基于學科核心素養(yǎng)的人工智能校本課程教學策略探析

福建省廈門五緣實驗學校 張艷清

隨著《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》和《普通高中信息技術課程標準（2017 年版）》中“人工智能”模塊的發(fā)布，很多高中開始關注人工智能課程。但在小學和初中階段，人工智能教育的實踐研究尚處于探索階段。筆者所在的學校是小學和初中九年一貫制學校，一直以來都非常重視人工智能教育以及對學生信息素養(yǎng)的培育，近幾年信息組教師一直都在開展人工智能、機器人編程等社團活動，給我校小學和初中的人工智能校本課程的實踐奠定了良好的基礎。現(xiàn)在，我校作為“市人工智能進百校項目”試點學校，已經在小學高段和初中開設了人工智能校本課程，旨在全面提升小學和初中生的信息素養(yǎng)。下面，筆者就人工智能校本課程開設的意義和教學實施過程中的教學策略做以下探討。

一、開設人工智能校本課程的意義

（一）適應信息社會的發(fā)展

隨著我國信息技術水平的不斷發(fā)展，“小愛同學”“掃地機器人”等智能設備已經廣泛出現(xiàn)在我們的生活中，由此可見，人工智能已經與我們的生活息息相關，未來必定還會出現(xiàn)更多與我們的生活緊密相關的設備和場景。因此，在高度信息化的時代，認識和了解人工智能已經成為當今學生必備的一項技能。小學高段的學生有一定的信息技術學習基礎，動手能力尚可，并且對于新鮮事物的接受能力較強，對這一階段的孩子開展人工智能教育，他們能夠較快地理解人工智能原理并開展實踐，有助于學生更好地適應現(xiàn)代社會的學習和生活，為將來走向社會做好鋪墊。

（二）培養(yǎng)信息技術學科素養(yǎng)

從內容層面看，人工智能課程中很多內容與信息技術學科有著千絲萬縷的關系。人工智能課程通常會提出生活中的一些問題讓學生去解決。學生在思考問題、拼搭作品、編寫程序并不斷完善的過程中，提升了人工智能素養(yǎng)，這必然也提升了學生的信息意識、計算思維、數字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任等信息技術學科核心素養(yǎng)，有助于學生的全面發(fā)展。

（三）提升學生的創(chuàng)新能力

人工智能課程是具有實踐性、綜合性的教育學科，涉及機器人工程、智能制造工程、智能科學與技術、數據科學與大數據技術等以技術為核心的專業(yè)學科。處于小學高段的學生思維靈活，想象力頗豐，腦中總有許多神奇的想法。在開展課堂活動中，教師對學生的有效引導，讓學生的想象力和創(chuàng)新力有施展空間，通過對問題的不斷思考能夠鍛煉他們的思維敏捷程度，通過搭建和編程等動手實踐能將他們的新奇創(chuàng)意投射到現(xiàn)實，較好地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力與實踐能力，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合型人才添磚加瓦。

學習人工智能不僅能夠增進學生對人工智能知識的理解，還有助于培養(yǎng)學生信息技術學科核心素養(yǎng)。教師在實施教學的過程中，應積極地運用有效的教學策略，提升學生的學習興趣，集中課堂的注意力，從而提高教學質量。

二、基于學科核心素養(yǎng)教學策略的運用

（一）創(chuàng)設探究情境，增強信息意識

教師備課過程中，首先就要從課堂情境的生活性、探究性下足功夫。課前多種渠道了解學生的特點和學科的學習情況，在進行綜合判斷后，創(chuàng)設貼近學生學習、生活，符合學生年齡特點的探究情境。良好的教學情境，不僅可以促進學生思考，還能激發(fā)學生對人工智能課程的學習興趣，增強學生進行學習和探究的欲望。

例如，在“智能臺燈”一課中，筆者創(chuàng)設的情境是“奶奶半夜起來想喝水，可是總找不到燈的開關。能不能想辦法幫助奶奶解決這個問題？”這是生活中經常遇見的一個問題，學生在對問題進行思考后，根據小組成員的經驗提出了幾個方案，最后根據材料包的材料，選擇制作聲控智能臺燈，順利進入下個環(huán)節(jié)的學習。在教學過程中，學生通過對于自己過去經驗的有效運用完成對方案和器材的選擇，體現(xiàn)學習自主性與探究性，有助于學生信息意識等學科核心素養(yǎng)的提升。

（二）提煉主題核心模塊，提高計算思維

人工智能課程的知識具有交叉性的特點，涉及多學科的知識，課堂內容多而雜。學生要理解其中的算法和原理有一定的難度，教師在教學過程中要注意提煉教學內容的核心模塊和核心算法，進行重點突破，化繁為簡，讓學生易于理解、易于接受。教師引導學生從復雜的知識中抽取隱含的一般本質內容的過程，逐步發(fā)展了學生的計算思維，提升了學生的計算能力。

例如，在“我的智慧花園”一課，需要搭建向日葵并模擬它的尋光功能。按照教材的順序，先進行造型完整搭建，再進行程序調試。在教學實踐中，很多學生把時間花在搭建上，編寫程序通常很倉促甚至無法完成。看到這種情況，筆者抽取模型的核心部分，即主機、左右兩個光敏傳感器和舵機，花盤簡單用一根梁代替，這就完成了核心模型的搭建。接著讓學生探究核心算法的編寫，對左、右光敏傳感器亮度的判斷，讓舵機轉向更亮的一邊。抽取核心模型和算法讓學生迅速捕捉本課的重點知識，即亮度的判斷和舵機的旋轉。如此，大大提高了課堂效率，潛移默化地讓學生懂得找出主題的核心模型和算法，發(fā)展了學生的計算思維。

計算思維的培養(yǎng)不是一朝一夕的事，必須一點一滴滲透在每個單元、每個主題的教學中，讓學生在教師的引導下發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，感受人工智能算法的奇妙，形成計算思維。

（三）布置開放性活動，提升數字化學習和創(chuàng)新能力

教師根據教學內容和進度，可以在小組當中布置有趣的開放性任務或活動。開放性任務基于教材，又要淡化教材，活動應用趣味性拓寬情感教育，能為學生提供一個展示自身才華的平臺。采用小組合作的組織方式，讓學生感受到團隊的力量大于個體的力量，體會團結的重要性。另外，生生互動引發(fā)的思維碰撞，能最快地提升學生的思維敏捷度和創(chuàng)造力，通過小組共同探究，還可能會發(fā)現(xiàn)一些新的問題，使活動不斷深化，進一步加深對知識的理解。

比如，在“神奇動物”這一主題單元，學生在學習了若干個動物主題后，對動物的搭建和運動有了一定的學習基礎。在單元最后一個課時，筆者布置了開放性活動，小組合作搭建一只神獸并設計神獸的一個主要功能。這項開放性活動深受學生的喜愛，激發(fā)了學生的創(chuàng)作熱情。學生熱烈討論、集思廣益，把集體的智慧填寫在活動記錄單，然后根據小組設計的神獸選擇不同的材料進行拼裝搭建。在動作設計環(huán)節(jié)，學生根據不同的傳感器或執(zhí)行器選擇不同的命令編程調試。一只只小神獸從學生手中誕生，活靈活現(xiàn)，充分彰顯了學生利用自身所學進行創(chuàng)新、創(chuàng)造的能力。

（四）采用多元評價，促進學生良性發(fā)展

教師可以根據課程主題和活動方式，采用學生評價與教師評價相結合、過程性評價和結果評價相結合的多元評價方式。小組間的相互評可以幫助學生了解其他組的學習進度和狀況，有利于學生尋找他人的優(yōu)點來促進自身的發(fā)展。教師評價可以幫助學生更直觀地發(fā)現(xiàn)學習過程中存在的問題，指導學生作品的完善和改進。過程性評價包括學生在課堂上的分工情況和表現(xiàn)情況，可以橫向、縱向對比學生的表現(xiàn)。結果性評價是對小組最終作品的完成情況進行評價。

在課堂中，筆者設計了小組評價表，進行組間的積分記錄，充分激活小組間的競爭力，活躍課堂氣氛。設計了組內記錄表對小組成員活動的情況進行記錄，明確小組內的分工合作情況，加強小組有效合作。筆者還采用班級優(yōu)化大師對學生進行電子評價，及時記錄全班學生的情況。通過多元評價方式，教師對獲勝小組和班級優(yōu)秀個人進行獎勵，對未獲勝的小組和學生進行鼓勵，使班級內部形成良性的競爭，有助于學生后續(xù)學習中的拼搏精神和反思能力的培養(yǎng)，有助于學生健全人格的培養(yǎng)。

總而言之，在中小學開展人工智能教育順應了時代發(fā)展的需求。正處于試點階段的小學和初中人工智能教育，需要教師投入更多的熱情深入開發(fā)教材、挖掘教材、提煉人工智能核心知識，結合學生認知特點和水平，通過恰當有效的教學策略，讓學生體驗感受人工智能的強大功能，體會人工智能的魅力，不斷提升學生的綜合能力和信息技術核心素養(yǎng)。