例談信息技術(shù)教學(xué)中人工智能內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

肖娟

當(dāng)前，人工智能教育已進(jìn)入不少中小學(xué)的課堂，不少地區(qū)也將人工智能教育內(nèi)容作為中小學(xué)信息技術(shù)教育的重要組成部分。信息技術(shù)是一門前沿學(xué)科，如何按照中小學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)規(guī)律將人工智能教育落實(shí)在課堂教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力？筆者在參與了近期小學(xué)信息技術(shù)課堂人工智能內(nèi)容教學(xué)的案例研討后，用三個(gè)典型案例對(duì)人工智能教學(xué)中體驗(yàn)、編程、原理講解等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，并提出下一步教學(xué)的建議和思考。

本文體驗(yàn)探究為主

蘇霍姆林斯基說(shuō)過(guò)，“使學(xué)生親身感受到知識(shí)獲取的過(guò)程，其樂趣是知識(shí)本身無(wú)法給予的”。人工智能教學(xué)更是如此，既要貼近學(xué)生實(shí)際生活，又要讓學(xué)生自由探索和體驗(yàn)新技術(shù)，發(fā)展問(wèn)題求解的能力，在活動(dòng)—體驗(yàn)—提煉—思考—實(shí)踐過(guò)程中完成體驗(yàn)探究的全過(guò)程。

案例分析：《語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)》一課。

基本環(huán)節(jié)：本課中，教師設(shè)計(jì)的教學(xué)重點(diǎn)是學(xué)生對(duì)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用和感受，難點(diǎn)是讓學(xué)生了解語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的原理。本課共設(shè)計(jì)感知、體驗(yàn)、應(yīng)用和創(chuàng)新四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：感知環(huán)節(jié)，首先通過(guò)聽寫兩個(gè)成語(yǔ)，讓學(xué)生分析人類進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的過(guò)程，再觀看語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的小視頻，讓學(xué)生調(diào)整機(jī)器進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的次序;體驗(yàn)環(huán)節(jié)，為每個(gè)小組提供一個(gè)智能設(shè)備，讓學(xué)生根據(jù)不同的語(yǔ)音任務(wù)進(jìn)行體驗(yàn);應(yīng)用環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)三個(gè)使用語(yǔ)音識(shí)別的場(chǎng)景，分析技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì);創(chuàng)新環(huán)節(jié)，讓學(xué)生思考如何利用語(yǔ)音識(shí)別功能解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。最后教師布置拓展任務(wù)，即讓學(xué)生討論智能語(yǔ)音門鎖的利弊。

分析與思考：本課的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)緊湊，思路清晰，學(xué)生參與度較高，但教學(xué)難點(diǎn)沒有突破。課堂的感知環(huán)節(jié)沒有達(dá)到預(yù)期效果，學(xué)生對(duì)聲音特征提取和模型的匹配兩個(gè)抽象內(nèi)容沒有很好地掌握，學(xué)生的簡(jiǎn)單體驗(yàn)不足以支撐對(duì)本知識(shí)點(diǎn)的建構(gòu)。

如大衛(wèi)·庫(kù)伯所言，學(xué)習(xí)是一個(gè)從激活具體經(jīng)驗(yàn)開始，經(jīng)歷反思觀察，達(dá)到抽象概念化，再通過(guò)主動(dòng)實(shí)驗(yàn)回到具體經(jīng)驗(yàn)的一個(gè)循環(huán)往復(fù)的學(xué)習(xí)圈，經(jīng)歷“具體→抽象→具體”的迭代。因此，如果一定要在第一個(gè)環(huán)節(jié)展示機(jī)器進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的過(guò)程，那么在接下來(lái)的各環(huán)節(jié)，教師要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)原理進(jìn)行探究、驗(yàn)證，加深學(xué)生對(duì)原理的理解。

本文編程實(shí)踐為主

編程實(shí)踐是在感知體驗(yàn)、了解原理之后，通過(guò)圖形化編程或使用編程語(yǔ)言，讓學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)硬、軟件作品來(lái)表達(dá)自己的想法和創(chuàng)意，解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。為了讓學(xué)生加深對(duì)原理的認(rèn)知和熟悉設(shè)計(jì)作品的基本流程，通常在項(xiàng)目活動(dòng)中開展編程教育。

案例分析：“自動(dòng)避障機(jī)器人”項(xiàng)目。

基本環(huán)節(jié)：本項(xiàng)目設(shè)5個(gè)課時(shí)，分別是項(xiàng)目設(shè)計(jì)—造型搭建—功能實(shí)現(xiàn)—造型美化—展示分享，信息技術(shù)教師負(fù)責(zé)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，科學(xué)教師負(fù)責(zé)造型搭建環(huán)節(jié)，美術(shù)教師負(fù)責(zé)作品造型美化環(huán)節(jié)，語(yǔ)文教師負(fù)責(zé)作品展示分享。本課是第3課時(shí)，使用傳感器編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，讓學(xué)生使用圖形化編程實(shí)現(xiàn)條件判斷模塊功能，如果變量值為1，執(zhí)行避障功能。

分析與思考：整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)相對(duì)完整，設(shè)計(jì)理念突出STEAM教育理念。本節(jié)課有兩個(gè)特點(diǎn)：一是小組合作熟練，組內(nèi)學(xué)生在項(xiàng)目完成過(guò)程中分別擔(dān)任程序員、打字員和匯報(bào)員，各司其責(zé)，分工協(xié)作，學(xué)習(xí)過(guò)程非常順暢;二是學(xué)習(xí)資源豐富，項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中教師為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了微課、動(dòng)畫視頻、網(wǎng)頁(yè)學(xué)習(xí)平臺(tái)等學(xué)習(xí)資源，為學(xué)生探究提供了必要條件。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和STEAM教育理念在中小學(xué)信息技術(shù)課堂中的展示形式豐富多樣，但也存在不少問(wèn)題，主要問(wèn)題集中在課堂時(shí)間的限制，以及教學(xué)內(nèi)容的開放性、作品的個(gè)性化、問(wèn)題的深度等方面。例如，本堂課中項(xiàng)目?jī)?nèi)容既定，課堂容量較小，僅為條件判斷模塊中條件表達(dá)式“紅外避障變量==1”的教學(xué)，學(xué)生可施展空間受限，動(dòng)手操作的積極性不高。針對(duì)這種情況，教師可以提供多個(gè)簡(jiǎn)單模塊使用的學(xué)習(xí)資源，豐富學(xué)習(xí)的成果，更加關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升。項(xiàng)目學(xué)習(xí)基于學(xué)生體驗(yàn)，不僅要真實(shí)、有趣，還要呈現(xiàn)模式多樣、答案不確定的問(wèn)題，以激發(fā)學(xué)生探究的欲望和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

本文原理講解為主

基本原理是人工智能課程的重要組成部分，基本原理的講解考驗(yàn)教師對(duì)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中人工智能課程的理解和對(duì)技術(shù)原理本身掌握的程度，是中小學(xué)教師開展人工智能課程面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

案例分析：《數(shù)制》一課。

基本環(huán)節(jié)：本課的設(shè)計(jì)思路是提出問(wèn)題—提煉已知—探索新知—關(guān)聯(lián)新舊知識(shí)—解決問(wèn)題，教師課前用讀心術(shù)游戲做問(wèn)題鋪墊，從十進(jìn)制、時(shí)鐘、圓角等學(xué)生熟悉的計(jì)數(shù)方式引出二進(jìn)制。通過(guò)講解，學(xué)生完成練習(xí)單，進(jìn)一步深入到位權(quán)的學(xué)習(xí)，教師通過(guò)問(wèn)卷星檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果，最后解秘讀心術(shù)。

分析與思考：本課的設(shè)計(jì)以問(wèn)題為導(dǎo)向，教師邏輯思維較強(qiáng)，教學(xué)思路清晰，課堂反饋及時(shí)有效。但由于教師針對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)中的主要目標(biāo)——二進(jìn)制轉(zhuǎn)化的知識(shí)點(diǎn)輸入過(guò)多，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和參與度受到影響，學(xué)生學(xué)習(xí)方法和能力的培養(yǎng)并沒有很好地體現(xiàn)，需要進(jìn)一步優(yōu)化課堂設(shè)計(jì)。

理論課在信息技術(shù)一線教學(xué)中往往存在較大問(wèn)題，其中一個(gè)主要的原因是離開計(jì)算機(jī)，教師容易將信息技術(shù)理論課上成數(shù)學(xué)課，或道德與法治課，甚至語(yǔ)文課。信息技術(shù)學(xué)科的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)不容易突出，是因?yàn)榻處煂?duì)信息素養(yǎng)的本質(zhì)認(rèn)識(shí)不到位，信息素養(yǎng)的本質(zhì)就是無(wú)論在何種硬件條件下，學(xué)生面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題，都要能夠運(yùn)用信息技術(shù)教學(xué)中所學(xué)的操作能力和技術(shù)思想通過(guò)合作、交流、分享解決問(wèn)題。在本案例中，在有效的情境引入后，教師可以將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)為任務(wù)群，作為學(xué)生合作探究解決的主要內(nèi)容，教師提供豐富的素材或適當(dāng)?shù)膮f(xié)作，師生共同達(dá)成本課教與學(xué)的目標(biāo)。

本文結(jié)束語(yǔ)

在人工智能課程中，無(wú)論是體驗(yàn)、編程還是原理的學(xué)習(xí)，在落地中小學(xué)信息技術(shù)課堂的時(shí)候，都離不開信息技術(shù)課堂教學(xué)的本質(zhì)，即從重知識(shí)講授、重工具應(yīng)用、重興趣提升轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾晫W(xué)生信息素養(yǎng)的全面綜合教育和培養(yǎng)，只有重視信息技術(shù)的科學(xué)本質(zhì)，才能凸顯學(xué)科的育人價(jià)值。