學(xué)科核心素養(yǎng)視域下中小學(xué)人工智能校本課程的開發(fā)實(shí)踐

張艷清

近年來人工智能成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)， 國(guó)家相繼出臺(tái)了《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案》、《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》和《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》等多份文件或政策以推動(dòng)人工智能的發(fā)展。2017年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確指出“應(yīng)逐步在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國(guó)人工智能人才高地?！笨梢姡诨A(chǔ)教育階段進(jìn)行人工智能教育教學(xué)乃大勢(shì)所趨。目前， 高中信息技術(shù)課程中已將“人工智能初步”作為選修模塊。但在小學(xué)和初中關(guān)于人工智能的知識(shí)內(nèi)容只是少量地出現(xiàn)在信息技術(shù)教材上，對(duì)于人工智能的相關(guān)概念、應(yīng)用領(lǐng)域以及最新研發(fā)成果與應(yīng)用尚未得到體現(xiàn)。在中小學(xué)如何去開展人工智能教育，人工智能課程教什么、怎樣教等一系列的問題都值得我們?nèi)ヌ骄俊?/p>

筆者以課題研究為契機(jī)， 開展四年級(jí)（小學(xué)）至七年級(jí)（初中）一體化的人工智能課程的開發(fā)與實(shí)踐研究，以下是對(duì)研究過程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和反思，以期可以為一線教師開展人工智能教學(xué)提供有意義的參考。

一、人工智能校本課程的內(nèi)涵和意義

人工智能是研究開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的專業(yè)學(xué)科。人工智能課程要在中小學(xué)普及，不能簡(jiǎn)單地將高校人工智能課程下放，更不能定位于培養(yǎng)人工智能技術(shù)專才。中小學(xué)階段人工智能課程應(yīng)該是一門培養(yǎng)學(xué)生人工智能的知識(shí)、原理，體驗(yàn)人工智能的技術(shù)，并運(yùn)用相關(guān)技術(shù)嘗試創(chuàng)新性解決實(shí)際問題的課程。

在中小學(xué)階段開設(shè)人工智能課程的意義在于：建立基礎(chǔ)教育階段完善的課程體系，讓學(xué)生接受系統(tǒng)的人工智能教育， 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)的興趣，能以人工智能的思維方式認(rèn)識(shí)社會(huì)的發(fā)展。培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。人工智能課程是計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理等多種學(xué)科相互滲透而發(fā)展起來，它的綜合性強(qiáng)，所以也是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的一個(gè)絕佳平臺(tái)。

二、人工智能校本課程目標(biāo)定位

教學(xué)目標(biāo)是課程教材整理編寫的依據(jù)，在課程中處于引領(lǐng)地位。美國(guó)著名的課程理論專家泰勒在“泰勒原理”中提出，課程開發(fā)首先要確定的是課程教育目標(biāo)。新課改將我國(guó)基礎(chǔ)教育的總目標(biāo)落實(shí)到“學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”，各個(gè)學(xué)科又把培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)作為教學(xué)的基本任務(wù)。與人工智能關(guān)系最緊密的信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包含信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)學(xué)生需要具備的素養(yǎng)。人工智能課程將為信息素養(yǎng)提供了許多生動(dòng)的案例。將信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)作為人工智能校本課程培養(yǎng)目標(biāo)的參考依據(jù)，將更好地指引人工智能課程的開發(fā)與實(shí)施。

基于以上思考，課題組將課程的教學(xué)目標(biāo)定位于培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。課題組梳理了人工智能課程在四年級(jí)到七年級(jí)的教學(xué)目標(biāo)如下：四、五年級(jí)課程目標(biāo)是讓學(xué)生通過感知、體驗(yàn)人工智能，了解人工智能技術(shù)對(duì)人們學(xué)習(xí)生活產(chǎn)生的影響，培養(yǎng)對(duì)人工智能的學(xué)習(xí)興趣，通過編程和搭建，解決簡(jiǎn)單的問題，了解人工智能工作流程，培養(yǎng)實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力;六、七年級(jí)課程目標(biāo)是通過自主編程和搭建人工智能，解決較復(fù)雜的問題，提升分析問題、解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、探索精神和人工智能的思維方式，激發(fā)學(xué)生對(duì)未來信息生活的追求和向往。

三、人工智能校本課程內(nèi)容組織

校本課程教材內(nèi)容是課程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。在整理、編寫校本課程教材時(shí)，要保證課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性和可行性。中小學(xué)生與大學(xué)生的認(rèn)知能力與知識(shí)儲(chǔ)備不同，所以，相比于傳授人工智能知識(shí)與技術(shù)，應(yīng)該更側(cè)重于學(xué)生親身體驗(yàn)人工智能的技術(shù)應(yīng)用。在編寫整理教材時(shí)，要考慮學(xué)校已有的人工智能教學(xué)設(shè)備、學(xué)生的年齡特點(diǎn)，采用分階段、分層次、遞進(jìn)式的教材體系。由易到難、由淺人深地組織教材章節(jié)。

在借鑒信息技術(shù)、綜合實(shí)踐活動(dòng)等課程結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，課題組對(duì)人工智能課程內(nèi)容進(jìn)行分段式構(gòu)建。小學(xué)四、五年級(jí)，以體驗(yàn)為主，課程內(nèi)容力求貼近生活，通過問題情境教學(xué)法，借助積木式編程平臺(tái)，對(duì)器材搭建并進(jìn)行操控，讓學(xué)生在課堂感受到輕松，切實(shí)讓學(xué)生感受到人工智能課程的趣味性。以直觀性的操作體驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的培養(yǎng)計(jì)算思維和對(duì)人工智能的興趣。初中階段，學(xué)生的認(rèn)知水平和思維方式，已從形象逐步轉(zhuǎn)換到抽象的表達(dá)階段，通過嘗試設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基本程序結(jié)構(gòu)，自主搭建造型，解決實(shí)際問題，突出學(xué)生計(jì)算思維和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。課程教材分為基礎(chǔ)篇和創(chuàng)新篇?；A(chǔ)篇是對(duì)現(xiàn)實(shí)生活物體和工具的模擬，注重對(duì)人工智能器材和技術(shù)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。創(chuàng)新篇是在熟悉器材的基礎(chǔ)上開展的創(chuàng)新活動(dòng)，注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

四、人工智能校本課程教學(xué)模式

校本課程的教學(xué)實(shí)施是課題研究的主要陣地，課題組成員在實(shí)施人工智能教學(xué)過程中主要參照PBL教學(xué)法，PBL教學(xué)法也稱作問題式學(xué)習(xí)法，是指學(xué)生在一個(gè)真實(shí)的情境中對(duì)驅(qū)動(dòng)問題展開探究，通過學(xué)生的自主探究和合作來解決問題，從而學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識(shí)的一種新型學(xué)習(xí)活動(dòng)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。基于學(xué)科核心素養(yǎng)視角和人工智能學(xué)科培養(yǎng)的特點(diǎn)，筆者對(duì)PBL教學(xué)法做了改良，通過不斷地教學(xué)實(shí)踐，形成比較穩(wěn)定的五段式教學(xué)模式——“問—學(xué)—思—?jiǎng)?chuàng)—評(píng)”，即：?jiǎn)栴}情境、學(xué)習(xí)新知、思考流程、創(chuàng)意搭建、展示評(píng)價(jià)，構(gòu)建在新課程理念下學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)的一種教學(xué)模式。

問題情境：由生活中的問題為情境，提出解決方案，明確本課的研究主題。

學(xué)習(xí)新知：根據(jù)研究主題，重點(diǎn)學(xué)習(xí)核心模塊器件和知識(shí)，了解其工作原理。

思考流程：對(duì)解決問題的核心模塊器件進(jìn)行連接，重點(diǎn)進(jìn)行編程思路的研究，以成功編寫程序控制核心模塊工作。

創(chuàng)意搭建：對(duì)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭建，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意合理搭建。

展示評(píng)價(jià)：推選優(yōu)秀項(xiàng)目作品進(jìn)行交流、展示，評(píng)價(jià)學(xué)生課堂表現(xiàn)和作品完成情況。

五段式教學(xué)模式展示了人工智能課堂教學(xué)的指導(dǎo)框架，把課程改革的先進(jìn)理念、信息技術(shù)核心素養(yǎng)滲透到課堂教學(xué)，五個(gè)環(huán)節(jié)承前啟后，環(huán)環(huán)相扣，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)探究，促進(jìn)學(xué)生信息素養(yǎng)和綜合能力的發(fā)展。

五、反思與建議

（一）組織管理立規(guī)矩。人工智能的普及通常是處于大班化、小組合作的教學(xué)環(huán)境，班額過大，學(xué)生交流多的課堂導(dǎo)致課堂組織難度大，影響教學(xué)進(jìn)度的整體推進(jìn)。這需要教師有極強(qiáng)的課堂組織策略和課堂掌控能力。教師需要制定恰當(dāng)?shù)恼n堂管理規(guī)范以保證課堂教學(xué)有條不紊的開展。在課程的初期，教師必須事先制定并與學(xué)生明確各項(xiàng)細(xì)則，包括小組的劃分、成員的分工、器材整理的規(guī)范等等，并在實(shí)際教學(xué)中落實(shí)到位。磨刀不誤砍柴工，良好的課堂規(guī)范和秩序，給學(xué)生營(yíng)造良好的教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生快速融入學(xué)習(xí)活動(dòng)。

（二）多維評(píng)價(jià)促發(fā)展。人工智能課堂活動(dòng)多、時(shí)間緊湊，教師容易忽視對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)。缺少評(píng)價(jià)或無效評(píng)價(jià)的課堂讓學(xué)生像一艘沒有動(dòng)力的帆船，隨波逐流，教學(xué)效果不佳。有效的評(píng)價(jià)將成為學(xué)生前進(jìn)的助推器，不斷推動(dòng)著學(xué)生進(jìn)步。教師可以借助電子評(píng)價(jià)平臺(tái)或評(píng)價(jià)表等手段，對(duì)學(xué)生的學(xué)生過程和作品情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，做的好的地方及時(shí)給予表揚(yáng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;做的不好的地方及時(shí)指正并給予鼓勵(lì)，幫助他們建立學(xué)習(xí)的自信心。多維評(píng)價(jià)促使學(xué)生有的放矢地進(jìn)行探究，提高教學(xué)效率。

（三）關(guān)注差異共進(jìn)步。由于學(xué)生的差異性，學(xué)生任務(wù)完成情況差異很大，有的學(xué)生能快速高質(zhì)量地完成老師的任務(wù)，有的學(xué)生無法達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。教師要善于發(fā)揮小組合作、組間合作優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)優(yōu)生幫助后進(jìn)生，達(dá)到共同進(jìn)步的目的。在設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)時(shí)，教師應(yīng)關(guān)注不同層次的學(xué)生。對(duì)于接受能力較強(qiáng)的學(xué)生，增加拓展任務(wù)，讓學(xué)生自主探究，進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)能力。

中小學(xué)人工智能作為一門新的課程，在實(shí)施初期肯定會(huì)遇到各種各樣的問題，這些問題是給一線教師的挑戰(zhàn)，需要人工智能教師、廣大的教育工作者、研究者積極地探索，憑借集體的智慧尋求解決方法、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。隨著社會(huì)和學(xué)校的重視，學(xué)者和教學(xué)工作者的關(guān)注和研究，相信中小學(xué)人工智能課程在未來將展現(xiàn)出無比光明的發(fā)展前景。