STEAM理念下信息技術課程中的“AI表達”能力培養

在這個高度現代化的社會環境中，人工智能（AI）不僅被眾多領域廣泛應用，而且對教育行業也產生了越來越深遠的正面影響。STEAM教育強調跨學科整合，以跨學科融合視角，整合課程內容，以項目式的綜合主題教學內容，協同發展學生的綜合素養能力，培養學生的創新思維和問題解決能力。本文結合新課程標準的指導思想，聚焦STEAM教育觀念指導下的信息技術課程，提出信息素養能力中的“AI表達”能力培養目標，致力發展學生在人工智能時代面向問題解決的信息化表達能力。

一、STEAM教育理念與AI表達

（一）遵循STEAM理念，開展跨學科主題學習

STEAM教育作為一種跨學科教育模式，核心在于推動科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）的有機融合。其打破了傳統學科的界限，激發了學生的多元思維和創新能力，為他們構建了一個更為廣闊的學習空間。這一理念和《義務教育信息技術課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）提出的“跨學科主題學習”不謀而合。

以“新課標”提出的第三學段跨學科主題“小型模擬系統”教學為例，其分設的跨學科主題是：“游戲博弈中的策略”“解密游戲漢諾塔”“小型開關系統”“小型擴音系統”。教師應立足生活實際場景，遵循STEAM教育理念，綜合運用信息技術、數學、科學、工程等多學科的知識，引導學生認識、分析和解決問題，從而培養學生的計算思維，提高學生的綜合實踐能力。在信息技術課堂教學中，STEAM是一種綜合應用能力，也是貫穿課堂教學的引導線，教師通過設計一個統一的跨學科主題活動，培養學生的科學探究、技術解決問題、工程設計水平、藝術審美和數學邏輯思維等多方面能力，從多學科視角塑造學生的信息素養，在潛移默化中雕琢學生的綜合實踐能力。教師想要在教學中更好地融合STEAM教育理念，就需要不斷提高自身的跨學科主題教學水平，擯棄傳統教學觀念和方式的束縛，設計能夠激發學生學習熱情、增強學生創新能力的多維教學策略，促進學生全面發展。

（二）培養“AI表達”能力，拓展信息技術課堂

“AI表達”能力，即人工智能表達能力，是學生能夠借助人工智能進行信息化表達的能力；是學生將獨特的創新想法和創意變為實際、可見、實用成果的能力；是學生在人工智能時代，面向問題解決的表達能力。在STEAM教育框架下，人工智能表達能力的培養涉及科學、技術、工程、藝術和數學等多學科領域，充分體現了跨界整合與實踐應用的重要性。例如，學生通過學習編程技能，能夠深入理解AI的基本原理，并利用機器學習框架對復雜數據進行深度分析，從而建立預測模型。學生參與AI相關的創新競賽和研發項目，可以進一步提升實際應用能力和創新思維，實現理論知識向解決實際問題能力的轉化。

在培養學生“AI表達”能力的教學實踐中，教師通過設計以AI技術為核心的實踐項目和活動，為學生提供深入理解和應用AI技術的機會和實踐場景。學生通過完成項目，不僅掌握了人工智能的基本理論，還學會了運用所學知識解決各領域的實際問題，如醫療診斷、教育輔助、環保監測等領域，能夠為社會貢獻自己的力量。在信息技術課堂教學中，培養學生的“AI表達”能力和信息素養，是人工智能時代的要求，因此教師應不斷引入人工智能的新主題、新能量、新技術，才能在信息技術課堂教學中開拓一條以素養為導向、具有深遠意義的教學新路徑。

二、從信息技術教材走向“AI表達”

（一）挖掘教材，強化AI理念

閩教版2020年小學信息技術教材在AI理念的強化方面，凸顯了其顯著的特質與教學方法。該教材在三年段引入“人工智能”議題，讓學生初識人工智能原理，為其后續學習奠定了認知基礎；四年級的圖形圖像編輯，要求教師進行教學的創新融合，培養學生的實踐能力；五年級的3Done主題，要求教師在教學中可以結合3DoneAI進行課程開發，這些都為學生“AI表達”能力的培養奠定了堅實基礎。在此基礎上，學生以圖形化編程的算法學習作為主要學習手段，進行語音識別、圖像識別等基礎性的人工智能技術學習，并深入探討這些技術的核心原理及在現實生活中的應用，從而提高了自身的“AI表達”能力。

圖形化編程工具如Scratch，在針對初學者的編程教育中，扮演著重要角色，這些工具通過直觀易懂的界面和模塊化的編程方式，使學生能夠輕松掌握編程的基本概念，并在游戲設計、動畫制作等過程中體驗到人工智能技術的初步應用，編程的過程就是“AI表達”能力提升的過程。教師將語音識別技術與教學內容相結合，可以為學生打造一個個性化且富有互動性的學習環境，從而有效提高教學質量。圖形化編程工具的應用主要表現在個性化教學、智能答疑以及語言學習輔助等方面，讓AI真正能夠助力課堂教學。圖像識別技術作為人工智能的一個分支，在閩教版2020小學信息技術教材中得到了深入剖析和系統整合，讓學生認識到AI在日常生活中的廣泛應用和重要性，激發了學生對人工智能技術的興趣和熱情，這種興趣與熱情構成了驅使學生積極求知與探索的堅實動力，對于培養其創新思維和實踐能力具有重要意義，并為他們未來在人工智能領域的深入學習與職業發展奠定了堅實的基礎。

（二）融創教材，建設AI項目

在信息技術課堂教學中，教師為了確保教學內容能夠緊跟時代發展的步伐，讓課堂和生活接軌，應當積極采取融創教材的策略，將現有的教材與生活實際、人工智能（AI）實踐項目緊密結合，以此構建一個既全面又動態的教學體系。

建設基于課堂實際、培養學生“AI表達”能力的AI教學主題項目，這對教師而言是極大的挑戰，也是課堂發展的可行之道。教師應積極參與具備前瞻性的AI實踐項目，實現人工智能和課堂的有機結合，而不是貿然引入。AI項目涵蓋多個重要分支，如機器學習、深度學習、自然語言處理、圖像識別以及機器人編程等核心領域，為了讓學生深入理解這些核心概念，教師應該采用基于生活情境的項目式學習方法，即基于現實問題，進行模擬建設AI項目。例如，教師可以引導學生利用機器學習算法進行天氣預報、使用自然語言處理技術進行智能語音系統的設計，還可以探索開發具備特定任務執行能力的機器。同時，學校應積極與企業或研究機構協同合作，引入人工智能實踐場景，打造高效人工智能課堂。

三、信息技術課程中的“AI表達”能力培養策略

（一）創設AI情境，促進學生的智能學習

在閩教版2020年小學信息技術教材六年級下冊第二單元人工智能基礎綜合活動3的教學中，教師通過創設名為“智能農場”的教學活動，有效地引導學生深入理解人工智能（AI）技術的內涵與價值，激發他們的學習興趣和探究欲望。

教師向學生介紹了一個虛擬的智能農場，其中包括各種農作物和動物。農場的環境需要通過AI技術進行監測和優化，以確保農作物的生長和動物的健康，這一情境的創設旨在讓學生了解AI技術在農業領域的應用。首先，教師提出問題：“如何利用AI技術來監測農場的土壤濕度？怎樣通過AI技術預測農作物的產量？”這些問題可以激發學生的好奇心和探究欲望，引導他們思考AI技術如何解決實際問題。其次，教師向學生介紹基礎的AI概念，如傳感器技術、數據處理、機器學習等，并解釋這些概念如何應用于農場管理。教師通過創設教學情境讓學生深刻理解AI技術，并在真實的場景中理解知識的應用和生成，激發學生的智能學習。再次，在小組合作環節，教師讓學生分成小組，設計一個簡單的AI系統，用于監測和優化農場的環境。如，一組學生可以設計一個土壤濕度監測系統，另一組學生可以設計一個農作物病害預測系統。學生使用圖形化編程工具（如Scratch或Blockly）或簡單的AI平臺（如Google的AIY項目）來創建他們的AI系統。他們需要搜集數據、設計算法并測試他們的系統，這一實際操作環節是促進學生智能學習的關鍵，讓學生通過親身體驗AI技術的應用過程，提高自身的“AI表達”能力。最后，教師讓每組學生展示他們的AI系統，并討論他們的設計過程和結果，共享學習成果，從而加深對AI技術的理解。

（二）挖掘AI資源，創設實踐場景

教師應為學生創造更多的人工智能實踐場景，讓學生能夠深入理解人工智能，培養學生的“AI表達”能力。教師可以從人機交互體驗入手，精心策劃一系列教學策略，深入挖掘AI資源并創設體驗式實踐場景。如，教師可以創造性地將信息技術課堂和科學課堂有機結合，在信息技術教學中引入“虛擬實驗室”項目，即利用AI技術重現科學實驗和物理現象。學生可以沉浸于實驗環境中親手操作虛擬實驗設備，從而直觀地理解科學知識，這種學習方式鍛煉他們的人機交互能力。教師可以結合某市的“校園創客節”活動，組織AI編程挑戰賽，培養學生利用AI技術解決實際問題的能力和制作人工智能作品的創新能力。教師通過深挖課堂內外的AI資源，打造高效的信息技術課堂，讓人工智能在信息技術課堂遍地開花，讓“AI表達”成為學生的日常學習和生活的一部分，使他們能夠深刻體驗到人機交互的魅力和價值。

例如，在閩教版2020年小學信息技術教材六年級下冊“體驗人機互動”的單元教學中，這一單元的教學目標是讓學生理解人工智能中的人機交互原理，并親身體驗如何通過簡單的輸入設備控制虛擬角色的行為，因此教師可以創設多個實踐場景。首先，教師向學生介紹了人機交互的基本概念，包括輸入設備和輸出設備的作用。同時，在理論學習的基礎上，創設了多樣化的AI場景：“貪吃蛇”比賽，讓學生通過移動鼠標控制屏幕上角色的位置移動，并進行比賽，體驗鼠標控制輸入設備對程序動作的影響；“模擬賽車”比賽，讓學生體驗鍵盤輸入對應不同的命令或動作，如使用方向鍵控制角色移動、使用空格鍵執行跳躍等，并完成一場緊張刺激的賽車比賽，深化學生對人機交互機制的理解；“涵江小超人”活動，引導學生學習如何使用麥克風輸入聲音，并通過聲音的響度來控制屏幕上角色的行為，如大聲喊叫可以使角色做出快速移動或執行特定動作，這種形式的互動不僅增加了課程的趣味性，還讓學生體驗到人工智能在處理自然語言和聲音輸入方面的能力；“AI繩操”比賽，通過攝像頭攝取學生動作，從而控制屏幕角色動作等實踐場景。

教師結合教材內容，創設形式多樣的AI實踐場景，以此豐富課堂教學內容，讓學生通過親自操作人工智能工具，深入理解其基本原理，并認識到人工智能是一種可以應用于解決實際問題的技術。這些教學活動的設計充分考慮到了學生的認知水平和興趣點，通過游戲化的學習方式，既讓學生在實踐中學習了知識和技能，又激發了他們對科技的興趣和探索欲望。

（三）建設“AI表達”課程，提高學生的信息表達能力

在信息技術課堂的“AI表達”課程教學中，教師應以“AI表達”能力培養為導向，從多維視角出發，提高學生的信息化表達能力和解決問題能力。表達，是發現問題的能力，也是解決問題的能力，是思維塑造的過程。教師結合人工智能的思維方式，引導學生應用AI的表達方式去思考、表達、建模和解決問題，這是每一節信息技術課堂應該呈現的教學態勢，旨在培養學生的創新思維和實踐能力。教師以STEAM教育理念為指引，創設項目式跨學科主題教學活動，為學生設計一系列完整的“AI表達”課程，充分激發學生的“AI表達”潛能。

例如，在三年級的課程設計中，教師巧妙融入當地本土文化，以“尋訪東方二十五坎的前世今生”為主題，結合三年級的畫圖軟件教學，讓學生用畫筆去繪制他們熟悉的生活場景，通過人工智能，探索東方二十五坎在新時代的智能變遷。這種教學設計不僅豐富了課堂學習內容，還促使學生深入思考人工智能為生活帶來的變化，從而讓“AI表達”成為學生的思維習慣和技術表達習慣。

在四年級的網絡應用課程中，學生可以結合AI增強的搜索引擎迅速定位信息功能，通過引入AI工具，提升評估信息的準確性，這種學習活動能夠提高學生的信息檢索與評估能力。教師應緊跟時代步伐，將信息技術課堂與生活實際相結合，開展跨學科主題教學活動“AI寫詩”，讓學生利用AI輔助的內容生成工具，快速創建和編輯文檔內容，親身體驗智能寫作工具，從而提高他們的創作與編輯能力。這一活動的創設，不僅是讓學生體驗智能寫作工具的實用性，更多的是培養學生運用人工智能進行溝通和表達的能力。在未來的社會，我們的表達不僅僅是和同類的溝通，也需要和機器、人工智能進行溝通與表達，因此我們必須重視培養學生的“AI表達”技能。

在五年級的課程設計中，教師結合本土的非遺項目，引入AI輔助的演講訓練軟件，幫助學生練習演講技巧，并提供即時反饋，以改進他們的演講與演示技巧。

在六年級的AI課程設計中，教師結合人工智能傳感器設備，設計相關實踐活動，以此培養學生的創造力，讓課程設計從學習轉為實踐。

總之，教師為了系統地培養學生的“AI表達”能力，致力于設計一個全面的課程框架，讓人工智能課程設計在信息技術課堂落地生根，最終通過對學生的項目成果、參與程度以及演講表現等方面進行綜合評定，以此作為衡量學生人工智能表達能力的依據。教師通過創設具有本土特色、時代特色的“AI表達”課程，充分發揮人工智能在信息技術課堂教學中的智能教學作用，將學生的“AI表達”能力遷移到各種與信息技術相關的學習和工作中，從而提高他們的信息表達效率和效果。

四、結語

綜上所述，在STEAM教育理念的指導下，教師設計跨學科主題信息技術教學活動，培養學生的“AI表達”能力，使其深入理解AI技術的應用與價值。因此，廣大信息技術教師應不斷提高自身的專業水平，深入挖掘和利用AI資源，為學生創設更多的實踐情境，更好地培養學生的“AI表達”能力。

注：本文系2023年福建省電化教育館教育信息技術研究課題“基于STEAM理念的‘AI表達’課程設計與實施研究”（立項批準號：閩教電館KT23054）的研究成果之一。

（宋行軍）