小學階段基于stem下的人工智能教學探索與研究

小學階段基于STEM下的人工智能教學探索與研究摘要STEM的概念是通過學生的自主學習和老師的協(xié)同作用來運用科學，技術，工程，數(shù)學等學科來解決現(xiàn)實遇到的實際問題，而人工智能的飛速發(fā)展也為現(xiàn)在教育帶來了新的血液。小學是學海生涯的初級階段，也是養(yǎng)成良好的學習習慣和學習思維的重要階段。在小學教學過程中，教師們有必要將STEM教育與人工智能教學相結合。讓學生不斷的突破和成長，為今后的智能化社會發(fā)展奠定堅實的基礎。關鍵詞STEM教育人工智能教學

第一章研究背景1.1小學人工智能課程的發(fā)展與實踐隨著現(xiàn)代化，智能化的發(fā)展，人工智能已經(jīng)成為我們生活中必不可少的角色。2017國家出行的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中已經(jīng)表明：“在中小學階段設置人工智能相關課程，推廣編程教育”2018年教育局發(fā)行的《教育信息化2.0行動計劃》已確切指出：“完善課程方案和課程標準，充分適應信息時代，智能時代發(fā)展需要的人工智能和編程課程內容?！?020年教育部在《2020年教育信息化和網(wǎng)絡安全工作要點》中明確要求出：“繼續(xù)推進中小學人工智能教育課程建設應用推廣工作”。至此，人工智能教學已是現(xiàn)代社會教學的重中之重。小學階段是學生思維發(fā)展和良好的行動習慣初長成的黃金時間，更應該大力推行人工智能課程的實行，對未來人工智能的普及和實施奠定良好的基礎。雖然全國各地已經(jīng)全方面開展人工智能的教學課程，但是隨著地區(qū)的文化差異和教育水平差異，可發(fā)現(xiàn)該課程目前的推動進展參差不一。究其原因，可歸結于以下幾個方面：首先是教師對人工智能教學的認知水平存在差異化，據(jù)統(tǒng)計，大多數(shù)此類課程會由信息老師及興趣班（如機器人，AI系統(tǒng)）來進行普及教學。在教學的過程中缺乏人工智能領域的基本知識。大多數(shù)學生都是知其然，但不知其所以然。在課程學習中，絕大多數(shù)老師只關心編程的方法傳授，忽視了學生的自主思考和自主編程能力的培養(yǎng)，與傳統(tǒng)填鴨式教學并無二致。其次，教師在教學的過程中，模式過于單調，不能做到逐情分析，導致教師的教學多樣性下降，學生的主觀能動性不高。綜上所述，對人工智能教學的探索與研究，是從事相關工作教師的基本職責，合理教學方法是推動人工智能教學的良好途徑，是能夠促進我國基礎教育階段人工智能教學研究，是具有極高發(fā)展前景的。1.2STEM教育模式與人工智能教學的適切性首先讓我們了解一下STEM是什么？它是科學、技術、工程、數(shù)學四個領域的結合體。不同于單一的語文、數(shù)學、英語等學科，它是通過具體的問題，運用多角度的思維模式和學科知識來解決問題，因此是一種綜合性的能力培養(yǎng)。需主要培養(yǎng)的是學生以下四大素養(yǎng)：一是科學素養(yǎng)?？茖W是世界發(fā)展的基本規(guī)律，是基礎，是使技術發(fā)展擲地有聲的重要保證。所以需要學生掌握科學知識、科學規(guī)律，并形成科學精神。二是技術素養(yǎng)，就是科學的運用，是科學的具象化。在培養(yǎng)這類素養(yǎng)的過程中，不僅僅是讓學生掌握、運用、評價技術，更重要的是學生發(fā)明創(chuàng)新的能力，要使學生跳出思維的定式。三是工程素養(yǎng)。工程是技術的實際運用，工程素養(yǎng)指對技術的工程設計與開發(fā)過程的理解，需要學生追本溯源的能力，并且在工程完成后進行一定的總結和反思。四是數(shù)學素養(yǎng)。之前所談的科學、技術、工程，都是以數(shù)學為基石的，數(shù)學是掌握科學、技術和工程設計的工具。學生必須要掌握良好的數(shù)學知識、數(shù)學定理、能夠有效地進行數(shù)學運算，并具有數(shù)學推算的能力。STEM教育作為一種全新的跨學科教育理念，他與人工智能教學具有一定的適切性。主要表現(xiàn)在學科特性和培養(yǎng)目標上。在學科特性上，人工智能涉及編程理論、計算機技術、智能AI系統(tǒng)、邏輯學、數(shù)學等多種學科知識相繼融合的新派技術教學。并且，其中理論知識難度較大，枯燥乏味的部分較多，對于小學階段的學生，更要求老師在備課過程中需要考慮學生的實際情況，從學習生活中的情境出發(fā)，抽絲剝繭的幫助學生了解人工智能的實質。而STEM教育正是將抽象的知識具象化，與生活相結合，能更好更快的使學生知曉問題邏輯和原理。至此，STEM的教育理念與人工智能學科特性異曲同工。此外，從培養(yǎng)目標上來看，人工智能教學目前已成為目前環(huán)境的必然趨勢，在大數(shù)據(jù)時代，國家需要更多的軟件與硬件人才，培養(yǎng)學生的相關素養(yǎng)便成了當下教育的重要發(fā)展方向。從而鞏固國家的核心競爭力，打破國外市場的壟斷。STEM教育通過各學科的融合，能有效的培養(yǎng)學生的綜合素質。通過發(fā)展STEM教育使其與人工智能教學相結合，將使我國的人才培養(yǎng)計劃更加的順利，高效，具有很高的價值指導。

第二章研究方法本文主要研究的是小學階段基于STEM下的人工智能教學，所以中心思想是STEM教育理念。結合已有的人工智能教學理論。本人覺得研究方法可以分為以下三點：（一）打造基礎學習理論學生是具有一定的學習基礎與學習經(jīng)驗的。在接受新的知識的過程中，通常會借助以往的學習經(jīng)驗，從而吸收并消化新的知識。STEM教育就是要充分調動學生的主觀能動性，要引導學生進行主動思考，發(fā)問。在此過程中學生是主導者，老師往往承擔著引導者的職責。在與人工智能相結合的時候需注意，要不斷的鼓勵學生自主探索與發(fā)現(xiàn)問題，運用多種活動教學，在實踐中完成對問題的研究與分析。最終實現(xiàn)教學目標的完成，讓學生掌握知識，鍛煉技能并養(yǎng)成相關的科學道德素養(yǎng)。（二）實踐理論。毛主席曾說過“實踐是檢驗真理的唯一標準”。這句話放在現(xiàn)代的教育上也是相通的。我們要摒棄過往教育上”紙上談兵“的教學方法，要讓孩子們在做中學。美國教育家杜威曾發(fā)表過系列文章。杜威認為不應該”先知后行“，應該從活動中學，從經(jīng)驗中學，強調學生通過知行結合的方式，在實際意義的活動中理解并掌握知識。這和我們的實踐理論不謀而合，而STEM教育正是實踐中學習的代表。在人工智能教學的過程中，老師需要把理論知識和邏輯思維包裹在生活情境和具體的項目中，引導學生通過具體的工程設計來對人工智能有更深一步的了解，并激發(fā)學生的興趣，從而形成良性發(fā)展。（三）邏輯思想Bug（程序漏洞）是人工智能設計過程·中希望減少產(chǎn)生的東西，這就需要學生養(yǎng)成良好的邏輯思維。工程和數(shù)學是STEM教育中重要的組成要素，工程設計理論和數(shù)學邏輯思想是STEM理論各個學科之間融合的粘合劑。學生需要像工程師一樣運用各種工具進行邏輯的驗證與創(chuàng)造。、，并結合實際狀況做出相應的調整，解決項目設計與實施過程中遇到的各種問題。小學是學生想象力蓬勃發(fā)展的重要階段之一，通過教師良好的引導，有效的將各種奇思妙想落為實地，提升人工智能教學的教學效果。

第三章STEM的小學人工智能的教學探究3.1利用STEM科學的結合，使枯燥的歷史鮮活起來。例如在《人工智能發(fā)展歷史》一課中，教師可以通過引入中國科學家對人工智能理論技術的貢獻，使學生們了解人工智能發(fā)展的背景。在講解的過程中，把中國科學家的科學探索和鉆研精神融入教學中，介紹我國科學提出的人工智能理論和方法。在一個個案例中培養(yǎng)學生良好的科學精神習慣，將專業(yè)知識和科學教育自然的結合。3.2運用STEM工程和技術的理念，培養(yǎng)學生編程思維和獨立思考的能力。首先教師需要家長明白現(xiàn)代社會讓孩子學習編程并不是為了成為程序員或為從事計算機行業(yè)做準備，更多的是學習一種解決問題的思路。小學編程與家長理解的編程不同，小學編程從一開始并不是學敲寫英文代碼，開發(fā)程序這類的知識，而是從圖形化編程開始。而通過現(xiàn)階段工程和技術理念的運用，例如Scratch圖形化編程語言，孩子不需要會英文、敲寫代碼，只需按照一定的邏輯順序，通過拖拽積木模塊等簡單操作，就可以進行編程，這種方式大大降低了學生學習難度。當學生對編程有了一定的興趣和基礎后，再進行系統(tǒng)化學習，此時可以開始嘗試學習代碼編程語言，如Python和C++。3.3運用STEM數(shù)學理念，練習和提高邏輯思維。首先孩子們應當掌握基本的加減乘除之間的運算順序。數(shù)學和編程的學習有著最直接的關系。數(shù)學的基礎知識，能夠幫助我們編寫代碼，運行程序。其次，還要理解數(shù)學的基礎知識和編程知識的區(qū)別。在學習少兒編程的過程中，應當掌握循環(huán)加減的運算方法。學習編程，還需要掌握邏輯函數(shù)，這點對小學階段的學生來說是非常難的，因為有關于“是否”的問題涉及到抽象的概念，和一些交叉判斷。學生理解起來就會有一些吃力，但這是小孩子學習的過程中必須掌握的知識，所以我們要通過STEM教學中的數(shù)學理念加強這方面的要求和訓練，在學習編程的過程中，也會反復訓練孩子的這一思維方式。第四章研究展望人工智能教學是我國未來化發(fā)展的必經(jīng)之路。在國外多年技術壟斷的今天，青少年是人工智能發(fā)展的堅實后盾，但這也必也將是“路漫漫其修遠”，需要經(jīng)歷一個漫長的實踐與研究過程。本文從人工智能教學出發(fā)，與STEM教育相結合，希望能夠在小學階段培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，實現(xiàn)理論到實踐的突破。在此過程中，教師要有意識的引導學生運用邏輯思維解決相關問題，讓學生去了解什么是可視化圖示和可視化編程工具之類的知識。在STEM教育理念下，也需要給學生更多的協(xié)作與交流的機會，可以以小組為單位。進行頭腦風暴，在上手操作中建構知識，掌握技能，從而更利于現(xiàn)代信息化社會的發(fā)展。最后本人希望通過STEM教育和人工教學的相結合，能有效培養(yǎng)小學生的綜合素養(yǎng)，提高學生對人工智能的興趣度。成為人工智能領域的優(yōu)秀人才，為我國人工智能的發(fā)展做出貢獻。

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