多課時項目式學習促進學生計算思維培養

陳紅芳

摘要：人工智能通過計算機數據運算、機器學習，模擬人的大腦思維能力，將計算思維的培養融入人工智能教學中，是培養學生思維的一種新的教學方式。因此，作者緊密聯系生活，借助平臺設計教學，對小學信息技術人工智能教學和計算思維的培養展開了初步探索。

關鍵詞：人工智能;計算思維;課堂教學

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）05-0010-03

在人工智能教育教學過程中，教師除了講授基本理論知識與技能，更為重要的是要深層次地挖掘與培養學生發現問題、分析問題以及解決問題的能力，即學生的計算思維能力。下面，筆者結合自身實踐，談談如何在人工智能教學中對學生的計算思維進行培養。

● 借助各類平臺，展開人工智能教學

1.收集教材案例

小學信息技術教材中關于人工智能的學習運用設置在六年級，并且全部基于硬件設備，而目前大多數學校硬件設備投入的缺失使得教學無法展開。因此，筆者通過各種方式尋找合適的教材與案例，讓學生以體驗為主，感受人工智能的魅力。

2.借助開放平臺

教師可以利用人工智能開放平臺，如百度AI、騰訊AI、訊飛、阿里云等，借助耳麥、攝像頭，為學生創造良好的學習環境，讓其開展人工智能體驗學習。

● 項目設計，培養學生計算思維

1.整體設計，滲透計算思維

在人工智能教學中，教師常會通過一個作品進行技能教學，學生學習完成課堂中的任務，但這種教學模式更多關注到學生的計算機操作能力，而容易忽略對學生計算思維的培養。因此，教師可在一個作品的基礎上，重構課程內容，將其整合成為一個大項目，以項目式學習開展教學。

項目式學習給學生提供解決問題的真實情境與空間，而圍繞真實情境的驅動性問題還會衍生出許多新的問題，學生緊扣項目主題不斷發現問題、分析問題并解決問題，這是一個可持續發展的過程，是將計算思維滲透其中的過程，在整個過程中學生不再是單純地掌握技能，而是從中獲取計算思維的能力，同時也提升整體計算思維素養。

2.人工智能教學，突破計算思維發展

筆者以新冠疫情防控咨詢為切入點，以“小衛智能音箱”為項目主題，展開項目分析、學習語音識別原理與獨立賬戶建立、搭建腳本編寫與調試、項目展示與評價，最后創作出“小衛智能音箱”個性化人機交互作品，共設計了5個課時。

（1）項目分析，計算思維的問題挖掘與分解（第一課時）

師：接種疫苗是防控新冠疫情最有效的手段，但接種疫苗點咨詢的人非常多，有時工作人員不能及時回復每個人。面對這樣的情況，我們可以怎么做呢？（生：要是有個智能回復的機器就好了，可以提高工作效率）那就讓我們一起創建一個小衛智能音箱，及時回復每一位咨詢者的疑惑吧！

在真實的情境下產生學習需求任務，確立“小衛智能音箱”主題，組織學生以4～6人為小組，探討項目功能需求：人機可以對話，且計算機可以根據不同的問題進行智能回答。根據主題研究發現，項目關鍵在于“小衛智能音箱”需要足夠強大的知識儲備，因此，小組內明確分配收集任務：收集新冠疫苗種類等相關知識、設置問卷調查群眾想要咨詢哪些問題、回收整理問題信息與答案、整理采訪醫生的專業回應……在此過程中培養學生發現問題、分析問題，并系統地設計解決方案的能力。

（2）項目啟動，計算思維的解決問題模式（第二課時）

項目啟動之后，教師簡單講述語音識別原理，即計算機把語音轉換成文字的技術，能讓計算機“聽懂人說話”。在學生了解語音識別的概念與原理的基礎上，利用圖形化編程軟件搭建程序作品來呈現解決的問題是較好的模式選擇，鼓勵學生嘗試選擇適合本項目的圖形化編程軟件，結合開放平臺文字、語音識別，體驗讓計算機開口說話、讓計算機聽懂我們的話的過程，最終實現與計算機進行智能對話。

（3）項目實踐，計算思維的知識點抽象（第三、四課時）

在問題充分挖掘分解的基礎上，本項目使用圖形化編程軟件，用程序來描述整個游戲的過程，這也是知識點抽象的過程（如下圖）。學生通過經歷一個個問題的解決，將真實情境中產生的問題抽象化，同時，在利用循環語句、條件語句、偵測語句解決問題的過程中，也提升了解決問題的能力。學生不僅實現了人機智能對話，而且提升了計算思維能力。

（4）項目展評，算法意識提煉抽象（第五課時）

教師要求以小組為單位展示項目作品，讓每個小組都能獲得成就感，同時引導學生提出在本項目基礎理論和實踐中的新問題，再次整理思路，制訂組內項目優化方案，并嘗試解決，這樣能使學生的計算思維不斷得到提升。同時，教師播放視頻——《江蘇圖書館機器人吵架》，對課堂進行總結。

師：今天的我們可以制作這樣的機器人嗎？

生：不能。

師：為什么？

生：它們太智能了，就像人一樣對話。

師：它們怎么做到如此智能呢？

生：需要足夠強大的知識儲備庫。

師：是的，我們需要足夠強大的知識儲備才能讓我們的程序更為智能，這就需要我們在一開始進行數據收集時要收集得更為全面，如可以現場采訪更多的人，也可以通過問卷星進行問卷調查，收集到更多信息，當然，今天的知識不代表明天的知識，我們還需要不斷學習，吸收更多的新知識。

以生活真實情境導入課堂，在課堂結束時再回歸于生活，以兩個機器人吵架的視頻幫助學生回顧本節課，同時引導學生深度思維發生，并依據本項目式學習中形成的算法意識，思考方案的解決與優化，鼓勵學生遷移所學知識技能。

● 思考

筆者以人工智能語音識別為例，以項目式學習為主要學習方式，通過重構課程內容，創設真實情境，給學生提供充足的交流時間，讓學生立足于創作者、開發者的角度，真正投入到研究中，使得學生在項目式學習過程中不只是投入簡單的思維，還對算法進行對比與優化，最終呈現出個性化作品——小衛智能音箱。

在項目式學習過程中，學生在發現問題、分析問題、解決問題的可持續學習中，掌握了計算思維的核心，即程序化的問題解決的四個步驟：分解、模式、抽象、算法。通過項目式學習，學生解決問題的能力真正得到鍛煉，學生不再只是學會了一個新的控件，而是掌握了一項技能并能遷移運用所學技能與知識，提升信息學科核心素養。學生也不再是單純地解決教師提出的一個任務，而是慢慢成為一位真正的問題解決者，并由項目的完成者變為項目的開發者、創造者。

因此，在小學信息技術人工智能教學中，教師一定要明確，學生解決問題的“思想路線”與方法遷移更為重要，在培養學生的計算思維能力過程中，還需潛移默化地培養學生的人工智能素養、信息素養及創新能力。

本文系江蘇省管雪沨網絡名師工作室、江蘇省“十四五”教育規劃課題“小學人工智能教育的項目化學習體系建構和實施策略研究”（編號：D/2021/2/148）階段性成果。

3778501908234