优化小学人工智能课堂教学的策略研究

陈泽鸣

[关键词]人工智能;课堂教学策略;优化

2017年7月，国务院发布《第一代人工智能发展规划》;2019年5月，时任教育部部长陈宝生提出要在中小学开展人工智能相关课程，推进普及教育。随着教育部《教育信息化2.0行动计划》的不断推进，作为全国智慧教育示范区之一的广州市，也主动开展中小学人工智能课程的试点探索，让中小学生得到人工智能的通识教育，培养和提升中小学生的人工智能基本素养。

一、人工智能课堂教学的困境

随着人工智能课程试点的深入开展，这一门信息技术学科领域的新兴课程，在实施过程中所遇到的一些问题也逐渐显现出来。这主要反映在以下三个方面：

（一）人工智能教育范围界定不清

部分学校在落实人工智能课程教学的过程中，将兴趣小组或社团互动替代普及教学，引发普及认知问题。如：人工智能教育在教学内容上出现偏向机器人教育、Scratch教育、创客教育、物联网教育等。

（二）教学模式单一

由于之前的创客教育、机器人教育较为流行，因此“搭建+编程”的教学模式还深深地影响着教师的授课模式。这种强调搭建方法和编程流程的教学模式，对于培养学生的人工智能基本认知、基本概念、基本技能和基本素养效果不佳，更甚至还会抹杀学生的对于人工智能应用的创造性，让学生把对人工智能课程的学习与编程等同起来。

（三）教学实践环境和硬件设备等资源匮乏

人工智能教育离不开相关配套硬件的供给，如：摄像头、麦克风、AI芯片等。但是由于缺乏必要的设备保障，致使授课教师在效果呈现、操作指导等方面存在困难。

（四）师资力量相对不足，师训缺乏针对性

人工智能普及时间较短，教师对人工智能技术领域的认知及知识掌握程度有限，相关的教学实践经验也十分缺乏，因此往往难以在课堂教学中达成预期的教学目标。

面对上述困境，根据《中小学人工智能课程指南》要求，在广州市教育研究院所提出“基于问题的人工智能活动化课程的课堂教学范式”的指引下，笔者通过《走进人工智能》一课的设计和实施，阐述优化小学人工智能课堂教学的策略。

二、优化人工智能课堂教学的策略

（一）应用合理的人工智能课堂教学范式，提升课堂教学活动的规范性

由于現行的小学人工智能课程是一门全新的课程，其教学内容体系设计尚不完善，教师对相关的概念和技术不熟悉，与教学相关的教学设备和资源未形成配套。很多老师仍处于懵懂的状态，这极易造成课堂教学方式的不合理、课堂教学随意性大等问题。因此有必要采用一种较合理的教学范式，对人工智能教师的课堂教学活动进行有效地规范。

《中小学人工智能课程指南》指出：人工智能课程属于技术类的课程，适合使用任务驱动教学模式，教学策略以PBL为主。广州市教育研究院刘载兴老师依此提出了一个基于问题的人工智能活动化课程的课堂教学范式：以人工智能通识学习为主线，通过构建以问题为中心的体验、实验、应用三个环节活动，设置与学生日常生活紧密相关的问题来吸引学生的注意力，发挥其学习的主观能动性，让学生在活动中以场景化的方式学习人工智能知识。通过一段时间的实践，取得了较好的实践效果，是实现人工智能课堂教学从无序到条理有效的重要手段。[1]

以笔者所执教的《走进人工智能》一课为例，笔者根据上述课堂教学范式设计了“通识、体验、实验、应用”四个环节的活动：

1. 通识学习

该环节中教育需要对人工智能的基本概念、基本原理进行讲解。在这一环节中，笔者使用微视频《人工智能技术的广泛应用》，由“视频中，有哪些人工智能技术的应用？”和“人工智能可以帮助人类解决什么问题？”这两个问题为导向，让学生带着问题去看视频，引导学生从观察现实中的人工智能应用为起点，逐步深入去思考本节课的核心问题——“什么是人工智能？”，激发学生的学习欲望。

2. 体验环节

该环节中教师需提出与学生生活紧密相关的问题来激发学习兴趣。在这一环节中，笔者利用MG动画创建学习情境。通过一组动画《常见人工智能技术的应用》，由“AI精灵用到了哪项人工智能技术？”“导航规划线路用到了哪些人工智能技术？”等四个问题，让学生带着问题在虚拟场景下体验人工智能技术的应用。为后面人工智能概念的理解做好铺垫。

3. 实验环节

该环节于体验之后，是在教师讲解基本概念、基本原理之后，学生通过实验活动去验证所学知识，加深对基本概念、基本原理的理解。在这一环节中，笔者在讲解了人工智能的基本概念（如图3所示）之后，切入实验活动。

让学生通过动手简单修改程序块，引发学生对“机器人智能性”问题的思考，加深学生对“人类将拥有的智能活动赋予计算机设备”的进一步理解，从而全面完整理解人工智能的概念。（如图4所示）

4. 应用环节

该环节让学生应用所学过的人工智能知识、技术完成一个应用，促进学生应用能力的发展。在这一环节中，笔者先引导学生回顾本节课的学习内容，以创想“家庭服务智能机器人”为主题，让学生发挥想象力去进行设计，既让学生动了“脑”和“心”，也动了“手”。（如图5所示）

（二）分析学生学习认知的最近发展区，提升通识教学的有效性

人工智能的概念和基本原理对于学生而言，还是比较生涩难懂的。如果照搬书中的概念或基本原理，这对学生的学习很不利。因此，必须考虑学生学习的最近发展区，借助人工智能的概念或基本原理与学生对世界认知的相似点，层层递进地进行引导。

以笔者执教的《走进人工智能》一课为例。这节课授课的对象是三年级学生，课前通过问卷调查了解到学生都使用过智能手机，其中72.4%的学生经常使用智能终端操作，86.2%的学生知道人工智能这个名词，但是不是很了解。所有学生都接触过两种以上的人工智能产品。

因此，在这节课中，我选用了语音识别技术、数据分析技术、图像识别技术等人工智能技术为突破口，创设虚实结合的体验活动，引导学生将这些技术与人的智能活动进行类比，进而帮助学生归纳出人工智能的基本概念。取得了较好的教学效果。

（三）挖掘身边的人工智能教学资源，提升课堂教学活动的趣味性

人工智能课程处于起步阶段，教学资源匮乏是不争的事实。而在我们身边，却不乏人工智能技术应用的存在。比如，在语音识别领域，有讯飞听见、百度翻译、听歌识曲等;在图像识别领域，有人脸识别闸机、百度搜图、形色、识花等。在教学过程中适当引入这些具备人工智能技术应用的软件作为案例进行讲解，并可根据学校实际为学生提供虚拟的或真实的体验活动，能够丰富学生学习内容的同时，拉近学生与人工智能技术的距离，提升学生在人工智能课堂中的学习兴趣。

笔者在《走进人工智能》一课中，便采用了学生们比较熟悉的“AI精灵”“智能导航”“识花软件”“智能门锁”等作为案例为学生进行展示，让学生表达看法。为学生真正理解人工智能概念做好了铺垫。（如图6所示）

（四）選择合适的教学实验平台，提升课堂教学活动的有效性

在人工智能课堂教学实践中，教师教学平台和学生创作平台也是困扰着人工智能课程开展的一大难题。没有优秀的管理平台，教师难以进行教学管理和教学评价;没有优秀的编辑器，学生的创作更是无从下手。下面笔者将结合日常教学实践对几款师生共用的教学工具作简单介绍。

1. 可可乐博（CocoRobo）

这是一款基于网页的图形化编程平台，具有人工智能模块，能够通过外接摄像头、麦克风等外设来开发人工智能应用。同时还能够对学生的作品进行管理了展示。其官网上还有人工智能体验平台，通过直观易懂的线上Demo，让学生方便地了解人工智能领域的前言知识，如图7所示。

2. 编程猫-源码编辑器

这是一款编程基于Scratch的编程平台，用户可以通过网页轻松编程，实现人工智能的一些应用。软件中丰富的场景和角色素材，为学生的创作提供了不少的便利。

3. Learnsite

Learnsite平台是“温州水乡”老师编写的一个中小学信息技术教学辅助平台，该平台支持师生的教学管理，具有Python在线编程平台，学生能够在线上直接编写Python程序，并在平台上直接展示运行效果。同时系统还支持Word、Excel、PPT等文件的提交和查看，教师和学生还可以对所提交作品进行调整、完善、打分等。如图9所示。

三、结语

总而言之，对于小学人工智能课堂教学而言，遵循科学有效的教学范式，主动分析学情，积极挖掘身边的教学资源和工具，便能够按照《小学人工智能课程指南》的要求完成有效的教学，从而保证课程开展具有较高的教学质量。

参考文献

[1]刘载兴.义务教育阶段人工智能课堂教学范式构建与实践研究.教育专刊[J].2021（08）.

[2]梁佩瑜.浅谈城乡结合部学校开展人工智能课程的教学策略.教育与装备研究[J].2020（1）.

[3][日]三宅阳一郎，[日]森川幸人. 给孩子的人工智能图解[M]. 山东人民出版社. 2017（10）.

[4]任友群.人工智能. 上海教育出版社[M]. 2019（08）.

[5]艾 伦.中小学人工智能课程定位分析 [J].中国现代教育装备，2017 （10）.

[6]谢学斌.初中人工智能教学初探——以“挖掘数据‘金矿’”为例[J]. 教育与装备研究，2020（11）.