基于学科核心素养的人工智能校本课程教学策略探析

福建省厦门五缘实验学校 张艳清

随着《新一代人工智能发展规划》和《普通高中信息技术课程标准（2017 年版）》中“人工智能”模块的发布，很多高中开始关注人工智能课程。但在小学和初中阶段，人工智能教育的实践研究尚处于探索阶段。笔者所在的学校是小学和初中九年一贯制学校，一直以来都非常重视人工智能教育以及对学生信息素养的培育，近几年信息组教师一直都在开展人工智能、机器人编程等社团活动，给我校小学和初中的人工智能校本课程的实践奠定了良好的基础。现在，我校作为“市人工智能进百校项目”试点学校，已经在小学高段和初中开设了人工智能校本课程，旨在全面提升小学和初中生的信息素养。下面，笔者就人工智能校本课程开设的意义和教学实施过程中的教学策略做以下探讨。

一、开设人工智能校本课程的意义

（一）适应信息社会的发展

随着我国信息技术水平的不断发展，“小爱同学”“扫地机器人”等智能设备已经广泛出现在我们的生活中，由此可见，人工智能已经与我们的生活息息相关，未来必定还会出现更多与我们的生活紧密相关的设备和场景。因此，在高度信息化的时代，认识和了解人工智能已经成为当今学生必备的一项技能。小学高段的学生有一定的信息技术学习基础，动手能力尚可，并且对于新鲜事物的接受能力较强，对这一阶段的孩子开展人工智能教育，他们能够较快地理解人工智能原理并开展实践，有助于学生更好地适应现代社会的学习和生活，为将来走向社会做好铺垫。

（二）培养信息技术学科素养

从内容层面看，人工智能课程中很多内容与信息技术学科有着千丝万缕的关系。人工智能课程通常会提出生活中的一些问题让学生去解决。学生在思考问题、拼搭作品、编写程序并不断完善的过程中，提升了人工智能素养，这必然也提升了学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等信息技术学科核心素养，有助于学生的全面发展。

（三）提升学生的创新能力

人工智能课程是具有实践性、综合性的教育学科，涉及机器人工程、智能制造工程、智能科学与技术、数据科学与大数据技术等以技术为核心的专业学科。处于小学高段的学生思维灵活，想象力颇丰，脑中总有许多神奇的想法。在开展课堂活动中，教师对学生的有效引导，让学生的想象力和创新力有施展空间，通过对问题的不断思考能够锻炼他们的思维敏捷程度，通过搭建和编程等动手实践能将他们的新奇创意投射到现实，较好地培养了学生的创新能力与实践能力，为国家培养创新型、复合型人才添砖加瓦。

学习人工智能不仅能够增进学生对人工智能知识的理解，还有助于培养学生信息技术学科核心素养。教师在实施教学的过程中，应积极地运用有效的教学策略，提升学生的学习兴趣，集中课堂的注意力，从而提高教学质量。

二、基于学科核心素养教学策略的运用

（一）创设探究情境，增强信息意识

教师备课过程中，首先就要从课堂情境的生活性、探究性下足功夫。课前多种渠道了解学生的特点和学科的学习情况，在进行综合判断后，创设贴近学生学习、生活，符合学生年龄特点的探究情境。良好的教学情境，不仅可以促进学生思考，还能激发学生对人工智能课程的学习兴趣，增强学生进行学习和探究的欲望。

例如，在“智能台灯”一课中，笔者创设的情境是“奶奶半夜起来想喝水，可是总找不到灯的开关。能不能想办法帮助奶奶解决这个问题？”这是生活中经常遇见的一个问题，学生在对问题进行思考后，根据小组成员的经验提出了几个方案，最后根据材料包的材料，选择制作声控智能台灯，顺利进入下个环节的学习。在教学过程中，学生通过对于自己过去经验的有效运用完成对方案和器材的选择，体现学习自主性与探究性，有助于学生信息意识等学科核心素养的提升。

（二）提炼主题核心模块，提高计算思维

人工智能课程的知识具有交叉性的特点，涉及多学科的知识，课堂内容多而杂。学生要理解其中的算法和原理有一定的难度，教师在教学过程中要注意提炼教学内容的核心模块和核心算法，进行重点突破，化繁为简，让学生易于理解、易于接受。教师引导学生从复杂的知识中抽取隐含的一般本质内容的过程，逐步发展了学生的计算思维，提升了学生的计算能力。

例如，在“我的智慧花园”一课，需要搭建向日葵并模拟它的寻光功能。按照教材的顺序，先进行造型完整搭建，再进行程序调试。在教学实践中，很多学生把时间花在搭建上，编写程序通常很仓促甚至无法完成。看到这种情况，笔者抽取模型的核心部分，即主机、左右两个光敏传感器和舵机，花盘简单用一根梁代替，这就完成了核心模型的搭建。接着让学生探究核心算法的编写，对左、右光敏传感器亮度的判断，让舵机转向更亮的一边。抽取核心模型和算法让学生迅速捕捉本课的重点知识，即亮度的判断和舵机的旋转。如此，大大提高了课堂效率，潜移默化地让学生懂得找出主题的核心模型和算法，发展了学生的计算思维。

计算思维的培养不是一朝一夕的事，必须一点一滴渗透在每个单元、每个主题的教学中，让学生在教师的引导下发现问题、分析问题、解决问题，感受人工智能算法的奇妙，形成计算思维。

（三）布置开放性活动，提升数字化学习和创新能力

教师根据教学内容和进度，可以在小组当中布置有趣的开放性任务或活动。开放性任务基于教材，又要淡化教材，活动应用趣味性拓宽情感教育，能为学生提供一个展示自身才华的平台。采用小组合作的组织方式，让学生感受到团队的力量大于个体的力量，体会团结的重要性。另外，生生互动引发的思维碰撞，能最快地提升学生的思维敏捷度和创造力，通过小组共同探究，还可能会发现一些新的问题，使活动不断深化，进一步加深对知识的理解。

比如，在“神奇动物”这一主题单元，学生在学习了若干个动物主题后，对动物的搭建和运动有了一定的学习基础。在单元最后一个课时，笔者布置了开放性活动，小组合作搭建一只神兽并设计神兽的一个主要功能。这项开放性活动深受学生的喜爱，激发了学生的创作热情。学生热烈讨论、集思广益，把集体的智慧填写在活动记录单，然后根据小组设计的神兽选择不同的材料进行拼装搭建。在动作设计环节，学生根据不同的传感器或执行器选择不同的命令编程调试。一只只小神兽从学生手中诞生，活灵活现，充分彰显了学生利用自身所学进行创新、创造的能力。

（四）采用多元评价，促进学生良性发展

教师可以根据课程主题和活动方式，采用学生评价与教师评价相结合、过程性评价和结果评价相结合的多元评价方式。小组间的相互评可以帮助学生了解其他组的学习进度和状况，有利于学生寻找他人的优点来促进自身的发展。教师评价可以帮助学生更直观地发现学习过程中存在的问题，指导学生作品的完善和改进。过程性评价包括学生在课堂上的分工情况和表现情况，可以横向、纵向对比学生的表现。结果性评价是对小组最终作品的完成情况进行评价。

在课堂中，笔者设计了小组评价表，进行组间的积分记录，充分激活小组间的竞争力，活跃课堂气氛。设计了组内记录表对小组成员活动的情况进行记录，明确小组内的分工合作情况，加强小组有效合作。笔者还采用班级优化大师对学生进行电子评价，及时记录全班学生的情况。通过多元评价方式，教师对获胜小组和班级优秀个人进行奖励，对未获胜的小组和学生进行鼓励，使班级内部形成良性的竞争，有助于学生后续学习中的拼搏精神和反思能力的培养，有助于学生健全人格的培养。

总而言之，在中小学开展人工智能教育顺应了时代发展的需求。正处于试点阶段的小学和初中人工智能教育，需要教师投入更多的热情深入开发教材、挖掘教材、提炼人工智能核心知识，结合学生认知特点和水平，通过恰当有效的教学策略，让学生体验感受人工智能的强大功能，体会人工智能的魅力，不断提升学生的综合能力和信息技术核心素养。