小學(xué)人工智能課堂教學(xué)范式的設(shè)計(jì)與實(shí)施

【摘要】本文分析了當(dāng)前小學(xué)人工智能課程課堂教學(xué)的問題，在此基礎(chǔ)上，提出了構(gòu)建積極課堂教學(xué)范式的小學(xué)人工智能課堂教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施策略，以推動(dòng)相關(guān)教學(xué)改革。【關(guān)鍵詞】小學(xué)；人工智能；教學(xué)范式；課程教學(xué)；設(shè)計(jì)與實(shí)施在信息化時(shí)代背景下，人工智能方興未艾，也是社會(huì)發(fā)展的主流趨勢(shì)。2017年，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，從戰(zhàn)略發(fā)展的層面，要求全國中小學(xué)普及開展人工智能課程教學(xué)，全面普及人工智能基礎(chǔ)知識(shí)教育，為國家科技人才的培養(yǎng)進(jìn)行前瞻性探索[1]。對(duì)此，本文基于積極課堂教學(xué)范式分析了小學(xué)人工智能課程課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施策略。課堂教學(xué)范式是指教師按照教學(xué)大綱要求，開展課堂教學(xué)時(shí)所采用的相對(duì)固定的教學(xué)模式，在一定范圍內(nèi)受到教學(xué)主管部門、教師同行認(rèn)可，并形成了相關(guān)的理論共識(shí)。課堂教學(xué)范式的選擇對(duì)提高小學(xué)人工智能的課堂教學(xué)效果非常重要。從目前調(diào)查了解的情況來看，一些小學(xué)人工智能的授課方式五花八門，大多數(shù)只是對(duì)一些圖形和機(jī)器人課程進(jìn)行簡單的編程操作，而對(duì)人工智能技術(shù)基本原理和機(jī)器人工作原理的教學(xué)內(nèi)容講得較少。因此，選擇適宜的小學(xué)人工智能課堂教學(xué)范式迫在眉睫。小學(xué)人工智能教學(xué)當(dāng)前存在的問題小學(xué)人工智能課程課堂教學(xué)在我國起步較晚，至今沒有形成有代表性的課堂教學(xué)范式，從教學(xué)內(nèi)容的安排到課堂教學(xué)方式的選擇，都還有待進(jìn)行完善的地方，其存在問題主要表現(xiàn)在以下方面。1.教師缺乏專業(yè)知識(shí)小學(xué)人工智能課程教學(xué)的教師大多由其他學(xué)科的老師轉(zhuǎn)任或兼任，這些教師缺乏人工智能學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，人工智能專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，一般都是按照傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行課程開發(fā)與授課，沒能突出該學(xué)科應(yīng)有特點(diǎn)。同時(shí)，有些教師不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不能有效地培養(yǎng)小學(xué)生的創(chuàng)新思維。2.課程教學(xué)內(nèi)容淺層化目前，小學(xué)人工智能課程內(nèi)容偏向淺層化與現(xiàn)象化。例如，教學(xué)內(nèi)容偏向算法描述，沒有從小學(xué)生的需求出發(fā)，忽視了內(nèi)容之間及內(nèi)容與實(shí)際的邏輯與內(nèi)在關(guān)系，這導(dǎo)致課堂教學(xué)的深度不夠。產(chǎn)生問題的主要原因是教師對(duì)人工智能課程教學(xué)的認(rèn)識(shí)與理解不深所致，教師在教學(xué)中不能很好地幫助學(xué)生理解概念之間的聯(lián)系，影響了學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知與學(xué)習(xí)。3.相關(guān)方面對(duì)課程支持力度不夠小學(xué)人工智能課程屬于地方課程或校本課程。由于相關(guān)方面的支持力度不足，有些學(xué)校沒有專門的課時(shí)安排，或?qū)φn程教學(xué)所需的硬件投入不足。還有些學(xué)校不注重學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，只讓學(xué)生學(xué)習(xí)一些相關(guān)的人工智能知識(shí)。同時(shí)，有的學(xué)生家長只關(guān)注對(duì)學(xué)生未來升學(xué)有重要影響的語、數(shù)、英等學(xué)科學(xué)習(xí)，而對(duì)人工智能課程學(xué)習(xí)不重視。小學(xué)人工智能課堂教學(xué)范式的設(shè)計(jì)與實(shí)施1.設(shè)計(jì)思路首先，基于教育教學(xué)理論制定課程設(shè)計(jì)的主要原則與要求，包括趣味性原則、實(shí)用性原則和可操作性原則，確保課程最終能夠有效應(yīng)用與實(shí)施。其次，對(duì)課程的實(shí)施對(duì)象、教學(xué)實(shí)施工具與環(huán)境進(jìn)行分析，并確定課程的主要目標(biāo)。第三，根據(jù)小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，構(gòu)建包含三個(gè)知識(shí)層次的小學(xué)人工智能課程教學(xué)內(nèi)容框架，確定每一節(jié)課的主要教學(xué)內(nèi)容。第四，針對(duì)不同的知識(shí)層次的課程內(nèi)容制定相應(yīng)的教學(xué)范式，如情境化教學(xué)范式、基于問題的教學(xué)范式和基于項(xiàng)目的教學(xué)范式。最后，將教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和相應(yīng)的教學(xué)范式相結(jié)合，設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)案例。2.設(shè)計(jì)原則小學(xué)人工智能教學(xué)設(shè)計(jì)有四個(gè)要遵循的原則：一是普惠性原則，課程教學(xué)面向全體學(xué)生，通識(shí)與實(shí)踐并重。二是趣味性原則，在教學(xué)過程中教師運(yùn)用各種方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。三是實(shí)用性原則，強(qiáng)調(diào)小學(xué)人工智能的教學(xué)活動(dòng)必須貼近生活、貼近實(shí)際。四是可操作性原則，包括學(xué)生可操作性和教師可操作性兩個(gè)方面，前者指的是設(shè)計(jì)的課程必須能被大部分學(xué)生理解和掌握，后者指設(shè)計(jì)出來的課程讓教師能夠立刻投入到教學(xué)工作中去，不影響教學(xué)的進(jìn)度。3.對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象進(jìn)行學(xué)情分析學(xué)習(xí)者的特征是教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，是影響教師教學(xué)活動(dòng)有效性的關(guān)鍵因素，深入分析與準(zhǔn)確把握學(xué)習(xí)者特征是課程設(shè)計(jì)的前提。對(duì)于學(xué)情分析一般從學(xué)生已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、對(duì)知識(shí)的掌握程度以及個(gè)人學(xué)習(xí)能力等方面進(jìn)行分析，確定學(xué)生的學(xué)習(xí)起始能力，以此來確定教學(xué)的起點(diǎn)。4.課程目標(biāo)的制定課程目標(biāo)的正確擬定是關(guān)乎課堂教學(xué)是否成功的重要因素。在對(duì)小學(xué)人工智能課程目標(biāo)的依據(jù)和定位進(jìn)行梳理分析的基礎(chǔ)上，小學(xué)人工智能課程的具體教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)，可從知識(shí)與能力、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。5.課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)（1）教學(xué)內(nèi)容整體框架的設(shè)計(jì)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，課程內(nèi)容整體框架設(shè)計(jì)為情境創(chuàng)設(shè)、通識(shí)學(xué)習(xí)（包括體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用）、拓展創(chuàng)新、評(píng)價(jià)小結(jié)四部分。（2）對(duì)教學(xué)課程內(nèi)容的具體設(shè)計(jì)根據(jù)“一主三環(huán)”的教學(xué)范式，即以通識(shí)知識(shí)為主線，以設(shè)計(jì)體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用三個(gè)主要環(huán)節(jié)為具體內(nèi)容。6.課程教學(xué)范式的構(gòu)建根據(jù)積極課堂教學(xué)范式的原則，人工智能課程可設(shè)計(jì)以下的課堂教學(xué)范式。（1）情境化教學(xué)范式情境化教學(xué)范式認(rèn)為知識(shí)若是在真實(shí)的情境中呈現(xiàn)，可激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與建構(gòu)。情境教學(xué)范式的設(shè)計(jì)包括以下主要過程。一是創(chuàng)設(shè)真實(shí)的人工智能情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣。例如，在“走進(jìn)人工智能”的開始環(huán)節(jié)，教師可播放貼近學(xué)生生活場(chǎng)景的動(dòng)畫或視頻，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)身邊的人工智能，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。二是體驗(yàn)和感知人工智能技術(shù)和應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論。例如：在“走進(jìn)人工智能”教學(xué)中，教師利用文字識(shí)別系統(tǒng)演示識(shí)別圖像中包含的文字，學(xué)生體驗(yàn)文字識(shí)別技術(shù)后，教師組織學(xué)生對(duì)文字識(shí)別應(yīng)用的感受和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行討論，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)文字識(shí)別的理解。三是總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容，分析人工智能對(duì)人類的影響，引導(dǎo)學(xué)生正確對(duì)待人工智能技術(shù)。（2）基于問題的教學(xué)范式基于問題的教學(xué)范式是以問題為核心展開的，通過在真實(shí)的情境中讓學(xué)生以小組合作的形式探究、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生高階認(rèn)知能力的課堂教學(xué)形式，主要有以下步驟。一是創(chuàng)造一個(gè)情境并提出問題。以“初識(shí)人工智能”為例。全班觀看“什么是人工智能”的視頻，然后提出“什么是人工智能”的問題。二是分析問題，組織分工。老師引導(dǎo)學(xué)生就“什么是人工智能”這個(gè)問題進(jìn)行討論和分析。然后團(tuán)隊(duì)開始制定計(jì)劃，明確每個(gè)成員的任務(wù)，并提出步驟和解決方案。三是探索并解決問題。每個(gè)學(xué)生根據(jù)團(tuán)隊(duì)分工收集、整理、分析信息后，與小組成員分享交流，總結(jié)出自己小組最全面的答案。四是分享和交流。小組代表向全班同學(xué)分享小組學(xué)習(xí)成果，并與其他小組進(jìn)行交流。五是評(píng)估和反饋。在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生對(duì)“什么是人工智能”問題的解決結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，判斷問題是否已經(jīng)解決，并總結(jié)探究過程中所學(xué)到的知識(shí)。（3）基于項(xiàng)目的教學(xué)范式基于項(xiàng)目的教學(xué)范式指的是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下以完成“項(xiàng)目”為出發(fā)點(diǎn)，通過小組合作的學(xué)習(xí)方式設(shè)計(jì)方案、自主探索，并積極使用多種信息資源構(gòu)建自己的知識(shí)，最終完成項(xiàng)目并將成果進(jìn)行分享和交流的教學(xué)范式（圖1），主要包括創(chuàng)設(shè)情境、科學(xué)導(dǎo)讀、確定項(xiàng)目、制定計(jì)劃、活動(dòng)探究、創(chuàng)作與創(chuàng)新、成果交流與展示和活動(dòng)評(píng)價(jià)八個(gè)步驟。小學(xué)人工智能課堂教學(xué)的改進(jìn)與提高為加強(qiáng)小學(xué)人工智能課堂教學(xué)范式的實(shí)施，可采取以下舉措。1.提高教師專業(yè)水平①加強(qiáng)教師的相關(guān)專業(yè)能力培訓(xùn)。②提高教師的教學(xué)能力，完善教學(xué)流程。一是教師要加強(qiáng)有效備課；二是強(qiáng)化教師的科研能力，完善課程體系；三是增強(qiáng)教學(xué)反思。③完善教學(xué)評(píng)價(jià)體系。2.注重培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和創(chuàng)新能力教師努力創(chuàng)設(shè)趣味性的課堂，可以有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在課堂教學(xué)中，教師注重把教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的生活實(shí)際聯(lián)系在一起，通過游戲設(shè)計(jì)、團(tuán)建項(xiàng)目、討論交流等形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，利用多樣化手段培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新能力。3.多渠道拓寬課程資源課程資源既是知識(shí)、信息和經(jīng)驗(yàn)的載體，也是課程實(shí)施的媒介。人工智能課程中的活動(dòng)更多地依賴豐富的人工智能配套設(shè)施以及設(shè)施完備的實(shí)驗(yàn)室，供學(xué)生學(xué)習(xí)參觀與使用，以提