構建從體驗、思維到實踐的人工智能梯度課程

人工智能教育正在成為信息技術（科技）課程的重要內容，如何靈活地利用體驗、問題解決等多種教學策略與項目學習進行優勢互補，讓AI課程教學更有思維也更有深度？本期解碼，讓我們從課程建設與教學策略上探索更多中小學人工智能教育深度學習的課程設計與實施。

摘要：當前，人工智能教育在中小學正逐步開展，其內容設置多注重AI技術感受體驗、AI編程應用及跨學科學習等。因此，如何針對不同的學習層次，根據側重的知識，在認知過程中采取相應的教學策略，構建有梯度的人工智能課程，成為教師重點思考的問題。為此，作者梳理構建了“體驗課程”“思維課程”與“實踐課程”的人工智能教育梯度課程，并相對應地采用“體驗式教學”“基于問題解決式思維教學”和“基于實踐式項目學習”的教學策略，開展課程設計與課程教學實踐，形成了有效的課程實踐模式，發展了學生的信息意識、計算思維、跨學科思維等核心素養，提升了學生科學探究、解決問題的關鍵能力。

關鍵詞：體驗；思維；實踐；人工智能；梯度課程

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）11-0025-04

隨著中小學人工智能教育的逐步開展，如何針對不同學習層次采取相應的教學策略，構建有梯度的課程成為教師關注的重點。為此，筆者綜合人工智能教育的文獻研究，結合人工智能課程的教育目標、內容以及不同學習階段的認知特點，基于布盧姆認知領域教育目標分類學提出的認知過程維度，探索構建了人工智能梯度課程體系（如圖1），旨在通過構建實施體驗課程、思維課程和實踐課程，逐步培養學生的AI素養，發展學生的信息意識、數字化學習與創新、計算思維等核心素養。

三種課程實施相對應的三種教學策略

第一，體驗課程側重事實性、概念性、程序性知識的記憶、理解以及初步應用等認知過程，涉及體驗AI智能產品，了解AI的概念，認識、理解AI技術、原理與執行過程，嘗試應用AI的知識描述生活中的現象等，適宜采用案例體驗式教學，并配合學生分享交流展開教學，以發展學生的AI興趣與信息素養。

第二，思維課程注重概念性知識、程序性知識的遷移和應用，并涉及針對不同情境問題、范例作品，分析、選擇、評價相應的AI技術與算法，應用AI知識與方法解決問題，創作數字化作品，同時也需要掌握更多的元認知知識。可基于問題解決的策略開展范例教學，以發展學生的計算思維核心素養與解決問題的關鍵能力。

第三，實踐課程更注重知識的分析、應用、評價與創造，引導學生根據情境需求，分析綜合評價應用所涉及的智能硬件、編程方法以及所學習的AI知識、技術與方法，創作AI實體作品，解決真實問題。因此，實踐課程可采取項目學習的策略開展跨學科分科教學，以深化學生計算思維、跨學科思維與創新精神的培養。

基于上述分析，針對“體驗課程、思維課程、實踐課程”三個層次的人工智能課程，筆者分別對應采用“體驗式”“問題解決”和“項目學習”的教學策略開展有效教學，以實現學生的深度學習。

三種課程及教學策略的實踐

1.體驗課程

（1）“體驗式”課程與教學策略架構

在信息科技教學過程中，教師應關注兒童經驗、學習邏輯與認知發展，遵循學習過程中的素養導向、學習歷程的循序漸進。在課程設計上不過分追求知識體系的系統性，而應對學生學習的興趣、體驗與獲得感給予重點關注和正確引導。[1]為此，筆者構建了針對學生AI體驗，體現以學生為本的“體驗式”課程，并圍繞體驗式教學的“體驗”“分享”的核心理念，梳理架構體驗式課程教學策略的實施流程，具體如圖2所示。

（2）教學實踐

按照體驗式教學的教學模式與流程，針對四年級的學生，筆者開展了《機器也能“認識”你——有趣的智能語音》的教學實踐，主要教學流程如下。

①創設情境，初步體驗。課前帶領學生上臺體驗AI音響的功能，即語音識別、對話、控制播放音樂等。創設真實的情境，引出主題，帶領學生初步體驗生活中常見的智能音響，激發學生學習AI的興趣。

②師生互動，交流分享。教師提出問題：“還有哪些語音設備？又有哪些不一樣的功能？”學生小組討論回答：“語音遙控器、汽車上的理想同學、手機上的小藝等，它們具有語音識別、語音對話、語音控制等功能。”通過師生的互動交流，提煉出智能語音技術的關鍵技術，即語音識別、語音合成。

③深度體驗，感受理解。“什么是語音識別呢？讓我們一起來體驗。”教師提出第一個體驗活動：基于平板或筆記本電腦智慧教學環境，借助AI開放平臺網站，開展語音識別體驗，引導學生交流分享“AI平臺是否可以正確識別？”，同時引出關鍵問題：“AI語音識別的原理和流程是什么？”帶著問題，學生觀看AI智能語音微視頻及本課的知識拓展，師生互動、總結AI語音識別的執行過程，即語音輸入、云處理、輸出文字。“與機器人對話，除了語音識別，還需要什么？什么是語音合成呢？”教師引出第二個體驗活動：選擇喜歡的語音合成類型，輸入文字、合成語音。學生通過交流分享總結語音合成的執行過程，即文字輸入、云處理、語音輸出。

④分享評價。在體驗活動結束后，教師提出問題：“人機是如何進行對話的？”學生交流、互動（分析AI技術的原理、過程及應用），并開展課程評價。通過分享評價幫助學生理解應用AI知識，發展學生的AI素養與信息意識。

⑤總結反思。師生互動、總結，同時引出新問題：“與你打電話的人一定是真人嗎？”教師通過拓展AI技術體驗的場景，引導學生反思AI技術的安全性等相關內容，發展學生的信息社會責任。

2.思維課程

（1）基于問題解決的“思維式”課程與教學策略架構

基于問題解決的教學理念是指以現實問題的解決作為教學活動開展的主線，通過設置系統、復雜的現實問題情境，讓學生在復雜的問題解決過程中習得知識、技能，在此基礎上實現學生高階思維能力的培養。[2]為此，筆者針對學生的綜合分析，靈活應用AI知識、技術與編程，創作數字化作品的思維課程（課程實施主要采用基于問題解決的教學策略），圍繞基于問題解決的“提出問題、分析分解問題、逐步解決問題、總結問題”的核心理念，架構了基于問題解決的課程與教學策略，如上頁圖3所示。

（2）教學實踐

按照問題解決的教學模式與流程，針對六年級的學生，筆者開展了《笑臉抓拍——有趣的人臉識別》的教學實踐，主要教學流程如下。

①創設情境，激趣導入。教師從學校笑臉墻入手，創設情境：“為記錄校園的最美瞬間，請同學們上臺拍笑臉照片。”這時學生會發現，手機并沒有按下快門，卻已經拍下微笑瞬間。教師展示學生微笑的照片，并引出情境問題：“為什么相機知道我們的微笑瞬間并拍照呢？這背后又有怎樣的AI技術呢？”通過真實的生活情境創設問題，激發學生的興趣與思考。

②頭腦風暴，范例分析。教師提出問題：“人臉識別的原理與步驟是什么？”引導學生思考、討論關鍵問題。接著通過微視頻的學習，引導學生初步感知AI人臉識別的過程，并結合課前的范例作品，逐步分析笑臉抓拍系統的一般過程，從而培養學生分析問題、分解問題的能力。

③算法設計，自主實踐，逐步解決問題。教師引導學生參考微笑抓拍的過程，探索任務1：開啟攝像頭，人臉識別。師生互動，探索視頻偵測與baiduAI人臉識別模塊：視頻開啟，人臉檢測（識別人臉的顏值、年齡、情緒等）。教師提問：“如何編程實現笑臉抓拍呢？”引出任務2：笑臉抓拍。這個任務是本節課的重難點，首先學生通過微課學習，初步理解本課的學習內容。其次，通過師生互動，找出第二個關鍵點：微笑率。再次，學生參考學習文檔，實踐任務2：編程實現笑臉抓拍（如上頁圖4）。最后，教師創設新情境，引出任務3：為學校設計一個智能笑臉抓拍系統，并增加對話、語音提示等AI語音功能，讓作品更生動，對用戶更友善。學生實踐任務3，并完善作品。

④交流分享。學生上臺展示作品并進行自評與他評。

⑤總結延伸。教師互動，總結本節課所學，同時引出新問題：“人臉識別還有哪些用途？”引導學生更好地認識人工智能，幫助學生樹立信息社會責任，培養正確的價值觀。

3.實踐課程

（1）項目學習式實踐課程與教學策略架構

圍繞項目學習的核心理念與過程，筆者架構了跨學科的項目學習的教學模式與流程，如上頁圖5所示。

（2）教學實踐

按照項目學習的教學模式與流程，針對六年級的學生，筆者開展了《智能防疫安全門》的教學實踐。課例包括防疫安全門的設計、制作、編程、優化、美化、展示，涵蓋了科學、工程、信息技術、數學、美術、語文等多個學科的內容，取得了不錯的成效。[3]

人工智能教育課程中實施對應三種教學策略的思考

針對體驗課程、思維課程與實踐課程的人工智能教育梯度課程中的不同學習層次與認知過程，筆者對應采用“體驗式教學”“基于問題解決的思維式教學”和“基于實踐課程項目教學”三種教學策略，并開展了課程教學實踐嘗試，幫助學生開展高效深度學習，滿足學生從AI體驗感受到融合創作的學習需求，切實培養了學生的信息意識、計算思維、跨學科思維等核心素養，提升了學生科學探究、解決問題等能力及創新精神。

參考文獻：

[1]為未來社會培養具有數字素養與技能的人才——義務教育信息科技課程標準（2022年版）解讀[J].基礎教育課程，2022（10）：67-73.

[2]王國華，聶勝欣，袁夢霞，等.使用問題解決法促進批判性思維發展的研究——基于交互文本的分析[J].電化教育研究，2016，37（05）：66-73．

[3]黃浩婷，許明偉.STEAM理念下小學人工智能綜合課程的設計與實踐——以“防疫安全門”項目式教學為例[J].中小學信息技術教育，2022（10）：77-78.

本文系廣東省中山市教育科研2022年度青年課題“智慧教育環境下基于能力點的小學信息技術教學模式研究”（項目編號：C2022172）的研究成果。