人工智能在信息技術(shù)課堂教學(xué)中的應(yīng)用探究-以AI雙師課堂《救援呱呱》為例

1、人工智能在信息技術(shù)課堂教學(xué)中的應(yīng)用探究以AI雙師課堂救援呱呱為例摘 要：人工智能技術(shù)與教育如何結(jié)合，在課堂教學(xué)中如何應(yīng)用,會給傳統(tǒng)的課堂帶來何種改變，都在不斷探索中。以“AI 雙師課堂”為例，展示了在信息技術(shù)教學(xué)中借助人工智能開展教學(xué)的嘗試、收獲與感悟。關(guān)鍵詞：人工智能；信息技術(shù)；雙師課堂當(dāng)今時代科技飛速發(fā)展，伴隨著Alpha Go戰(zhàn)勝圍棋 冠軍的家喻戶曉，人工智能被大眾所關(guān)注。在人工智能 技術(shù)支持下，使用語音控制智能家居、在超市“刷臉” 購物、無人機完成物流配送等行為活動成為可能，人們 的生活正在發(fā)生翻天覆地的變化。同時，在教育教學(xué)中，如何能借助人工智能技術(shù)的 支持，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)

2、目標(biāo)與內(nèi)容以及學(xué)習(xí) 能力的差異，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)資源，并根據(jù)學(xué) 生的學(xué)習(xí)調(diào)控學(xué)習(xí)進(jìn)度，開展有針對性的指導(dǎo)，讓學(xué)生 理解概念，掌握知識，在實踐運用中提升能力，實現(xiàn)個 性化發(fā)展等目標(biāo)，這些都讓人們充滿了期待。一.案例背景為適應(yīng)新時代對人才信息素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，全國 各地掀起了STEM課程學(xué)習(xí)、創(chuàng)客教育的熱潮。本校也 從2015年起，以信息技術(shù)課堂為載體，借助圖形化編程 軟件，結(jié)合開源硬件開始了 STEM課程的建設(shè)和實施， 以提升學(xué)生的編程技能、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維、提升問題解 決的能力。目前一些網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)或平臺已經(jīng)開始借助人工智能技 術(shù)，布局線上的學(xué)習(xí)課程。我校STEM課程教學(xué)團(tuán)隊也開 始思考將人工智

3、能引入STEM課堂的可能性，并試圖借助 一些平臺開展教學(xué)嘗試。通過團(tuán)隊的多方了解，最終選取了相對成熟的某 平臺“AI雙師課堂”（線上虛擬“人工智能教師” +線下 課堂教師，共同開展的教學(xué)）。得到平臺支持后，開始 人工智能在教學(xué)中的應(yīng)用嘗試和探究。本文以救援呱 呱一課為例進(jìn)行簡述，以STEM理念為基礎(chǔ)，在情境 教學(xué)中提出問題，在新知學(xué)習(xí)中思考，在討論中制訂方 案，在實踐中進(jìn)行創(chuàng)作，在分享中進(jìn)行評價與總結(jié)，在 拓展中完成作品的優(yōu)化與提升。二案例簡述本課是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，借助“AI雙師課堂”教 學(xué)云平臺，在AI引擎的輔助下完成課堂教學(xué)的課例。 在教學(xué)中，線下教師作為真實世界的教師，是學(xué)習(xí)活動 的組織

4、者、引導(dǎo)者和輔助答疑者；學(xué)生自主登錄教師分 配的賬號后，在線上“AI老師”的具體指導(dǎo)下自主學(xué) 習(xí)，自主完成編程任務(wù)并提交，然后在線下教師的指導(dǎo) 下開展評價與分享。課堂氛圍輕松愉悅，學(xué)習(xí)效果也更 為有效。教學(xué)中，學(xué)生登錄賬號后，在學(xué)習(xí)界面打開與“AI 老師”的對話窗，就可以開展學(xué)習(xí)。在對話窗里，“AI 老師”通過與學(xué)生對話指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，并根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn) 度推送相關(guān)的學(xué)習(xí)材料，或者通過簡單問題進(jìn)行檢測。 學(xué)生可點擊個性化學(xué)習(xí)按鈕，通過文字、語音、圖片等 形式與“AI老師”互動，與虛擬同伴交流，控制學(xué)習(xí)進(jìn) 度，以及提交作品。色彩鮮艷的學(xué)習(xí)界面，卡通形象的虛擬教師及同 伴，都給學(xué)生帶來強烈的視覺沖擊，具

5、有很強的代入 感。該課基本環(huán)節(jié)包括以下幾點。情境引入提問與討論以STEM面向現(xiàn)實的問題解決理念為指導(dǎo)，該環(huán)節(jié)設(shè) 計了故事情境：遠(yuǎn)方傳來消息，近來源碼世界大雨不斷， 導(dǎo)致源碼山脈突發(fā)洪水，故事主人公的遠(yuǎn)房親戚“呱呱” 從河流上游被沖了下來，處于下游的訓(xùn)練師緊張地準(zhǔn)備救 援行動。弓I入情境后，迅速激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這時，線下教師提出問題：如何救援呱呱？并啟 發(fā)學(xué)生思考在現(xiàn)實生活中救援溺水者的過程是什么，情 景化的任務(wù)讓學(xué)生積極想象，展開頭腦風(fēng)暴，在討論中 提煉救援策略，明確要達(dá)成的目標(biāo)：“抓住呱呱” “拖 到岸邊” “放開呱呱”。然后設(shè)計方案及理清程序設(shè) 計思路。在這里，“AI老師”扮演傳播消息

6、、發(fā)布任務(wù)的 角色，與學(xué)生之間建立任務(wù)發(fā)布渠道。學(xué)生扮演“救援 者”角色。知識新授學(xué)習(xí)與思考組織小組討論學(xué)生從討論中提煉出“上游” “下游”兩個關(guān)鍵 詞，對位置有初步的概念，為學(xué)習(xí)坐標(biāo)鋪墊。這兩個詞 都是指定某個區(qū)域的位置，而在源碼世界用什么來表示 具體位置呢?由此引出數(shù)學(xué)知識“坐標(biāo)”?！癆I老師” 以尋找海賊王寶藏的故事穿插學(xué)習(xí)過程，推送微視頻激 發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生借助坐標(biāo)軸圖自主探索“坐 標(biāo)”的含義，通過“移到x, y”積木，再結(jié)合“重復(fù)執(zhí) 行”積木找到海賊王的寶藏，體會“坐標(biāo)”的作用；實 時監(jiān)測學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度，開展與“坐標(biāo)”相關(guān)的習(xí)題測 驗和操作檢測，很好地體現(xiàn)了STEM學(xué)科融合的理

7、念。引導(dǎo)學(xué)生提煉關(guān)鍵詞施救過程怎么實現(xiàn)，學(xué)生任務(wù)中提煉出“抓住” “拖 到” “放開”幾個關(guān)鍵詞，開展“當(dāng)角色被點擊”積木的 學(xué)習(xí)，理解“當(dāng)角色被點擊” “當(dāng)角色被按下” “當(dāng)角色 被放開”，三種選項的區(qū)別。學(xué)生通過“AI老師”推送的 微視頻學(xué)習(xí)，對于理解能力較弱的學(xué)生，可以通過重復(fù)觀 看視頻進(jìn)行重復(fù)學(xué)習(xí)，對于理解能力較強的學(xué)生，可以進(jìn) 行加速或跳躍觀看視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)。程序設(shè)計實踐與創(chuàng)新在學(xué)習(xí)新知識后，需要結(jié)合新舊知識實現(xiàn)對呱呱的 救援。能力較強的學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計的方案，直接利用 學(xué)到的知識進(jìn)行操作實踐，表達(dá)自己的創(chuàng)意；能力較弱 的學(xué)生可以再次觀看微視頻了解情境，分析任務(wù)，學(xué)習(xí) 實踐，設(shè)計程序，

8、檢測效果，完善作品。本環(huán)節(jié)操作時間較長，而學(xué)生能力層次不一樣，完 成進(jìn)度不一樣，按傳統(tǒng)課堂教學(xué)，教師無法照顧到每一 位學(xué)生。在“AI老師”的輔助下，針對每個人進(jìn)度的不 同，可以指導(dǎo)重復(fù)學(xué)習(xí)，反復(fù)試錯，總結(jié)經(jīng)驗，完善作 品，因此作品完成度更高，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更濃。現(xiàn)場教 師負(fù)責(zé)整體進(jìn)程的把控，有更多的精力對學(xué)習(xí)能力較差 的學(xué)生開展個別指導(dǎo)。評價展示分享與總結(jié)在學(xué)生提交作品后，“AI老師”以“優(yōu)秀” “加 油”等簡單評語及時反饋給學(xué)生，學(xué)生可及時進(jìn)行拓展 延伸或修改作品。當(dāng)學(xué)生發(fā)布作品后，線下教師通過展 示學(xué)生作品，組織學(xué)生從創(chuàng)新思維、藝術(shù)設(shè)計、邏輯分 析和編程技術(shù)四個維度進(jìn)行評價。課后學(xué)生還可以在

9、線 自評、互評以及點贊，平臺會及時將評價統(tǒng)計和分析數(shù) 據(jù)推送給師生。有助于學(xué)生不斷改進(jìn)學(xué)習(xí)，教師及時調(diào) 整教學(xué)計劃。拓展任務(wù)優(yōu)化與提升本環(huán)節(jié)是解決任務(wù)預(yù)設(shè)的陷阱，基礎(chǔ)任務(wù)是將呱 呱救到舞臺上方的草地，視為救援成功，若在舞臺下方 草地仍然是游泳狀態(tài)，部分學(xué)生在操作實踐中發(fā)現(xiàn)了此 陷阱，并通過自主嘗試添加幾組積木而解決問題。也有 一部分學(xué)生并沒有發(fā)現(xiàn)此陷阱，而是在提交作品后， 經(jīng)“AI老師”提醒，同樣開啟了挑戰(zhàn)任務(wù)。陷阱的設(shè)置，旨在培養(yǎng)學(xué)生的自主發(fā)現(xiàn)、自主探索 能力，不能著眼于給定的基礎(chǔ)任務(wù)，要善于去發(fā)現(xiàn)更多 的問題，自主提出來并解決，形成個人的創(chuàng)新思維，提 高問題解決能力，這一點較好地體現(xiàn)了以創(chuàng)

10、新思維解決 現(xiàn)實問題的S TEM教育理念。三、總結(jié)與思考在探究中教師體會到，人工智能給傳統(tǒng)課堂帶來了 許多有益的影響，引起了教學(xué)和學(xué)習(xí)方式的變革，在未 來也將會對教育產(chǎn)生更深刻的影響，但目前尚不成熟， 還存在一些不足。有益的影響教學(xué)方式的變化傳統(tǒng)班級授課模式，教師無法全面關(guān)注學(xué)生個體 的學(xué)習(xí)過程。人工智能學(xué)習(xí)“引擎”的加入，可制訂個 性化學(xué)習(xí)模型。借助“AI老師”與學(xué)生建立一對一教學(xué) 模式，與學(xué)生充分互動，開展個性化教學(xué)指導(dǎo)，及時收 集學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，解放了教師，也能解決一些地區(qū)和學(xué) 校師資力量薄弱的困境。且平臺通過文本推送、圖片展 示、視頻示范、語音溝通、有聲圖片等學(xué)習(xí)資源，有利 于吸引學(xué)生的

11、注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。現(xiàn)場教師 則作為引導(dǎo)者和輔助者，負(fù)責(zé)活動組織，關(guān)注學(xué)生的生 理及心理發(fā)展。學(xué)習(xí)方式的拓展傳統(tǒng)的信息課堂教學(xué)局限于學(xué)校的功能教室。而 人工智能支持下的編程學(xué)習(xí)則可以線上線下一體，校內(nèi) 校外結(jié)合。隨時可學(xué)，隨處可學(xué)，且學(xué)習(xí)內(nèi)容更多，資 源更豐富，自由度更大，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)能力更強，能增長更 多知識、開闊眼界。教學(xué)管理及評價人工智能技術(shù)帶給教學(xué)的除了視覺、聽覺、情感方 面的改變，更帶來了管理的智能?？山柚斯ぶ悄軐W(xué) 生學(xué)習(xí)進(jìn)度及作業(yè)中存在的問題快速分析和處理，教師 通過數(shù)據(jù)，及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、知識點掌握與運 用，并根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題及時改進(jìn)教學(xué)設(shè)計 及教學(xué)實施，

12、“AI老師”或者現(xiàn)場教師對作品展開更多 的評價，可讓學(xué)生及時了解作品的優(yōu)點與不足，以利于 作品進(jìn)一步的完善，鞏固學(xué)習(xí)。存在的問題(1)注重知識學(xué)習(xí)缺少情感交流在教學(xué)中教師的普遍感受是，學(xué)生與“AI老師”缺 乏基本的情感交流，與虛擬同伴之間缺少合作學(xué)習(xí)，只 是為教學(xué)而教學(xué)。在整個課程中，更多的是知識、技能 的培養(yǎng)，學(xué)生能很快學(xué)會如何操作，但是卻不知道為什 么這樣操作，缺乏情感培養(yǎng)。所以，教師需要做好教學(xué)設(shè)計中情境創(chuàng)設(shè)、小組討 論、展示評價等活動環(huán)節(jié)的組織與引導(dǎo)，讓學(xué)生在交流 中進(jìn)行思想的碰撞。學(xué)生的主體地位體現(xiàn)不夠在“AI雙師課堂”教學(xué)中，每位學(xué)生都擁有一 個“學(xué)習(xí)助手”，但它更類似于“教師助手

13、”，完全 按既定設(shè)計將資料推送給學(xué)生，沒有選單式學(xué)習(xí)，也 不能實現(xiàn)環(huán)節(jié)的跳躍(僅視頻播放可以加速、跳躍)； 每位學(xué)生達(dá)成的基本目標(biāo)是相同的，只是時間的早晚， 未能完全跳出“教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式。希望平臺不斷改進(jìn)，能夠讓學(xué)生自主設(shè)計學(xué)習(xí)提 綱，自主選擇學(xué)習(xí)材料，實現(xiàn)更加個性化的學(xué)習(xí)。同時 根據(jù)不同學(xué)情，自主適應(yīng)學(xué)生，幫助其達(dá)成不同的學(xué) 習(xí)高度。能力提升與拓展不夠在拓展環(huán)節(jié)中，“AI老師”給出的任務(wù)挑戰(zhàn)難度、 開放度及創(chuàng)造性均不夠。每位學(xué)生都能夠獨立完成相同 的挑戰(zhàn)，只有“完成任務(wù)”的目標(biāo)，不具備對知識的深 層次理解。所以，需要教師在拓展環(huán)節(jié)給出一些發(fā)散性 的任務(wù)，讓學(xué)生有更多的思考與設(shè)計。四、結(jié)語人工智能在教學(xué)課堂中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)講授模 式，解放了教師，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將“要