愛(ài)上“AI”，讓學(xué)生在探索實(shí)踐中成長(zhǎng)

徐斌?吳松松

【摘 要】鑒于近年來(lái)人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能的知識(shí)顯得更加重要。而“雙減”政策下的學(xué)校教育又該如何提質(zhì)增效？本文以本校人工智能課程開(kāi)展的過(guò)程中，使用PBL教學(xué)法對(duì)學(xué)生在“雙減”政策下學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及提升進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】人工智能 PBL教學(xué)法 培養(yǎng)創(chuàng)新能力

近年來(lái)，人工智能發(fā)展迅速，無(wú)論是在圖像識(shí)別還是語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)上都有了較大的進(jìn)步，這些技術(shù)不僅極大地改變了我們的生活方式，也極大地影響了教育行業(yè)的發(fā)展。在影響未來(lái)教育的因素中，人工智能被認(rèn)為是一個(gè)不可忽視的重要變量。隨著新時(shí)代教育的需要，以及大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人工智能技術(shù)也進(jìn)入了新時(shí)代。人工智能是一門(mén)涉及多學(xué)科的交叉學(xué)科，其各主要研究領(lǐng)域都處于迅速發(fā)展中，許多高校也開(kāi)設(shè)了這一專(zhuān)業(yè)。同時(shí)，有關(guān)人工智能與教育的研究呈現(xiàn)出逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，如何運(yùn)用好智慧課堂，讓學(xué)生從中學(xué)得更好，讓教師從重復(fù)、機(jī)械式的教學(xué)中解放，提升工作效率，培養(yǎng)出新時(shí)代建設(shè)需要的創(chuàng)新型人才也是未來(lái)教育發(fā)展的必然方向。

最新教育部公布的中小學(xué)生37項(xiàng)賽事中，很多是人工智能應(yīng)用和創(chuàng)新大賽。人工智能課程也已經(jīng)開(kāi)始列入中小學(xué)必修內(nèi)容，其目標(biāo)是通過(guò)編程實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，而本校人工智能課程的開(kāi)設(shè)，也充分落實(shí)了這一政策，開(kāi)啟了新時(shí)代育人的新篇章。如何開(kāi)展好人工智能課堂教學(xué)？PBL教學(xué)法有著非常關(guān)鍵的作用。

陶行知先生的教育理念是建立理想社會(huì)的精神，而協(xié)作和探究的精神是PBL的核心精神，也是未來(lái)教育的核心要素。PBL有著悠久的歷史，可追溯到20世紀(jì)初期弗蘭西斯·W.帕克（Francis W.Parker）的“項(xiàng)目教學(xué)”（project teaching）和約翰·杜威（John Dewey）的“做中學(xué)”理念。其教學(xué)理念吸收了農(nóng)藝學(xué)和工藝學(xué)的思想，最初在小學(xué)中使用，后來(lái)拓展至其他階段。隨著時(shí)代的演變，它成了一種以人工制品開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并協(xié)作確定解決問(wèn)題方案的學(xué)習(xí)型課程新模式。這些人工制品對(duì)學(xué)生而言是真實(shí)而有意義的，映射出學(xué)科或跨學(xué)科的核心概念和原理，反映領(lǐng)域?qū)＜遥茖W(xué)家、數(shù)學(xué)家、作家、歷史學(xué)家、工程師等）的實(shí)踐活動(dòng)。人工制品可以是報(bào)告、實(shí)物模型、計(jì)算機(jī)模型、視頻、錄音和其他基于技術(shù)的表征等。簡(jiǎn)單來(lái)講，PBL是通過(guò)情境設(shè)置，以問(wèn)題為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心的理念，能優(yōu)化傳統(tǒng)教育中學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的模式，激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)造力和潛能，讓學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，這樣的學(xué)習(xí)方式似乎更受學(xué)生歡迎并更容易被接受。

PBL與傳統(tǒng)教育中教師習(xí)慣的教學(xué)方式大相徑庭，PBL式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)中，團(tuán)隊(duì)合作是重要的核心模塊。PBL要求教師少教多指導(dǎo)，傳統(tǒng)教育則是教師單方面的全程教授。因此，對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，PBL的第一個(gè)挑戰(zhàn)就是如何改變自己的教學(xué)習(xí)慣，并適應(yīng)以及應(yīng)對(duì)課堂上經(jīng)常出現(xiàn)的不確定性。對(duì)于應(yīng)試教育下的課堂，推行這種方式，也可能面臨學(xué)生不適應(yīng)和學(xué)業(yè)成績(jī)下降的風(fēng)險(xiǎn)，這種模式一般有問(wèn)題定義—探索—設(shè)計(jì)—?jiǎng)?chuàng)造—測(cè)試—分享—改進(jìn)這一過(guò)程，基本整個(gè)課堂都是以學(xué)生為主，教師只起引導(dǎo)作用。而從當(dāng)前的情況來(lái)看，要想課堂效果好，需要教師花大量的時(shí)間和精力進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)，這在目前的教育環(huán)境下很難實(shí)現(xiàn)，因此PBL教學(xué)法在實(shí)際教學(xué)中也少有完整體現(xiàn)。在日常信息課教學(xué)中，雖然說(shuō)采用這種方式的比較多，但由于環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)上缺乏有力的抓手，真正實(shí)施的效果也并不好。隨著新時(shí)代教育的需要，國(guó)家人才培養(yǎng)的需要，改變現(xiàn)行教學(xué)方式，探討合適的教學(xué)方法，對(duì)將來(lái)人工智能領(lǐng)域的人才培養(yǎng)有重要意義。目前，學(xué)校人工教育課程系列，從人工智能基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)入手，讓每個(gè)學(xué)生學(xué)會(huì)與智能工具打交道，體驗(yàn)日常生活中人工智能產(chǎn)品的運(yùn)用，同時(shí)又分學(xué)段實(shí)施不同層次的編程教學(xué)，教會(huì)學(xué)生用編程解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)計(jì)算思維、創(chuàng)新思維等信息時(shí)代的基本素養(yǎng)。在整個(gè)體系的教學(xué)中，PBL教學(xué)法是核心。

一、人工智能教學(xué)中的PBL教學(xué)法以學(xué)生為中心，注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，往往是以教師為中心而忽略了學(xué)生這一主體。人工智能課程的開(kāi)設(shè)大大改變了課堂模式。學(xué)校該課程體系中，選取了一些與學(xué)生年齡相符、容易接受的知識(shí)作為情境。以課程內(nèi)容《誰(shuí)的大嘴巴》為例，在課程授課之前，通過(guò)相互搭配的小組合作模式，學(xué)生在輕松的環(huán)境中進(jìn)入課程學(xué)習(xí);通過(guò)悟空機(jī)器人的表演吸引學(xué)生眼球，了解人工智能帶來(lái)的驚喜;通過(guò)課件的導(dǎo)入讓學(xué)生思考已認(rèn)知的動(dòng)物世界，用自己的語(yǔ)言來(lái)描述出動(dòng)物的樣子及主要特征，學(xué)生在了解了動(dòng)物的身體構(gòu)造特征和動(dòng)物嘴巴動(dòng)的原因后，設(shè)計(jì)出動(dòng)物模型;通過(guò)對(duì)比思考讓學(xué)生考慮需要用到的電子元器件，教師再具體介紹主控、舵機(jī)和眼燈的功能，讓學(xué)生根據(jù)課例動(dòng)手實(shí)踐搭建出動(dòng)物模型。通過(guò)示意圖和教師的指導(dǎo)，85%以上的學(xué)生能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)搭建好自己的模型，但也呈現(xiàn)出部分學(xué)生動(dòng)手能力比較弱的特點(diǎn)，雖然他們有點(diǎn)落后但似乎也不甘心落后，教師即時(shí)鼓勵(lì)，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和興趣。接下來(lái)的編輯環(huán)節(jié)是最讓學(xué)生激動(dòng)的，在了解了程序連接、編程模式及程序要求后，每個(gè)小組都情緒高漲、信心滿(mǎn)滿(mǎn)，最快的小組在10分鐘內(nèi)便完成了第一次的程序編寫(xiě)，并且運(yùn)行成功，喜悅和成功的滿(mǎn)足感讓學(xué)生更加喜歡這門(mén)課程。有些小組在嘗試失敗后，努力尋找原因，在沒(méi)有尋求教師幫助的情況下也完成了任務(wù)，部分小組最后也在教師的指導(dǎo)下達(dá)到了程序要求，最終通過(guò)控制眼燈和嘴巴進(jìn)行動(dòng)作設(shè)計(jì)的變換，展示成果。學(xué)生完全沉浸于這種課堂氛圍，人工智能課也成了四年級(jí)學(xué)生最期盼的課程。

二、人工智能教學(xué)中的PBL教學(xué)法以問(wèn)題為導(dǎo)向，注重提高學(xué)生的實(shí)踐能力

小學(xué)人工智能的課堂教學(xué)從目前來(lái)看只是剛剛起步，在新時(shí)代教育的大環(huán)境背景下，特別要強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)有創(chuàng)新思維能力的人才，而小學(xué)人工智能課堂的開(kāi)設(shè)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)動(dòng)力提供了有力支持，PBL教學(xué)法似乎更適應(yīng)當(dāng)代學(xué)生的發(fā)展情況和社會(huì)需求。在學(xué)校執(zhí)行“雙減”政策后，人工智能的校級(jí)社團(tuán)成為學(xué)生最喜愛(ài)的校級(jí)社團(tuán)，而在社團(tuán)活動(dòng)中提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力更是社團(tuán)活動(dòng)開(kāi)展的重點(diǎn)。例如，在講解電機(jī)的功能時(shí)，讓學(xué)生制作一個(gè)簡(jiǎn)易風(fēng)扇，通過(guò)轉(zhuǎn)速的控制來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量大小實(shí)現(xiàn)其基本功能，隨著學(xué)生認(rèn)知度的提高，實(shí)現(xiàn)這一功能對(duì)于社團(tuán)學(xué)生來(lái)講并不是難事。把問(wèn)題拋出來(lái)后，讓學(xué)生聯(lián)系實(shí)際生活，想想日常生活中是如何控制風(fēng)扇的和風(fēng)扇的其他功能要求，有學(xué)生說(shuō)用調(diào)控開(kāi)關(guān)來(lái)控制風(fēng)扇，還有學(xué)生說(shuō)風(fēng)扇有定時(shí)功能、遙控功能，可以搖頭……能不能讓這些功能實(shí)現(xiàn)呢？有學(xué)生想到了通過(guò)觸碰傳感器來(lái)模仿?lián)跷豢刂妻D(zhuǎn)速，有的學(xué)生想到用舵機(jī)來(lái)控制方向和轉(zhuǎn)速，有的學(xué)生想到用距離傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制……每組學(xué)生分別按自己的想法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在不斷探究和實(shí)踐中，學(xué)生逐步培養(yǎng)了解決問(wèn)題的能力，并在實(shí)踐探究中不斷積累對(duì)各種傳感器參數(shù)設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)，更有學(xué)生同時(shí)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇搖頭和擋位快慢問(wèn)題的控制。學(xué)生在這種思中學(xué)、學(xué)中思的模式中，既培養(yǎng)了小組合作的能力，又融合發(fā)揮出整個(gè)團(tuán)隊(duì)的作用。當(dāng)展示作品的時(shí)候，學(xué)生那種成功的喜悅是難以描述的。0F336D1D-E1C6-4C50-A402-8A782E4ADE78

三、人工智能教學(xué)中的PBL教學(xué)法以生活為基礎(chǔ)， 注重培養(yǎng)學(xué)生的思考能力

人工智能教學(xué)在實(shí)踐中推崇PBL教學(xué)法，就是通過(guò)熟悉的生活場(chǎng)景引導(dǎo)學(xué)生建模，在項(xiàng)目實(shí)踐中提高學(xué)生的計(jì)算思維能力和團(tuán)結(jié)合作意識(shí)。游戲化的學(xué)習(xí)、情境化的教學(xué)讓學(xué)生在探索項(xiàng)目過(guò)程中，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生以編程思維為核心的邏輯思維能力。隨著智慧課堂教學(xué)的深入發(fā)展，未來(lái)學(xué)習(xí)將會(huì)演變成以“自我解決問(wèn)題”為方式，教育也將以“問(wèn)題導(dǎo)向”為主，不再只是單向傳播或是記憶檢驗(yàn)。人工智能課堂的開(kāi)設(shè)是未來(lái)教育的先行，學(xué)生通過(guò)編程識(shí)別與控制機(jī)器人，完成各種項(xiàng)目的制作，可拓展性非常強(qiáng)，在實(shí)踐中的再創(chuàng)造也更加豐富，在此過(guò)程中，學(xué)生鍛煉了邏輯思維、音樂(lè)創(chuàng)造、繪畫(huà)創(chuàng)作等多方面的能力。在不同階段的課程中，它的編程思維以不同的形式呈現(xiàn)，與不同的硬件結(jié)合，循序漸進(jìn)地增加難度，使學(xué)生對(duì)人工智能的具體場(chǎng)景應(yīng)用擁有清晰的了解。

在學(xué)生熟悉所有程序和器材的基礎(chǔ)上，可以設(shè)置一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)各種設(shè)備應(yīng)用展現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，同時(shí)可以采用學(xué)生喜歡的方式，如一些游戲中場(chǎng)景的搭建、人物的布局、功能的實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，最終通過(guò)團(tuán)體合作形式來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的想法。PBL教學(xué)法的有效實(shí)施，不但能幫助學(xué)生更好地理解人工智能的應(yīng)用，掌握一定的人工智能基礎(chǔ)知識(shí)，為更深的人工智能專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?qū)W習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，培養(yǎng)興趣導(dǎo)向，而且為小學(xué)信息技術(shù)、科學(xué)以及其他學(xué)科的融合提供了依據(jù)，讓智慧課堂日漸深入人心，用現(xiàn)代技術(shù)手段和新方法去適應(yīng)新形勢(shì)下的學(xué)校教育，適應(yīng)新時(shí)代學(xué)生的成長(zhǎng)發(fā)展。

人工智能并不是一個(gè)遙遠(yuǎn)的概念，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)與人工智能的綜合運(yùn)用也會(huì)讓社會(huì)不斷進(jìn)步。隨著技術(shù)的成熟，人工智能在教學(xué)中的應(yīng)用，可以將教師從繁重的重復(fù)性工作中解放出來(lái)，使他們能將更多的時(shí)間和精力花在富有創(chuàng)造性的工作上，如教學(xué)創(chuàng)新、經(jīng)驗(yàn)傳授、情感關(guān)懷，培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和情商，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的熱情等。教師將注意力集中在學(xué)生的個(gè)體差異上，針對(duì)每個(gè)學(xué)生不同的特點(diǎn)，塑造不同類(lèi)型的人才，這樣的教育必將是學(xué)校未來(lái)教育的發(fā)展趨勢(shì)。

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注：本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度重點(diǎn)資助課題“經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)中基礎(chǔ)教育管理體制創(chuàng)新研究”（立項(xiàng)編號(hào)：B-a/2020/02/48）的階段性成果。0F336D1D-E1C6-4C50-A402-8A782E4ADE78