“雙減”背景下的人工智能實驗教學改革助力學生創新能力的培養

李惠燕

前言

（一）“雙減”政策的目的和意義

2021年7月24日，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于進一步減輕義務教育階段學生作業負擔和校外培訓負擔的意見》?！半p減”政策對以下的規定非常明確：一是要減輕學生于義務教育階段中的過重的學業負擔;二是減輕家長在校外培訓的負擔，“雙減”是“培養學生成為對社會有用的人、教育領域培養學生的方式方法、為國家輸送多樣化人才”的最好的方式方法，也是針對家長負擔重，社會功利性強、學生唯分數至上等當今教育存在的問題最有力的一擊?！半p減”，實質上“減”的是對教育的急功近利之心！“雙減”政策的意義在于，讓學校教育回歸本位，構建良好的教育生態。學生們可以在學校上課時段學到課本的知識，在課余時間可以學到課外的知識。學校的課余時間能提供豐富多彩的服務內容，學生可以有更多機會發展德、體、美、勞等綜合能力，從而達到開拓學生視野、增長學生見識、培養獨立思考能力、提高動手實踐能力的目的，促進學生全面健康地成長。

（二）“雙減”政策助推STEAM教育邁入新時代

“雙減”政策提出的要求是“學校要運用校本資源，于課余實施各種課后育人活動，在校內滿足學生多樣化學習需求”。STEAM教育作為一種新型的教育方式，在“雙減”政策的助推下，能更有效地助力實驗教學改革。隨著技術的不斷更新，新型智能技術已經滲入教育領域。以人工智能為引領，以STEAM教育為抓手，以跨學科的Stema融合為基本理念，根據學生的學情，設計適合學生身心發展規律的教學活動，讓學生在學習活動中探究，有助于學生創新能力的提升，滿足學生個性化發展的需求，符合社會建設對創新人才的需要。

（三）項目式學習契合“雙減”政策

在“雙減”政策的推動下，項目式學習成為我國教育領域的熱點。項目學習是從學生成長所積累的知識經驗出發，在真實的生活情景中，建構新的知識。項目學習對于發現問題、分析問題、解決問題的能力的培養是放在首位，因此教學中更體現出實踐性和操作性。實驗教學也具有很強的實踐性、操作性，教師在實驗課程中引入項目式學習的教學模式可以在很大程度上促進學生知識的掌握，提升學生的核心素養，培養創新能力。

一、基于STEAM 教育理念實施項目式學習模式構建

項目式學習以多個研究問題為目標層層鋪開，研究的過程使用 STEAM教育方式，能將各學科知識有效融合，可以實現優勢互補。

（一）基于 STEAM 教育方式下的項目式學習模式實現優勢互補

項目式學習的內容是源于現實世界的真實內容， STEAM教育是追求現實世界中的真實答案。因此，在項目學習過程中，每一個步驟都必須嚴謹細致，才能得出真實結果。在階段性評價方面，過程性評價和結果性評價在下一階段的學習都有極大的幫助和參考作用。因此在評估項目式學習時，要善于發現問題、分析問題，通過多種渠道得出解決問題的方法，以此體現出項目式學習的社會性價值。其顯現出互補的優勢：

（1）基于 STEAM 教育方式下的項目式學習模式培養學生逐步形成適應高科技社會發展中必備的學習能力。

（2）基于 STEAM 教育方式下的項目式學習模式讓學生在不同層次的學習內容中靈活應對。

（3）每個學生都有其自身的特點，因此個體知識建構的方式是不同的，學生在探究真實世界中采取的學習方法也不同， STEAM 教育方式下的項目式學習能幫助學生在實踐中綜合運用知識，這就達到了培養學生的跨學科能力。

（二）掌控板與物聯實驗室+ STEAM 教育方式下的項目式學習——以“智能外語學習機”項目設計與開發為例

隨著“人工智能+教育”的發展，初中學生的計算思維能力的培養受到了教育界的重視?；诖?，特設計了基于人工智能的STEM課程案例。本研究以培養學生的計算思維為目標，運用已有的人工智能教學資源，以“智能外語學習機的制作”項目設計與開發為例，為培養學生的邏輯計算思維提供參考。

本案例的主要特點是在教學過程中培養學生自主探究、合作學習、勇于質疑，小組協作解決問題等能力。在教學中，先開展入門基礎課程“人工智能概述”，教授學生“圖像識別技術”和“語音輸入技術”，探索人工智能機器人的基本工作原理。在此基礎上，再開展應用實操課程“外語學習機的制作”，放手讓學生自主學習App Inventor編程軟件，通過小組探究問題、合作解決問題、個人探索操作，悟出“智能外語學習機”制作的基本原理，從而制作出成品。學習過程的評價，有助于探求學生更好的學習方法和改進教師的教學方式。教學成果展示，目的是振奮士氣，證明本項目研究是成功的。教學成果匯報，目的是增強學生的自信心和接納他人長處的優秀品德。最后開展本項目研究的拓展活動，目的是發展學生的思維水平，提升學生的智慧能力。

“智能外語學習機的制作”項目設計與開發的案例是集科學、技術、工程、藝術、數學多學科融合的STEAM綜合性研究，STEAM代表科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），藝術（Arts ），數學（Mathematics），本項目研究是將上述五門學科內容有機融合而成。圍繞“智能外語學習機的制作”主題，從S、T、E、A、M不同的角度列出要研究解決的關鍵性問題。

（三）虛擬實驗室+創新能力培養——以“項目教學視域下學科融合探究活動的教學設計研究與實踐《奇思妙想造紙橋》”為例

在本案例開展前，學生進入虛擬實驗室學習力的知識，通過虛擬實驗，探索出力是一個物體對另一個物體的作用;掌握物體間力的作用是相互的;了解力可以使物體發生形變，也可以使物體的運動狀態發生改變。虛擬實驗有助學生從無形的力建立起具體而直觀的認識，促進對實驗原理的理解，內化實驗內容。

通過虛擬實驗完成理論知識的學習后，學生從虛擬實驗室走進真實操作的課堂， 通過猜想——實踐——總結，探究紙橋的承重與結構形狀的關系，掌握結構與強度的概念，知道影響結構強度的主要因素，提升學生動手能力，培養積極地解決問題的科學精神。

二、結語

《關于進一步減輕義務教育階段學生作業負擔和校外培訓負擔的意見》提出：“落實立德樹人根本任務，著眼建設高質量教育體系，強化學校教育主陣地作用，構建教育良好生態，促進學生全面發展、健康成長”。“雙減”政策的實施，能優化學生的成長環境，學生通過學習、掌握基礎知識，通過參與實踐探究活動，促進學生身心的發展。在“雙減”背景下，開展人工智能實驗教學改革，助力學生創新能力的培養。