了過于簡化學習過程忽視了教學目標，以免本末倒置。保證適宜的教學深度，挖掘最優(yōu)化的教學步驟，易于獲取最佳教學效果。

其次，充分了解思維過程的差異性。差異是相對而言的概念，在不同的內(nèi)容中有不同的呈現(xiàn)形式，需要教師根據(jù)實際情況進行處理，尋找其共同的元素進行必要的資源同整;汲取思維的內(nèi)核，定位于人工智能的應用目標，致力于賦能個人價值，激發(fā)個體的創(chuàng)造力。

最后，合理閾值。3T思維法則有一定的閾值，避免過分強調(diào)思維簡化而導致教學的層次超過可容納的范圍，從而使得教學目標散漫無法聚力。重構(gòu)底層思維模式，促使教學組織變革，認知過程重新分配，構(gòu)建教學過程中的自由溝通。