基礎(chǔ)教育階段人工智能課程的有效教學(xué)模式探析*

鄭 妍，周 倩，王惠欣

（1.陜西師范大學(xué) 教育學(xué)院，陜西 西安 710000；2.西安工程大學(xué) 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710000）

一、引言

當(dāng)前，人工智能技術(shù)成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的下一個(gè)引擎，深度學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)的興起以及由此帶來(lái)的個(gè)性化學(xué)習(xí)，促成了人工智能在教育領(lǐng)域的又一次應(yīng)用爆發(fā)。各國(guó)政府高度重視人工智能的發(fā)展，2015 年以來(lái)，美國(guó)已發(fā)布《國(guó)家人工智能發(fā)展與研究戰(zhàn)略計(jì)劃》《為人工智能的未來(lái)做好準(zhǔn)備》和《人工智能、自動(dòng)化和經(jīng)濟(jì)報(bào)告》等三份重要報(bào)告；2017 年，日本制定了《人工智能的研究開(kāi)發(fā)目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)化路圖》；2018 年，歐盟委員會(huì)向歐洲議會(huì)、歐盟理事會(huì)、歐洲理事會(huì)、歐洲經(jīng)濟(jì)與社會(huì)委員會(huì)及地區(qū)委員會(huì)提交了題為《歐盟人工智能》的報(bào)告，描述了歐盟在國(guó)際人工智能競(jìng)爭(zhēng)中的地位，并制定了“歐盟人工智能行動(dòng)計(jì)劃”[1]。人工智能在我國(guó)的發(fā)展同樣受到高度重視，2017 年7 月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出到2030 年我國(guó)人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心，為躋身創(chuàng)新型國(guó)家前列和經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)奠定重要基礎(chǔ)，并提出要加快培養(yǎng)聚集人工智能高端人才，建設(shè)人工智能學(xué)科[2]。

為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，加快人工智能人才的培養(yǎng)，2018年4 月10 日，教育部發(fā)布關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》的通知，提出未來(lái)將形成“人工智能+X”的復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式，還對(duì)中小學(xué)、高校等多層次教育體系提出要求，未來(lái)將在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育[3]，為人工智能教育的發(fā)展指明了方向。

二、中小學(xué)人工智能教學(xué)模式構(gòu)建的迫切性

美國(guó)斯坦福大學(xué)人工智能、機(jī)器人和未來(lái)教育項(xiàng)目執(zhí)行主任、斯坦福全球創(chuàng)新設(shè)計(jì)聯(lián)盟聯(lián)席主席蔣里指出，隨著人工智能的發(fā)展，現(xiàn)在的小學(xué)生、中學(xué)生，等10-20 年后進(jìn)入社會(huì)，有可能成為第一代一進(jìn)入社會(huì)就被替代的一代，因?yàn)椴糠种貜?fù)、機(jī)械性的工作將會(huì)被替代，人工智能既需要技術(shù)型人才也需要通用型人才，不僅包括技術(shù)層面精深的專家，也包括對(duì)人工智能理解透徹的應(yīng)用專家，還需要把握技術(shù)趨勢(shì)和未來(lái)社會(huì)發(fā)展的未來(lái)學(xué)專家[4]，因此人工智能教育不僅僅局限于在高校培養(yǎng)人工智能領(lǐng)域的高技術(shù)人才，還應(yīng)使未來(lái)社會(huì)中每個(gè)人都能熟悉人工智能、應(yīng)用人工智能。因?yàn)樵谖磥?lái)社會(huì)，人機(jī)協(xié)同將成常態(tài)。

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，英、美、澳等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛開(kāi)始在中小學(xué)設(shè)立人工智能課程[5]，我國(guó)早在2003 年頒布的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中就在信息技術(shù)課程選修模塊設(shè)置了“人工智能初步”?？萍及l(fā)展至今，中小學(xué)開(kāi)展人工智能教育成為大勢(shì)所趨。為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，培養(yǎng)適應(yīng)人工智能時(shí)代全面發(fā)展的人，大批人工智能教材涌向?qū)W校，由任友群指導(dǎo)編寫(xiě)、涵蓋小學(xué)到高中的首套人工智能教材《AI 上未來(lái)智造者——中小學(xué)人工智能精品課程系列叢書(shū)》已在上海的嘉定一中、交大附中嘉定分校以及嘉定青少年科創(chuàng)集散地試用，并將逐步正式引入全國(guó)更多中小學(xué)正式上課，其中，與小學(xué)階段對(duì)應(yīng)的課程內(nèi)容涉及力學(xué)、數(shù)學(xué)等知識(shí)，旨在通過(guò)對(duì)傳感器的使用方法和工作原理的探究，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維；與初中階段對(duì)應(yīng)的課程內(nèi)容涉及人形機(jī)器人的基礎(chǔ)理論，教授語(yǔ)音交互、智能感知、智能決策圖形化編程軟件等知識(shí)；與高中階段對(duì)應(yīng)的課程內(nèi)容包括Python 編程、開(kāi)源主板應(yīng)用、變形機(jī)器人搭建等高階課程。除這種全系列的涵蓋小學(xué)至高中的人工智能教材外，由陳玉琨、湯曉鷗編寫(xiě)的《人工智能基礎(chǔ)（高中版）》也廣受關(guān)注，它是我國(guó)第一本面向中學(xué)生的人工智能教材，此書(shū)的一個(gè)亮點(diǎn)在于讓學(xué)生了解到人工智能概念、原理及其相互關(guān)系是如何被發(fā)現(xiàn)的，以及其在現(xiàn)實(shí)世界中的具體作用，此外，全書(shū)還涵蓋了22 個(gè)實(shí)驗(yàn)供學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐。各種中小學(xué)人工智能教材還在不斷地涌入市場(chǎng)，探索適宜的中小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式迫在眉睫。

三、國(guó)內(nèi)外人工智能課程實(shí)施模式

目前對(duì)中小學(xué)人工智能課程實(shí)施模式的研究主要有講授式為主與探究式為主兩種方式。

以講授式為主的課程實(shí)施方式主要有如下研究：杜海瓊、張劍平于2008 年針對(duì)2003 年教育部頒布的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中信息技術(shù)課程選修模塊“人工智能初步”的三個(gè)主題：知識(shí)及其表達(dá)、推理與專家系統(tǒng)、人工智能語(yǔ)言與問(wèn)題求解，提出利用Prolog 語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行人工智能課程的講授，并給出了Prolog 語(yǔ)言在這三個(gè)主題應(yīng)用中的具體案例及分析[6]，此種基于編程語(yǔ)言的教學(xué)模式有效系統(tǒng)地進(jìn)行了人工智能知識(shí)點(diǎn)的傳授及學(xué)生邏輯思維的鍛煉，但缺乏與生活實(shí)際的聯(lián)系，學(xué)生不易建立所學(xué)人工智能知識(shí)與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系。趙飛龍等2018 年在基于建構(gòu)主義的教學(xué)設(shè)計(jì)模式和基于電子書(shū)包的PBL 教學(xué)模式的指導(dǎo)下，建構(gòu)出了人工智能科普教育教學(xué)模式，其教學(xué)實(shí)施過(guò)程以教師的講授為主，提倡教師有意義的情境創(chuàng)設(shè)及對(duì)學(xué)生知識(shí)原理理解的支持，同時(shí)注重學(xué)生練習(xí)及分享，并以初一《語(yǔ)音合成》課程為例詳細(xì)解釋了教學(xué)流程的實(shí)施[7]，此模式在教師傳授基礎(chǔ)的人工智能知識(shí)方面有很好的借鑒價(jià)值，學(xué)生在有意義情景下的學(xué)習(xí)比較容易建立人工智能知識(shí)與生活實(shí)際的聯(lián)系。但此種缺乏學(xué)生自主探究項(xiàng)目的教學(xué)模式，使得學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力在自主探究過(guò)程中得不到良好培養(yǎng)，這些能力是人工智能時(shí)代學(xué)生人工智能素養(yǎng)培育中的重要內(nèi)容。

對(duì)以探究式為主的課程實(shí)施方式的研究較多：李鳴華2008 年論述了案例教學(xué)法在高中人工智能課程中的運(yùn)用，并對(duì)案例教學(xué)法運(yùn)用于人工智能課程中案例的編選、呈現(xiàn)、分析等原則及方法進(jìn)行了詳細(xì)論述[8]。強(qiáng)調(diào)教師作為課程的輔助者，引導(dǎo)學(xué)生積極參與進(jìn)給定案例情境的探究中，此方法突出了學(xué)生主體性的發(fā)揮，利于學(xué)生建立人工智能知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題的聯(lián)系，學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力也得到了充分培養(yǎng)，但由于人工智能知識(shí)的綜合性、復(fù)雜性，一味強(qiáng)調(diào)學(xué)生探究性的發(fā)揮有可能導(dǎo)致知識(shí)邏輯思維建立的不完善。北京師范大學(xué)課程與教學(xué)研究院在中小學(xué)人工智能課程教學(xué)實(shí)踐方面進(jìn)行了探索，其課程以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主要形態(tài)，依托項(xiàng)目使學(xué)生動(dòng)手探究，教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生探究過(guò)程中的指導(dǎo)者、輔助者，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到了充分發(fā)揮[9]。其與案例教學(xué)法在人工智能課程中的實(shí)施有相似之處。陳凱泉等2018 年提出，目前我國(guó)開(kāi)展得如火如荼的STEM 教育、創(chuàng)客教育中均部分涉及人工智能教育的影子，人工智能相關(guān)內(nèi)容的復(fù)雜性、跨學(xué)科性致使人工智能教育最好以一種貼近生活實(shí)際的探究式教學(xué)方式展開(kāi)[10]。目前探究式教學(xué)也是STEM、創(chuàng)客教育中普遍采用的教學(xué)策略。

國(guó)外學(xué)者主要采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式來(lái)進(jìn)行人工智能課程的實(shí)施探究，如Nicole Sintov、Debarun Kar 等人探究了使用從問(wèn)題到項(xiàng)目的腳手架框架來(lái)教授人工智能[11]，即以一個(gè)真實(shí)世界的問(wèn)題為基礎(chǔ)，引入基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)與教學(xué)來(lái)支持教授復(fù)雜的人工智能概念，問(wèn)題到項(xiàng)目的腳手架的好處是有一個(gè)統(tǒng)一的主題，使學(xué)習(xí)者和指導(dǎo)者能夠?qū)⒏拍詈腿蝿?wù)與中心思想聯(lián)系起來(lái)。同時(shí)主題還提供了增強(qiáng)相關(guān)性的能力，案例中的項(xiàng)目以游戲項(xiàng)目的形式展開(kāi)；課程實(shí)施方式為從真實(shí)世界的問(wèn)題開(kāi)始，逐步引入復(fù)雜的人工智能概念，使用講座、互動(dòng)練習(xí)，最終通過(guò)動(dòng)手游戲來(lái)促進(jìn)學(xué)習(xí)；以保護(hù)野生動(dòng)物安全的游戲?yàn)槔?，利用人工智能明確部署安全資源，幫助護(hù)林員自動(dòng)生成隨機(jī)巡邏策略，游戲中學(xué)習(xí)者可以輪流扮演護(hù)林員和偷獵者的角色，展開(kāi)形式為個(gè)人或小組，分團(tuán)隊(duì)進(jìn)行策略制定及策略程序?qū)?，并在此過(guò)程中不斷優(yōu)化自己的程序；從最終結(jié)果來(lái)看，采用這種方法，使用游戲植根于現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題，學(xué)習(xí)者的參與度較高且增加了他們學(xué)習(xí)人工智能概念的興趣。Amruth N Kumar采用同樣的方式使用機(jī)器人教授人工智能課程[12]，課程實(shí)施載體是具體的項(xiàng)目，針對(duì)每個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容主題，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)項(xiàng)目讓機(jī)器人參與到現(xiàn)實(shí)世界中有意義的任務(wù)中，其項(xiàng)目有盲搜索、游戲玩法等，此種教學(xué)方式對(duì)學(xué)生理解算法的復(fù)雜性及處理突發(fā)性、不確定性的編程大有裨益，課程實(shí)施過(guò)程中確保了開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室，允許課后完成項(xiàng)目以此來(lái)保證學(xué)生設(shè)計(jì)、測(cè)試、創(chuàng)新時(shí)間的充裕，同時(shí)根據(jù)學(xué)生的項(xiàng)目完成情況及反饋適當(dāng)對(duì)環(huán)境和機(jī)器人項(xiàng)目成功的標(biāo)準(zhǔn)做出調(diào)整，當(dāng)項(xiàng)目完成標(biāo)準(zhǔn)不變時(shí)，學(xué)生逐漸嘗試與他人合作來(lái)共同完成一個(gè)項(xiàng)目，最終，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于真實(shí)生活情境的項(xiàng)目對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能課程的優(yōu)勢(shì)作用更顯著，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)生活中的環(huán)境通常要求近似而不是精確，更易允許從錯(cuò)誤中逐漸改進(jìn)來(lái)取得成功，并幫助學(xué)生理解如何操作一個(gè)算法，學(xué)生對(duì)人工智能課程的投入也變得更高。

總之，基于探究式教學(xué)方式的人工智能課程實(shí)施模式對(duì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題能力、創(chuàng)新能力、人際協(xié)作能力的培養(yǎng)大有裨益。但由于人工智能課程的特性，對(duì)基礎(chǔ)教育而言，如何使人更好地適應(yīng)人工智能新時(shí)代，培養(yǎng)適應(yīng)人工智能時(shí)代全面發(fā)展的人是人工智能課程需要真正解決的問(wèn)題[9]。因此，除了聯(lián)系實(shí)際生活對(duì)學(xué)生人工智能應(yīng)用能力的培養(yǎng)外，還應(yīng)該注重學(xué)生人工智能思維、對(duì)人工智能基本原理等知識(shí)以及人工智能涉及的情感、倫理等方面知識(shí)的培養(yǎng)。只有這樣，才能在未來(lái)時(shí)代達(dá)到人的智能與人工智能協(xié)同共生。

四、中小學(xué)人工智能課程的培養(yǎng)目標(biāo)分析

人工智能在簡(jiǎn)單重復(fù)的腦力勞動(dòng)等方面確實(shí)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但其絕不能全面替代人類，目前教育要培養(yǎng)“人工智能時(shí)代的原住民”,即掌握人工智能時(shí)代所需知識(shí)與能力、能夠與人工智能系統(tǒng)協(xié)作的創(chuàng)新型、智能型人才[13]。BBC 基于牛津大學(xué)卡爾·佛雷和米歇爾·奧斯本（Frey&Osborne，2016）的數(shù)據(jù)分析了未來(lái)的職業(yè)淘汰率，結(jié)果顯示掌握社交、協(xié)商、同情心、創(chuàng)意和審美的職業(yè)被取代的幾率非常小[14]。因此，在教授人工智能課程的過(guò)程中，不僅要注重人工智能支撐技術(shù)、基本原理等知識(shí)的系統(tǒng)傳授，還要注重對(duì)學(xué)生那些不能被代替的如共情能力、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力等的培養(yǎng)，畢竟未來(lái)時(shí)代不只需要熟練人工智能的技術(shù)型人才，還需要廣大理解并熟悉應(yīng)用的人。

英、美、澳等發(fā)達(dá)國(guó)家的人工智能課程體系體現(xiàn)出了其培養(yǎng)目標(biāo)，除了對(duì)人工智能應(yīng)用模塊如專家系統(tǒng)、自然語(yǔ)言處理等知識(shí)的學(xué)習(xí)外，一個(gè)突出特色還體現(xiàn)在對(duì)學(xué)生人工智能時(shí)代思維方式的培養(yǎng)上[5]。如印第安納州幼兒園至八年級(jí)的計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于人工智能課程提出了明確要求：通過(guò)對(duì)人類智能與人工智能在表征方式及行為模式等方面的對(duì)比來(lái)識(shí)別二者的差異。這種差異識(shí)別的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)人工智能解決問(wèn)題的方式有了更深的理解，其人工智能思維也隨之得到了提升，正如蔣里博士指出的那樣，人的智能+人工智能是未來(lái)教育的最大出路，讓學(xué)生在人工智能課程的學(xué)習(xí)中不僅學(xué)習(xí)專業(yè)的人工智能知識(shí)，在此過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的人工智能思維，使其更加熟知人工智能與人類智能的差異及各自優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)更得心應(yīng)手地應(yīng)用人工智能、與人工智能相處，這是中小學(xué)人工智能課程實(shí)施的最大出路。人工智能時(shí)代需要未來(lái)的公民熟知并能掌握常用的智能工具、機(jī)器、設(shè)備等來(lái)處理生產(chǎn)、生活特別是研發(fā)創(chuàng)新工作中的復(fù)雜問(wèn)題[5]?；诖?，中小學(xué)人工智能課程應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生下述方面的能力：

1.人工智能思維

人工智能思維的核心是認(rèn)知，涉及如何解決人工智能通用問(wèn)題，是一套成熟的、應(yīng)用廣泛的知識(shí)表征觀念，以及相應(yīng)的易用的推理引擎[15]。人工智能思維可以幫助學(xué)生理解人工智能基本原理和解決問(wèn)題的方法，有助于人工智能知識(shí)的遷移。正如《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》中明確提出通過(guò)學(xué)習(xí)人工智能，學(xué)生應(yīng)該能描述典型人工智能算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，這是人工智能時(shí)代一種基礎(chǔ)的思維方式。

2.人工智能應(yīng)用能力

人工智能應(yīng)用能力涉及學(xué)生利用人工智能技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題，能熟練自如地利用人工智能，達(dá)到人機(jī)協(xié)同的狀態(tài)，學(xué)生可以在實(shí)踐中根據(jù)具體問(wèn)題，進(jìn)行人工智能應(yīng)用模塊的修正改進(jìn)甚至重新設(shè)計(jì)，人工智能應(yīng)用能力的培養(yǎng)一般可以通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中利用人工智能解決問(wèn)題及實(shí)踐創(chuàng)新的能力[7]。

3.人工智能情感因素

人工智能有其適合的問(wèn)題，但絕對(duì)不能取代人的智能，人的共情、審美、創(chuàng)意等能力是人工智能不能代替的。應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生對(duì)人工智能積極合理的認(rèn)識(shí)，悅納人工智能，并自覺(jué)遵守人工智能相關(guān)倫理道德[16]，客觀認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)對(duì)社會(huì)生活的影響，對(duì)人工智能樹(shù)立正確的態(tài)度。把握培養(yǎng)目標(biāo)，讓學(xué)生了解人工智能，具備人工智能思維，應(yīng)用人工智能，對(duì)人工智能技術(shù)及自身能力的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)有一個(gè)清楚的認(rèn)知，成為“人工智能時(shí)代的原住民”。

五、中小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式探析

王本陸等2018 年提出中小學(xué)人工智能課程是培養(yǎng)適應(yīng)人工智能時(shí)代的全面發(fā)展的人，在人工智能時(shí)代，人文素養(yǎng)、創(chuàng)造力及計(jì)算思維將是青少年所需的核心能力[9]。需要明確的是人工智能思維與計(jì)算思維密切聯(lián)系，因?yàn)榫邆溆?jì)算能力的機(jī)器智能是實(shí)現(xiàn)智能的主要手段[15]，這也反映出人工智能思維較之計(jì)算思維涉及的范圍更廣。

學(xué)生人工智能的思維、應(yīng)用能力及情感是中小學(xué)人工智能課程培養(yǎng)的重點(diǎn)，因此，人工智能課程的實(shí)施既要緊抓教學(xué)內(nèi)容，確保知識(shí)的系統(tǒng)傳授，在此過(guò)程中使學(xué)生的思維得到健全培養(yǎng)，又要注重學(xué)生自主探究能力的發(fā)揮。綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可知項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是人工智能探究活動(dòng)開(kāi)展的最佳方式之一，貼近生活實(shí)際的案例使學(xué)生的學(xué)習(xí)好奇心、積極性得到充分激發(fā)，同時(shí)能習(xí)得利用人工智能解決具體問(wèn)題的能力，在項(xiàng)目開(kāi)展的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、創(chuàng)新、協(xié)作、共情等人工智能時(shí)代所需的最寶貴的能力也得到了發(fā)展。在教師系統(tǒng)講授及學(xué)生主動(dòng)探究的過(guò)程中，倫理知識(shí)、對(duì)人工智能的正確定位等人工智能情感一直在滲透其中。因此，中小學(xué)人工智能課程適宜的教學(xué)模式應(yīng)該是“教師有意義的講授+學(xué)生為主體”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。調(diào)整好課時(shí)安排，在基礎(chǔ)課程知識(shí)傳授之后，緊接一個(gè)相關(guān)的難度、形式設(shè)置合理的項(xiàng)目，讓學(xué)生進(jìn)行更深入的探究。

“有意義的知識(shí)傳授+學(xué)生為主體”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在中小學(xué)人工智能課程中的實(shí)施過(guò)程如下：

1.提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

“人工智能”研究對(duì)象規(guī)定為人工智能的基本原理和技術(shù)，知識(shí)點(diǎn)的抽象性、邏輯性致使其通常采用教師講授為主的教學(xué)模式[17]。中小學(xué)人工智能課程中的知識(shí)傳授并非走傳統(tǒng)“填鴨式”的老路，教師可以利用與學(xué)生學(xué)習(xí)生活緊密相關(guān)的問(wèn)題來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引其注意力，發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，這也可以促使學(xué)生將人工智能與實(shí)際生活聯(lián)系起來(lái)。

2.新知講授

人工智能時(shí)代，精通人工智能的專門(mén)人才的培養(yǎng)固然重要，但就基礎(chǔ)教育階段而言，使人更好地適應(yīng)人工智能時(shí)代[9]，是一個(gè)更加重要的問(wèn)題。因此教師在傳授知識(shí)的過(guò)程中，應(yīng)該更關(guān)注學(xué)生人工智能思維的培養(yǎng)，同時(shí)進(jìn)行人工智能倫理道德等方面的普及，而非僅僅要求學(xué)生進(jìn)行復(fù)雜算法等知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)掌握。比如在高中人工智能知識(shí)點(diǎn)“分類器”的講述中，教師應(yīng)該將講授重點(diǎn)放在分類過(guò)程即特征提取、分類器的訓(xùn)練、測(cè)試應(yīng)用這三階段的實(shí)現(xiàn)原理、相互關(guān)系上，而非將關(guān)注點(diǎn)僅僅聚焦于訓(xùn)練算法，學(xué)生學(xué)習(xí)之后，更應(yīng)該達(dá)到熟悉分類器工作思想、了解其在生活中應(yīng)用的目標(biāo)。

3.項(xiàng)目開(kāi)展，實(shí)踐探究

在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的傳授之后，應(yīng)該緊接一個(gè)與之相關(guān)的、聯(lián)系生活實(shí)際且難度適宜的項(xiàng)目來(lái)促使學(xué)生人工智能應(yīng)用能力的發(fā)展，需要明確的是，實(shí)際的項(xiàng)目探究不能隨堂練習(xí)化，學(xué)生必須親歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程。比如關(guān)于分類器所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)原理講授完成之后，教師設(shè)計(jì)一個(gè)以真實(shí)問(wèn)題為主題的項(xiàng)目讓學(xué)生展開(kāi)分組協(xié)作探究。以花朵分類為例，要求學(xué)生自行制定項(xiàng)目實(shí)施流程，最終得到一個(gè)花朵分類器。教師作為探究過(guò)程中的輔助者，為學(xué)生提供訓(xùn)練集等探究所需的資源，考慮到時(shí)間因素，教師可以提供部分?jǐn)?shù)據(jù)，但為了增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)感，可以讓學(xué)生自行測(cè)量花朵數(shù)據(jù)來(lái)充實(shí)訓(xùn)練集。學(xué)生在實(shí)踐探究的過(guò)程中，可以體會(huì)到不同訓(xùn)練算法訓(xùn)練出的分類器的差異，并通過(guò)分類準(zhǔn)確率來(lái)選擇出成效最佳的分類器。小組協(xié)作的方式使學(xué)生的社交能力、共情能力等都得到了發(fā)展，在項(xiàng)目實(shí)踐中，學(xué)生勢(shì)必會(huì)面臨許多實(shí)際的、非良構(gòu)的問(wèn)題，其問(wèn)題解決能力也會(huì)逐漸增強(qiáng)，同時(shí)學(xué)生的人工智能應(yīng)用能力、對(duì)人工智能的定位認(rèn)識(shí)也更加明晰，深刻體驗(yàn)到了人工智能技術(shù)帶給學(xué)習(xí)、生活的影響，進(jìn)一步激發(fā)了其學(xué)習(xí)人工智能的積極性，非常利于人機(jī)協(xié)同的未來(lái)時(shí)代。

4.探討交流

項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)后的探討交流可以為學(xué)生提供一個(gè)很好的反思改進(jìn)機(jī)會(huì)，學(xué)生可以互相交流自己小組在項(xiàng)目實(shí)踐中遇到的各種問(wèn)題及解決途徑，也可以交流項(xiàng)目協(xié)作中的小組分工等問(wèn)題，同時(shí)從其他小組中獲得有益的經(jīng)驗(yàn)，有利于下次項(xiàng)目的順利開(kāi)展，通過(guò)比對(duì)自己與他人的作品可以更加深化對(duì)知識(shí)的理解。最后，通過(guò)教師評(píng)價(jià)、小組互評(píng)、小組自評(píng)來(lái)對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題及最終的項(xiàng)目成功做出評(píng)價(jià)，學(xué)生獲得反饋后可以進(jìn)一步改進(jìn)自己的作品，獲得提升發(fā)展。

此教學(xué)模式可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活安排，教學(xué)內(nèi)容可以是課程中的一節(jié)或是一章。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容合理安排課時(shí)，若是內(nèi)容較多，則可在講授基本知識(shí)后布置項(xiàng)目主題，讓學(xué)生進(jìn)行構(gòu)思，下節(jié)課的時(shí)候再進(jìn)行分組項(xiàng)目探究及分享交流。甚至可以安排一個(gè)以上的項(xiàng)目，一個(gè)作為基礎(chǔ)知識(shí)鞏固，一個(gè)作為拓展提高，只要把握“教師有意義的講授+學(xué)生為主體”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的人工智能課程模式的培養(yǎng)核心便可。

針對(duì)中小學(xué)人工智能課程的培養(yǎng)目標(biāo)，此種“教師有意義的講授+學(xué)生為主體”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式可以有效培養(yǎng)適應(yīng)人工智能時(shí)代的人才。教師有意義的講授確保了知識(shí)系統(tǒng)的完整連貫性，學(xué)生的人工智能思維能得到良好的培養(yǎng)，學(xué)生為主體的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)使得學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題能力以及創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)，增強(qiáng)了人工智能應(yīng)用能力，同時(shí)協(xié)作探究的過(guò)程中學(xué)生的社交能力及對(duì)人工智能的定位與情感也朝著正確的方向發(fā)展，有利于培養(yǎng)適應(yīng)人工智能社會(huì)的人才。