在人工智能教學中培養學生的創造力

創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力，也是中華民族引以為榮的稟賦。創新依賴于實干，實干展現著創新。創造力的培養與提升離不開實踐，特別是基于真實情境的實踐。創新人才培養不獨指對少數天才學生的培養，更指培養每個學生具有創新思維、創造精神的教育實踐，營造創新創造的氛圍，對創新抱有積極肯定的態度。基礎教育階段是學生創新素質發展的關鍵期，人工智能的合理應用對學生創造力培養有積極推動作用。為培養學生創造力，筆者研讀文獻并結合校情、學情，以六年級人工智能單元為例，借助智能機械臂增加教學資源，科學設置情境，采取“四趣”策略引導學生實踐，在數字化教學中滲透創新意識，以期總結出具有普適性的創造力培養策略。

一、創造力培養的現狀與分析

（一）創新意識較弱

筆者查閱文獻資料并進行問卷調查，發現大部分六年級學生的創新意識不強，對于科技自主可控創新和原始創新的重要性知之甚少。殊不知，原始創新對國家可持續發展、對國力增強都相當重要。

（二）行動力不強

六年級學生既保有小學生的天真，又有類似初中生的半成熟。對于發現的問題，時而夸夸其談但不知如何下手，時而閉口不語悶頭生氣。殊不知，長期保持這樣的行為習慣會導致創造力退化。

（三）問題應對無序

絕大多數六年級學生能發現問題，在教師引導下也能準確描述問題，但在解決問題的過程中容易鉆死胡同，多次嘗試后便宣告失敗。殊不知，發現和解決問題，并不是緊挨著的兩點，而是道路的兩端，需要采取有效的策略才能破解。

對此，筆者經過調查與分析，發現在人工智能教學中，很多學生只能靠聯想作出反饋，缺乏基于真實情境的實踐。筆者對部分學生進行調查，對部分教師進行訪談，發現不少教師在培養學生創造力方面缺少有效的策略指導。

為此，筆者將以智能機械臂為載體，拓寬教學渠道、充實教學資源，旨在通過真實情境下的實踐，激發學生的創新潛能。同時，在該教學過程中探索六年級學生創造力培養策略。

二、數字素養視角下創造力培養的目標與框架設計

創造力是智能時代必備的競爭力之一，更是數字素養的要求。在理論框架構建上，筆者細致地規劃了創造力培養的路徑，強調了細化目標和打磨框架的重要性。

（一）細化創新目標，觀測學生創造力

筆者將創造力目標具體化為喜歡思考、勇于嘗試、融會貫通、保持動力四個維度，并在每個維度下列舉了具體行為指標（見表1），為評估和提升學生的創造力提供了清晰的指引。

（二）打磨研究框架，培養學生創造力

為研究如何培養學生創造力，筆者經過反復打磨，確定了目前最符合自身學校實際的創造力培養策略，研究內容與框架如圖1所示。

筆者以“趣”為核心，在四個不同的階段分別衍生出存在遞進關系的“探”“激”“思”“增”。這四個階段相互關聯、層層遞進，形成了一個完整的創造力培養體系。

三、應用“四趣”策略和數字技術培養學生創造力

以“數字咖啡屋”實踐活動為例，筆者以“趣”為核心，組織“探趣”“激趣”“思趣”“增趣”活動，引導學生深入實踐。

（一）探趣：虛實結合跨學科學習點燃學生好奇心與興趣

在探趣階段，筆者利用數字化教學資源，如騰訊文檔協作平臺、虛擬實驗室等，激發學生對創造活動的好奇心與興趣，引導學生參與虛擬世界的探索活動，鼓勵他們跨學科借鑒和創新性思考，從而發現并提出新的想法和解決方案。

1.參考其他學科——借鑒思維

在探趣階段，筆者鼓勵學生了解更多的科技前沿，如科技領域最新研究成果，如何利用人工智能技術優化客戶體驗。同時，鼓勵學生跳出傳統的思維框架，借鑒其他學科的知識和方法來開闊設計思路。例如，在“數字咖啡屋”的設計中，學生不僅利用了美術和編程的知識，而且積極借鑒了數學、物理等其他學科知識。

2.培育這顆種子——創新思維

筆者借助故事、實例，激發學生對創建一個與眾不同且具有前瞻性的“數字咖啡屋”的熱情。筆者鼓勵學生從顧客的角度出發，思考如何設計一個既實用又有趣的“數字咖啡屋”，引導學生想象如果“數字咖啡屋”能夠“說話”，它會如何與客人互動。

3.播撒這些種子——發散思維

在探趣階段的最后一步，筆者鼓勵學生開展頭腦風暴，盡可能多地設想各種可能的應用場景和功能特性，如利用虛擬現實技術讓顧客在家“游覽”咖啡館并預訂飲品等。這個過程中，學生不僅可以了解同伴的思路和方法，而且可以發掘潛在的創新點子。這樣，學生發散思維不僅讓他們看到了問題的多個方面和多種解決方案，而且學會了如何從不同的角度看待問題并提出創新性解決方案。

（二）激趣：從平面設計到三維數字建模激發學生創新實踐熱情

激趣是創造力培養的關鍵一環，旨在通過一系列活動和實踐，激發學生的創新熱情和實踐動力。此階段，筆者引導學生使用設計軟件進行方案設計，讓他們利用四年級時學習使用的3D建模軟件Paracraft，將創意以數字化形式呈現。

1.調查研究——尋找科學依據

在激趣階段之初，筆者引導學生進行市場調研和用戶需求分析。學生參與問卷調查，訪談行業專家，實地考察，深入了解了當前咖啡市場的現狀和用戶需求，以及組成要素、設備和關鍵技術等。學生參與調查活動不僅對咖啡行業有了更深刻的認識，而且為后續設計提供了科學依據。

2.方案設計——融合創意制圖

基于前期研究，學生對已有信息、材料等進行重組，提出解決方案，從而為產品設計做好準備。此階段，筆者鼓勵學生充分發揮自己的創意和想象力，將心中的“數字咖啡屋”借助圖紙呈現出來。學生運用繪圖軟件繪制了“數字咖啡屋”的平面圖、立體圖等，將自己的創意可視化。同時，筆者組織學生召開創意分享會，讓他們互相交流設計理念和創意點子，進一步激發創新思維。

3.創新實踐——實現創意造物

學生設計完方案后，進入創新實踐階段。為了實現無接觸取餐，學生借助機械臂實現自動識別和精準抓取功能。在這一過程中，學生學會了如何運用新技術和工具進行創新實踐，同時他們創新思維得以直接驗證和升華。

（三）思趣：利用數據分析工具支持學生深度思考

在思趣階段，創造力培養的核心在于教師引導學生反思、實驗、互動以深化他們對創新概念的理解，并在深度反思和創意碰撞中進一步拓展和完善創意和想法。在這個階段，筆者引入了數據分析工具，讓學生分析測試數據，如用戶滿意度、機械臂抓取成功率等，幫助學生科學評估項目成果。同時，建立數字化反饋系統，讓學生在項目完成后，通過在線平臺提交作品，接收多方評價與建議，實現快速迭代優化。

1.體驗測試——承擔錯誤

體驗測試是“數字咖啡屋”實踐活動思趣階段的關鍵環節。學生通過實際操作來檢驗產品可行性和實用性。在這一過程中，學生不可避免地遇到各種問題，如系統的用戶體驗不佳、技術實現難度超出預期等。承擔錯誤是通往成功的必經之路，學生只有勇敢地承擔，并努力尋找解決問題的方法，才能完善作品。也只有這樣學生才能增強責任感，提高解決問題的能力。

2.分享交流——接受批評

分享交流是思趣階段的另一個重要環節。此環節，學生將自己的作品和想法展示給其他同學，并接受他們的評價和建議，將更全面的想法填寫在結構化反饋（PDQ）表中。通過分享交流，學生汲取了新的靈感，在傾聽他人意見的同時，虛心接受批評。這有助于學生更加客觀地看待自己的作品和想法，從而不斷完善和提升自己。

（四）增趣：技術與思維升級為學生創新增加動力

在增趣階段，筆者加入在線社區，讓學生在更廣闊的平臺上分享成果和創新想法，以持續激發創新熱情。同時，利用數字化項目管理工具Teambition跟蹤團隊項目活動進展，并引導他們思考如何將AI技術與咖啡文化結合以提供更具創新性的產品和服務，鼓勵他們通過在線協作和資源共享來維持和發展他們的創新項目。

1.持續研究——激發內在動機

開完作品發布會不代表結束，而是開始。學生深切體會到，在人工智能時代，產品的更新有多迅猛。每個項目都是可以不斷深化和擴展的研究課題。例如，學生覺得制作好的咖啡可以改用傳送帶自主派發。為實現新的創意，學生就要注意傳送帶的速度和時間，將分揀和智能小車的通信模塊在使用前進行配對。

2.發展觀點——延遲滿足

筆者引導學生從已參與的活動中發展自己的觀點。例如，在筆者引導下，學生發現該項目的成果可以遷移到垃圾智能分類系統、智能物流系統、智能售貨機等。智能物流系統包括貨物上料、識別分揀卸貨和貨物打包配送三個任務，針對其中第一、第二個任務就可以有效遷移與拓展。

3.游戲精神——保持不竭動力

在“數字咖啡屋”實踐活動中，筆者設計了一些富有競爭性或協同性的任務。例如，小組之間比拼誰的“數字咖啡屋”設計方案更受歡迎。筆者通過設置評價系統，讓每項技術創新都能對應一定的積分獎勵，以此激發學生的積極性和團隊協作精神。同時，也鼓勵學生在游戲中找到樂趣，將挑戰視為進步的動力，始終保持對創新工作的熱情，持續投入。

四、智能時代創造力培養的實效與經驗

筆者采取“四趣”策略并應用人工智能等技術開展數字化教學，提高了學生的創造力。數字化教學不僅為學生提供了更多的學習資源和創新空間，而且有助于激發學生的創新興趣和動力。近三年，筆者所在學校積極組織學生參加校外活動，獲得不少獎項：全國性創新創造競賽累計獲獎2人次，省級獲獎17人次，其中，參與全國中小學信息技術創新與實踐大賽獲一等獎，參與浙江省機器人挑戰賽獲小學組二等獎等。學生不僅在合作意識、獨立思考、跨學科融合等方面取得了長足進步，而且在自我驅動學習、創新思維和持之以恒的精神面貌上有積極而顯著的變化。

（一）自主探究，創設主題

六年級學生已有合作意識，具備獨立思考能力，同時又追求個性化。學生在一定程度上可以自主建隊，創設主題，研究創造。一學年內，學生將課內所學進行遷移應用，不斷輻射，課外則自主開發更多有趣的作品。學生共同設計并研究過的主題活動累計32項。

（二）喜歡思考，留有痕跡

學生是好動的，尤其是遇到好玩的實踐操作，這是他們的優勢。但是，如果僅僅停留在操作層面，容易“玩物喪志”。除了產品發布會，教師還要利用各種圖文材料（工具），讓學生那有趣的靈魂留下痕跡，如項目操作手冊、KWL表、階段分析表、行為觀察清單等。

（三）融會貫通，保持動力

在玩轉人工智能時，學生借助機械臂及其配套的末端工具，有效模擬人手的操作。例如，對于表面光滑的物品，學生會使用吸盤，利用大氣壓強使真空吸盤和物體吸附在一起，再通過編程，將物品從起始點移到目的地。對于表面不規則的物品，學生會使用柔性手爪，模擬人類手指并利用摩擦原理，將物體抓取到合適的位置釋放。為了使活動更豐富、更精彩，學生還會自制道具。例如，學生利用“機械臂+柔性手爪+DIY獎品包裝”自制抓獎品機。筆者編寫項目操作手冊，采用“四趣”策略開展教學有條不紊完成了產品的制作，并“兜售”給其他學科教師使用。

（四）傾向測量，特質明顯

學生有趣的靈魂還體現在項目活動外，分析“威廉斯創造力傾向測量表”后發現：學生的好奇心這個特質在研究前后一直保持高分，這是很寶貴的資源，需要努力保護；冒險性、挑戰性是研究前后差距最大的特質，說明學生參與實踐活動更趨于冒險、勇于挑戰未知，遇到挫折與批評更有韌性，這也說明他們更加信任同伴、更加信任自己；想象力的豐富度還有待改善，這給后續教學研究指明了方向。

筆者分析各組四位成員的個人雷達圖發現，組長的變化是最明顯的。雖然一開始，組長表現并不突出，但是每個階段他都會有明顯提升，這在一定程度上說明，責任與擔當在創造力提升過程中占有一定的地位。小組其他成員雖有提升，但是每個階段的測試結果存在疊加現象，在完成3個項目后呈現出停滯不前的狀態，甚至有成員出現回落現象，這在一定程度上說明，項目過程中學生比較團結，能夠專注于項目活動，但是一旦結束似乎就停止了，延續性、驅動力、自主性還有待加強。

人工智能時代，培養學生的創造力是一項緊迫而重要的任務。筆者愿意和同仁一道繼續深化“四趣”策略的研究與實踐，探索更多有效的創造力培養方法，為培養新時代的創新人才貢獻力量。

（作者周嬌蓉系浙江省杭州市安吉路教育集團新天地實驗學校教師；王盛之系浙江省杭州市安吉路教育集團校長、正高級教師、特級教師）

責任編輯：祝元志