基于“問題驅動”的小學人工智能教育實踐探究

謝慶琰

摘要：教學質量的提高取決于有效的教學過程，教學過程的關鍵在于有效的教學方法。為改善以教師講授為主的傳統教學方法，現探究加入“問題驅動”的信息技術與人工智能課堂，通過驅動性“問題”的設計與提出，激發學生思考，讓不同層次的學生都可以參與到問題解決中來，提升學生的積極性，增進課堂教學的有效性。

關鍵詞：問題驅動;人工智能教育;教學方法

著名是科學方法論學者源波普爾認為：“正是問題激發我們去學習，去發展知識，去實踐，去觀察。”問題在教學改革發展中有著至關重要的地位，通過問題可以激發學生的求知欲，啟發學生已學知識，對問題進行深入思考和研究，調動學生積極性強化教學課堂的師生互動，從而提升教學質量問題。

一、教育理論分析

（一）建構主義學習理論

建構主義學習理論認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學生在一定的情境下，借助于他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構方式獲得的。建構既是對新知識意義的建構，同時又包含對原有經驗的改造和重組。該理論啟示我們，基于“問題驅動”的教學，讓學生在解決基于真實情境的現實問題的強烈驅動下，主動地、合作地完成學習任務，是一種十分有效的意義建構學習途徑。教師應通過設計有效的教學活動，引導學生在自主探究、協作交流中制作出可展示的作品。

（二）實用主義教育理論

實用主義教育理論即杜威的“從做中學”思想，即把獲取主觀經驗作為確定教材、教法和教學過程的基本原則。該理論對基于“問題驅動”的教學設計具有一定指導意義，“問題”是做的核心，教學的設計要與學生實際經驗相關，引導學生在參加各種活動時，提出問題，并解決問題。杜威在“做中學”不僅非常強調學生的中心地位和主體關系，還非常重視教育過程中師生之間的合作關系，教師應做好“教”與“學”兩者的協調工作，在學生充分發揮自主性的同時，仍要發揮教師的主導作用，共同參與學生的活動。

二、教學設計前提——學情為本

我校在區域大力推廣人工智能普及性課程的實施要求下，針對4年級開展了每周一次的常規教學課程。四年級學生在經過一年的信息技術課程學習后，對計算機的基礎操作能力明顯提升，他們興趣濃厚，好奇心強，但對于人工智能課程的內容還較為陌生。學生雖具備一定的動手實踐能力，但缺乏與實際生活相結合的經驗和應用，人工智能課程的開展恰好為學生提供了發展的平臺和契機。

小學階段人工智能教育的重點為“初感知”，我校結合學生認知發展特點，在人工智能課程的實踐上整合了信息技術與科學的相關知識，以圖形化編程scratch為主，通過模塊搭建、編寫模擬語音助手的“人機對話”程序等強化了學生的動手實踐能力，同時又對原有的信息技術課程內容進行鞏固和深化，讓學生進一步了解人工智能的功能，發展“計算思維”能力，為更好地培養學生信息化能力，提升學生信息素養搭建了橋梁。

三、教學設計原則

驅動教學法即基于問題的教學方法，簡稱PBL。問題設計是PBL教學法的基礎，也是教學設計中的關鍵。一般地說，問題設計應遵循以下幾個原則：

1.目標明確。問題設計必須緊扣教學目標，要求教師把握課標內涵，深挖教材，吃透要點，精心設計。

2.由淺入深。問題設計應有啟發性、層次性，應給學生清晰的邏輯感，由易到難，做到循序漸進，以增強學生自信，促使積極思考。

3.難度適當。問題設計應結合實際，遵循學生認知規律，要有難度、有梯度，同時要具備培養信息素養、思維邏輯等價值。

4.全員參與。問題設計應注重調動學生積極性，同時盡量做到讓每一個學生產生思維上的交互，力爭人人都能參與、人人都可表現、人人都有收獲。

四、教學實施策略

1.提問激趣

提問應貼近生活，結合時事，以實例入手，切記“假、大、空”，為學生創設合理的情景，使學習在與本次教學目標一致的情景中發生。

2.頭腦風暴

此環節采用小組討論的形式開展，課堂一般會呈現百花爭艷的場景，學生各抒己見，發言踴躍。例如針對“環境保護”問題，學生思考提出自制再生紙，快遞紙箱循環利用，改善小區照明以節約用電等想法。針對“人口老齡化”問題，學生提出著力于老年人身心健康、出行安全等問題可以制作一款“智能手環”。該環節應盡量給足時間，讓學生充分思考，教師隨時觀察，逐步引導學生理清問題思路，而非急于動手實施。

3.設計實施

活動以小組為單位，各成員間合理分工，協作完成設計和制造。這一環節學生將充分發揮自己的主體作用，大膽去想和設計，同時也考驗學生的溝通能力，要學會如何與組間成員達成共識。教師僅作為學習中的支架參與其中，給予鼓勵，及時幫助。同時教師要主動觀察，善于發現問題，如為共性問題，應詳細記錄，及時指導。

以制作“老年人防走失智能小物件”為例，某小組共5名學生，在實施過程中，他們分工明確：組長A負責統籌安排，組員B和C開展實地走訪，組長D和E進行網絡搜索，他們通過多種形式進行資料收集和前期調研，大家各抒己見，經過反復討論，最后民主地推選出本組設計思路為“智能手環”，同時確定了以心率監測、外出定位、提醒功能、一鍵報警、緊急求助、號碼顯示為主要功能，組內一團和氣。

4.創意制造

此環節是人工智能課程的核心環節，學生需要在已定實施計劃的基礎上，對軟硬件進行結合操作。小學階段，我們主要采用圖形化編程進行學習，結合Arduino UNO開發板及簡易的開源模塊來實現作品的功能。學生在制作“智能手環”的過程中，還選用了掌控板、RGBLED燈、加速度傳感器、OLED顯示屏等材料，有的材料并非在課堂上所認識，而是學生間合作交流、共同嘗試所找到的更合適的解決方案。

5.成果分享

學生在各個階段都需要進行成果的分享、交流及展示，有思想的碰撞、資料的共享、技術的切磋、問題的探討、實物的展示，每一次都是辛勤付出后的狂歡，每一次都會有寶貴經驗的獲取。這個環節，重要而珍貴，不論是對老師還是對學生來說，都是一次成長，學生間相互借鑒，繼續創造。

6.效果評價

問題驅動的教學需要“即時評價”作為支撐，“即時評價”符合新課程倡導的“立足過程，促進發展”的評價原則，“即時評價”更加直接、快捷，因為及時，所以更讓人印象深刻，有助于教師了解學生的個性特點及潛能。具體實施中應同時設立過程性評價及形成性評價，評價標準可以由師生共同制定，評價對象應包含教師評、學生自評及組內互評，同時記錄下學生在整個學習過程中的問題和收獲。

五、結束語

“問題驅動”教學法以問題為主線，把教學內容巧妙地隱含在各個問題之中;以教師為主導，引導學生學會從多角度去思考、發現和尋求解決方法;以學生為主體，實現從頭到尾都是由學生來完成，最終培養了學生的創新意識和動手實踐能力。基于“問題驅動”的課堂更凸顯了人工智能教育的特征，真正激發了課堂活力，啟迪了學生思想，是教學改革道路上永不褪色的催化劑。

參考文獻：

[1]凌秋虹.Scratch在小學信息技術課堂中的應用與實踐[J].中國電化教育.2012（11）：116-121.

[2]馬少軍.在學科教學中實施創客教育的策略[J].教學周刊：2018（01）.

[3]李丹.人工智能課程教學改革探討[J].欽州學院學報，2016，31（10）：64-67.

[4]王輝斌，柴靜.在問題驅動中發展數學學科核心素養——以“函數的單調性”教學設計為例[J].數學教學研究，2020，39（3）：17-21.