新課標(biāo)背景下信息技術(shù)人工智能教育的教學(xué)研究

莊成

摘要：隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)也被應(yīng)用到小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)之中，成為不可忽視的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段。人工智能作為信息技術(shù)的重要構(gòu)成，是當(dāng)前科學(xué)研究的前沿知識(shí)，將其融入小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)，有助于學(xué)生數(shù)字化能力的發(fā)展，對(duì)小學(xué)生信息技術(shù)知識(shí)的更新具有推動(dòng)作用。在研究中著眼于小學(xué)生的學(xué)習(xí)訴求、認(rèn)知特點(diǎn)，探討如何在新課標(biāo)背景下，對(duì)小學(xué)信息技術(shù)人工智能教學(xué)的內(nèi)容、方式及路徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步推動(dòng)小學(xué)生核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新課標(biāo)；信息技術(shù)；小學(xué)；人工智能

目前，我國(guó)已經(jīng)步入數(shù)字化發(fā)展的高速階段，國(guó)家在數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略、教育數(shù)字化戰(zhàn)略、創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略上，都需要具備良好信息素養(yǎng)、數(shù)字素養(yǎng)與技能的優(yōu)秀人才。學(xué)生是數(shù)字化人才的重要儲(chǔ)備，其信息化水平直接影響未來(lái)的數(shù)字化發(fā)展。因此，近年來(lái)，小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)不斷推陳出新，人工智能教學(xué)也被納入教學(xué)內(nèi)容，與學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展息息相關(guān)。在這一背景下，教師普遍提高了對(duì)人工智能技術(shù)及信息思維教學(xué)的重視程度，在教學(xué)內(nèi)容、方式等層面進(jìn)行了優(yōu)化完善。但是人工智能教學(xué)仍處于初期階段，需要考慮學(xué)生興趣、學(xué)情以及教師自身教學(xué)能力等多個(gè)方面的因素。只有積極推動(dòng)人工智能教育工作的開(kāi)展，才能滿足人才的培養(yǎng)訴求，滿足新課標(biāo)對(duì)信息技術(shù)教學(xué)的要求。

1? ?指向?qū)W習(xí)需求，談人工智能教育的內(nèi)容

在新課標(biāo)的指導(dǎo)下，教師不應(yīng)一味地將人工智能的相關(guān)知識(shí)傳授給學(xué)生，否則無(wú)法激發(fā)小學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，會(huì)影響人工智能教育的整體效果。教師應(yīng)該在尊重學(xué)生學(xué)習(xí)需求、關(guān)注學(xué)生實(shí)際學(xué)情的基礎(chǔ)上，靈活安排開(kāi)設(shè)編程教育、機(jī)器人教育等相關(guān)課程，對(duì)人工智能教育的內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.1編程教育，尊重學(xué)生個(gè)性差異

編程課是人工智能教育的重要構(gòu)成，自2017年《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》印發(fā)并實(shí)施之后，編程課就出現(xiàn)在高年級(jí)的小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)課堂中。但是對(duì)于很多教師、學(xué)生而言，編程屬于一種新鮮的事物，需要合理設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)境，應(yīng)用各種軟件技術(shù)，讓學(xué)生能夠理順編程的邏輯，認(rèn)識(shí)到編程的重要性，以此來(lái)構(gòu)建高效的人工智能課堂。

例如，在編程翻譯軟件的過(guò)程中，教師可以通過(guò)提前的溝通了解、問(wèn)卷調(diào)查，借助Scratch、編程貓等了解學(xué)生對(duì)圖形化編程的掌握情況，包括是否接觸過(guò)這些圖形化編程的軟件，是否能夠熟練掌握這些軟件的操作技巧，是否有過(guò)自己的編程作品等。在此基礎(chǔ)上，教師將學(xué)生分為“編程小白、編程平民、編程高手”等不同的類型，在尊重學(xué)生個(gè)性差異的同時(shí)設(shè)計(jì)各種任務(wù)，讓學(xué)生體會(huì)編程的樂(lè)趣，逐漸突破自己在認(rèn)知及能力上的限制。尤其是在各階段教學(xué)目標(biāo)的制定與活動(dòng)安排上，教師應(yīng)該從人工智能的構(gòu)成、新課標(biāo)的要求出發(fā)，將具體的培養(yǎng)目標(biāo)分為人工智能意識(shí)、技術(shù)創(chuàng)新思維、應(yīng)用實(shí)踐能力、智慧社會(huì)責(zé)任等多個(gè)維度，讓學(xué)生能夠舉一反三、能動(dòng)創(chuàng)新。

編程課是對(duì)學(xué)生邏輯思維能力、編程技術(shù)及藝術(shù)設(shè)計(jì)等多種能力的培養(yǎng)，為了關(guān)注學(xué)生的成長(zhǎng)發(fā)展，在具體教學(xué)中，教師應(yīng)該構(gòu)建完善的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，跟進(jìn)學(xué)生的實(shí)際作品，給予積極正向的評(píng)價(jià)與鼓勵(lì)。

1.2機(jī)器人教育，進(jìn)行模塊設(shè)置

人工智能中最具有代表性、直觀性的就是智能機(jī)器人，在人工智能等技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下，智能機(jī)器人可以按照目的來(lái)完成安排的動(dòng)作。近年來(lái)，人們提高了對(duì)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的關(guān)注度。例如，工信部等多個(gè)部門聯(lián)合印發(fā)了《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動(dòng)實(shí)施方案》，注重將機(jī)器人與醫(yī)學(xué)人工智能、工業(yè)人工智能等各種技術(shù)緊密結(jié)合。因此，機(jī)器人也被看作是人工智能技術(shù)的硬件形態(tài)。在接下來(lái)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展中，機(jī)器人無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生不可忽視的重要影響。小學(xué)生正處于接觸人工智能技術(shù)的初期階段，對(duì)于機(jī)器人這種硬件形態(tài)有著強(qiáng)烈的好奇心與探索欲，在相關(guān)教育工作中，教師可以開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)，設(shè)置多個(gè)模塊任務(wù)，讓學(xué)生能夠自主加深對(duì)智能機(jī)器人的了解，為接觸人工智能技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

例如，為了幫助小學(xué)生了解機(jī)器人沿線行走的相關(guān)知識(shí)，在導(dǎo)入模塊時(shí)，教師可以先通過(guò)多媒體設(shè)備播放與機(jī)器人沿線行走相關(guān)的視頻，通過(guò)問(wèn)題讓學(xué)生自主思考，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到機(jī)器人的行走需要程序提前設(shè)計(jì)，充分激發(fā)學(xué)生的好奇心。在接下來(lái)的教學(xué)中，教師可引入專業(yè)的知識(shí)，讓學(xué)生通過(guò)小組協(xié)作、自由交流，共同得出機(jī)器人是通過(guò)“灰度傳感器識(shí)別軌跡線”來(lái)實(shí)現(xiàn)沿線行走的結(jié)論，并給予學(xué)生充足的實(shí)踐機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在分析各種可能狀況的基礎(chǔ)上實(shí)施初步的編程操作，完成機(jī)器人的左偏、右偏等基礎(chǔ)性操作。使學(xué)生在各種模塊活動(dòng)的支持下，不斷提升自身的實(shí)踐應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維能力。

在實(shí)踐教學(xué)中，教學(xué)模塊的設(shè)計(jì)與活動(dòng)的開(kāi)展應(yīng)符合小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。教師可以將問(wèn)題作為牽引，在模塊中加強(qiáng)師生、生生之間的有效互動(dòng)，使學(xué)生以更加積極的狀態(tài)投入人工智能的探究之中，為后續(xù)的教學(xué)提供支持。

2? ?基于認(rèn)知特點(diǎn)，談人工智能教育的策略

小學(xué)生對(duì)于人工智能技術(shù)的認(rèn)知水平有限，但是經(jīng)過(guò)前期信息技術(shù)的學(xué)習(xí)、生活經(jīng)驗(yàn)的積累，已經(jīng)形成了初步的看法。教師需要遵循小學(xué)生在思維認(rèn)知上的個(gè)性特征，肯定他們的想象力、創(chuàng)新力，將此作為開(kāi)展人工智能教育的重要?jiǎng)恿Α?/p>

2.1對(duì)話法，發(fā)展思維能力

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，其被廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)之中，為人們的生活、學(xué)習(xí)、工作提供了諸多便利。結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，目前小學(xué)生在學(xué)習(xí)、生活中已經(jīng)接觸了多種人工智能技術(shù)，或多或少形成了自己的看法與認(rèn)知。不僅如此，在學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)實(shí)踐操作的過(guò)程中，學(xué)生的思維邏輯也具有一定的獨(dú)特性。教師應(yīng)該在尊重學(xué)生個(gè)性的基礎(chǔ)上，采用對(duì)話法等交流互動(dòng)的教學(xué)方式，讓學(xué)生能夠在人工智能課堂上暢所欲言，大膽地說(shuō)出自己對(duì)于人工智能的看法，分享自己的思維邏輯，從而打造生動(dòng)有趣的課堂。

例如，在人工智能課堂的導(dǎo)入階段，教師需要注意讓學(xué)生從初期的娛樂(lè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，在最短的時(shí)間內(nèi)集中學(xué)生的注意力。對(duì)此，教師應(yīng)注重利用多媒體技術(shù)與學(xué)生在思維上的互動(dòng)交流，展示現(xiàn)實(shí)生活中用面部識(shí)別門禁、結(jié)賬等的視頻，讓學(xué)生能夠主動(dòng)聯(lián)想到自己的實(shí)際生活。在此基礎(chǔ)上，教師再開(kāi)展進(jìn)一步的師生對(duì)話，提出問(wèn)題：“同學(xué)們，你們知道這種識(shí)別技術(shù)是依靠什么技術(shù)完成的嗎？”學(xué)生大膽地想象與回答。在正式教學(xué)中，教師同樣可以運(yùn)用這種對(duì)話法。

人工智能教育中的對(duì)話不應(yīng)局限于師生、生生之間的溝通，還要求教師、學(xué)生能夠突破現(xiàn)有教育資源的局限，廣泛接觸各種技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)各種人工智能技術(shù)在原理與應(yīng)用上的思考。教師應(yīng)該構(gòu)建開(kāi)放性的課堂，并適當(dāng)給予學(xué)生多樣化的指導(dǎo)與點(diǎn)撥。

2.2任務(wù)式，開(kāi)展小組合作

任務(wù)式教學(xué)法是教師運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，即將學(xué)習(xí)目標(biāo)分解成一個(gè)個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在相應(yīng)主題或問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，以獨(dú)立自主的方式搜集、整合各種學(xué)習(xí)資源，進(jìn)行能動(dòng)探索、小組協(xié)作，以此來(lái)完成既定的學(xué)習(xí)任務(wù)。在小學(xué)人工智能教育過(guò)程中，任務(wù)驅(qū)動(dòng)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主性，讓學(xué)生成為人工智能課堂上的主體，主動(dòng)去發(fā)現(xiàn)、分析及解決人工智能學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，構(gòu)建完善的知識(shí)系統(tǒng)。在任務(wù)的設(shè)計(jì)與安排上，教師需要盡量結(jié)合學(xué)生的實(shí)際生活，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)用自己的生活經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐中逐漸完成這些任務(wù)。不僅如此，小學(xué)生缺乏足夠的專注度，但是對(duì)于人工智能卻有著一定的探究欲，教師可以把握學(xué)生的這一特點(diǎn)，加強(qiáng)小組之間的合作。

例如，在“青蛙機(jī)器模型”等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)中，教師可以先通過(guò)生動(dòng)有趣的故事引入主題，讓學(xué)生能夠代入小青蛙的身份角色，去感受它們的“成長(zhǎng)歷程”。在初期導(dǎo)入階段，學(xué)生能加強(qiáng)與他人之間的互動(dòng)交流，為后期的小組合作打下基礎(chǔ)。隨后，學(xué)生在故事情境之中交流自己的思想，為任務(wù)活動(dòng)的開(kāi)展獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。再以“編程控制機(jī)器人”的教學(xué)為例，教師可以展現(xiàn)機(jī)器人的功能，讓學(xué)生在積累知識(shí)之后，按照小組計(jì)劃開(kāi)展合作學(xué)習(xí)，制訂本組的研究計(jì)劃，包括需要解決的問(wèn)題、如何實(shí)現(xiàn)分工協(xié)作等，通過(guò)自主編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的有效控制。

小組合作為學(xué)生的互動(dòng)交流、思維共享提供了良好的機(jī)會(huì)，但是教師也要避免學(xué)生過(guò)度依賴小組合作，出現(xiàn)濫竽充數(shù)的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)對(duì)小組合作的情況進(jìn)行觀察記錄，加強(qiáng)與個(gè)別學(xué)生的溝通。

3? ?聚焦核心素養(yǎng)，談人工智能教育的途徑

新課標(biāo)對(duì)小學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)的發(fā)展提出了新的要求。小學(xué)教師應(yīng)該突破傳統(tǒng)教育方式的局限，通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式，重點(diǎn)培養(yǎng)小學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，以及良好的社會(huì)責(zé)任感，這也對(duì)學(xué)生自主探究、創(chuàng)新精神的發(fā)展提出了更高的要求。

3.1翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)，引導(dǎo)自主探究

在數(shù)字化技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，人工智能教學(xué)的平臺(tái)也呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)。在課前階段，教師可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，提前下發(fā)與人工智能課程相關(guān)的信息資料，讓學(xué)生能夠在多元化的平臺(tái)上廣泛接觸人工智能相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)思維的拓展。使學(xué)生在課前就能構(gòu)建初步的知識(shí)框架，找到自己在人工智能學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題。這種預(yù)先性的自主探究逐漸發(fā)展為翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，在互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)、微課、導(dǎo)學(xué)案的帶動(dòng)下，廣泛運(yùn)用于小學(xué)人工智能教學(xué)的過(guò)程中。

例如，在講解計(jì)算機(jī)的構(gòu)成時(shí)，教師可啟用人工智能技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)與學(xué)生之間的高效互動(dòng)。學(xué)生需要提前完成閱讀教材、了解計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)構(gòu)成、繪制計(jì)算機(jī)圖像等任務(wù)。教師可以在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)及作業(yè)完成情況進(jìn)行監(jiān)督與評(píng)價(jià)。學(xué)生在閱讀教材的同時(shí)，也會(huì)形成自己的認(rèn)知。在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，教師還可引導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上展現(xiàn)自己繪制的計(jì)算機(jī)圖像，讓學(xué)生互相指出可能存在的問(wèn)題，共同開(kāi)展討論。教師可在搜集學(xué)生問(wèn)題的基礎(chǔ)上，將這些問(wèn)題作為課堂講解的重點(diǎn)。例如，有的學(xué)生雖然對(duì)計(jì)算機(jī)在硬件上的基礎(chǔ)構(gòu)成有較為清晰的認(rèn)知，能夠熟練指出計(jì)算機(jī)是由主機(jī)、顯示屏、鍵盤、鼠標(biāo)等構(gòu)成的，但是對(duì)于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的構(gòu)成卻知之甚少。教師可以通過(guò)人工智能技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)，在后臺(tái)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行匯總分析，整合其中的問(wèn)題。在此過(guò)程中，人工智能技術(shù)可以發(fā)揮動(dòng)態(tài)分析、科學(xué)匯總、及時(shí)跟進(jìn)的良好效果。

在翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，教師需要調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、能動(dòng)性，給予學(xué)生更多在線互動(dòng)的機(jī)會(huì)，以此來(lái)突出學(xué)生的主體地位。

3.2實(shí)踐學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神

任何人工智能知識(shí)的講解都不能脫離學(xué)生的實(shí)踐參與，這是因?yàn)樾W(xué)生缺乏足夠的知識(shí)儲(chǔ)備、深入的思考分析。如果教師采用傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，將會(huì)打擊學(xué)生參與學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。對(duì)此，教師不僅應(yīng)該注重與學(xué)生的溝通交流，還應(yīng)該多提供各種上機(jī)操作、實(shí)踐參與的機(jī)會(huì)，以降低人工智能教學(xué)的難度，讓學(xué)生能夠?qū)⑦@些知識(shí)與自己的生活聯(lián)系在一起，在實(shí)踐體驗(yàn)之中把握人工智能的原理和方法，形成一定的邏輯分析能力、推理判斷能力。

例如，在學(xué)習(xí)智能儲(chǔ)蓄罐相關(guān)知識(shí)的過(guò)程中，教師先引導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)視頻的帶動(dòng)下，形成初步的認(rèn)知。通過(guò)與小組、同學(xué)之間的溝通，形成理論知識(shí)基礎(chǔ)。在此之后，教師再鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐的方式開(kāi)展自主操作，學(xué)生需要對(duì)智能儲(chǔ)蓄罐的制作思路進(jìn)行分析，通過(guò)多次試驗(yàn)、實(shí)踐探究來(lái)了解這種儲(chǔ)蓄罐的設(shè)計(jì)方式，積極獲取相應(yīng)的器材和設(shè)備。在實(shí)踐參與過(guò)程中，教師還可以鼓勵(lì)學(xué)生共享自己的經(jīng)驗(yàn)，解決具體操作中的難題。通過(guò)對(duì)學(xué)生共享經(jīng)驗(yàn)的整合可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生邏輯思維的差異直接影響其對(duì)儲(chǔ)蓄罐的設(shè)計(jì)思路，更影響其選材與操作。雖然網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)有了較為成熟的設(shè)計(jì)模式，但是為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，教師需要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的模式思路進(jìn)行優(yōu)化，提高對(duì)人工智能技術(shù)的整體運(yùn)用水平。

在實(shí)踐操作中，學(xué)生的創(chuàng)新精神會(huì)得到相應(yīng)的發(fā)展，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生打破傳統(tǒng)操作步驟的限制，去搜索發(fā)現(xiàn)更多的設(shè)計(jì)方法，形成良好的創(chuàng)新思路。另外，學(xué)生無(wú)論是在邏輯思維上，還是在人工智能技術(shù)的運(yùn)用上，都是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，教師可以構(gòu)建完善的評(píng)價(jià)體系，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展自評(píng)、互評(píng)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性意識(shí)的不斷更新。

總而言之，人工智能教學(xué)是對(duì)小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)的挑戰(zhàn)，要想使學(xué)生了解、掌握、運(yùn)用人工智能技術(shù)，教師需要關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)與學(xué)習(xí)訴求，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)人工智能的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法，體現(xiàn)人工智能技術(shù)與學(xué)生實(shí)際生活之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)各種生動(dòng)有趣的活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以此來(lái)促使小學(xué)生有效學(xué)習(xí)這項(xiàng)技術(shù)，滿足時(shí)代的發(fā)展需求。

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