基于5E教学模式促进学生深度学习的策略研究——以初中人工智能学科教学为例

彭蓉霞

（厦门双十中学海沧附属学校，福建 厦门 361026）

一、研究背景

人工智能作为发展迅速的新兴技术，被纳入国家发展战略规划中。人工智能同各行业的融合，深刻地改变了人们的生活方式，影响着未来的经济发展模式以及国际市场竞争力。国务院于2017年印发了《新一代人工智能发展规划》指出：实施全民智能教育项目，在中小学设置人工智能相关课程。2018年，教育部发布的《高等学校人工智能创新行动计划》中，也要求构建人工智能多层教育体系，在中小学阶段引入人工智能普及教育。如果学生在人工智能学科学习中只进行浅层探究，则不能形成人工智能学科知识体系，更不会应用人工智能技术解决生活问题，进而影响整体教学质量。因此，进行深度学习对于提升人工智能学科素养有着重要的意义，如何促进人工智能学科深度学习成为广大教师所面临的问题和挑战。

二、深度学习与5E教学法概述

深度学习指在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。随着国家教育教学体系的完善，各类教学工作也正在不断的改革创新，在这种形势下，深度学习方法也受到了许多教育工作者的关注，深度学习通常是与浅层次学习进行对比的。相比于普通的学习方法，深度学习更注重培养学生的各项能力，让学生能够在学习过程中掌握更多解决问题的方法，通过创新思维的培养，让学生快速实现课程目标，完成学科深度化建设，提升整体的教学质量，真正展现课程深度学习的优势，培养学生良好的学习观念。经过深度学习，学生的人工智能核心素养得到提升，对人工智能概念运行及未来发展有更深层次的把握，最终发展成为人工智能领域的专业人才，既能独立思考、学会理解和批判，又能谦逊团结，为未来利用人工智能获得经济新增长点，为促进经济发展和社会进步贡献力量。

20世纪80年代美国教育学界贝尔提出5E 教学法，将教学过程分为吸引（Engage）、探究（Explore）、解释（Explain）、拓展（Extend）以及评价（Evaluate）五个阶段，该种教学理念强调要发挥学生在学习中的主体性作用，让学生学会自主学习。这种教学方法强调以教师为课堂的引导者，学生为课堂的主体，这与学生深度学习的思想非常相似。因此在5E 教学模式中对深度学习的策略进行探讨是非常必要的，如果能够将二者的教学理念相互融合，实现更加全面的教学规划，就能进一步推动教育事业的发展，让更多教师拥有明确的教学方向，完善自身的教学规划。教师扮演引导者的角色，学生在自主探究中建构人工智能的框架体系，并通过创造性的思维，对已有的知识进行综合利用，这也是人工智能深度学习所要达成的目标。

三、基于5E 教学模式促进学生深度学习的策略

在初中人工智能教学实践中，笔者尝试以5E 教学模式来促进学生的深度学习。下面以《智能语音灯》为例，分享基于5E 教学模式促进初中人工智能学科深度学习的策略。

1.吸引阶段，创设问题情境

此环节通过创设问题情境激发学生学习人工智能的积极性和兴趣。问题情境除了应与课程内容和教学任务紧密联系，还应贴切学生的真实生活，让学生对人工智能和生活之间有更加深入的体验，逐步挖掘生活中可以利用人工智能予以完善的细节。所以在人工智能学科教学中，要基于生活情境，引入现实问题，引发学生思考，激发学生的探知欲望，让学生在课堂中通过合作探究尝试解决情境中的问题，主动建构知识。在这个教学阶段，主要的教学任务是激发学生的探索欲望，让学生能够产生学习的兴趣。因此，以创设问题情境来开展教学工作是非常有必要的。教师作为课堂的引导者，应当利用现有的科技手段让学生感受到属于该节课堂独特的教学氛围，对于所要学习内容的背景有充分的了解，获得直观感受，对于学习和探索产生初步的主观愿望，这是学习活动所产生的必需的情感要素。图片、视频等影音资料具有直观的特点，恰好满足了这一情感需求。可以利用多媒体设备播放与课程内容相关的影音资料，让学生在观看中了解人工智能给生活带来的影响，让他们通过人工智能的相关知识构建一个完整的未来环境，让学生通过扮演环境中的人物，让自己置身于未来人工智能环境之中，感受人工智能给生活带来的影响，真正吸引学生对人工智能的探索欲望。课程的教学情景可以通过教学的不同内容进行设立。学生作为情景中的主体，充分调动他们的主观能动性，展现自己的探索欲望，让他们在学习过程中提升自身的创新思维，主动了解更多的与课程相关的知识。

以《智能语音灯》为例，笔者创设了以下情境：到睡觉时间了，博怀同学已经把卧室的灯关掉了并躺在了床上，这时他发现客厅的灯还没有关，但是又不想起床去关……对于学生来说，这是一个相对熟悉的生活场景。基于此生活情境教师向学生提问：你们能帮助博怀同学解决这个难题吗？因为此问题贴近学生的生活，学生十分熟悉，并具有解决问题的主观愿望，因此充满了学习兴趣与探究欲望。大家纷纷举手，提出了自己的解决方案，并能够产生思维的碰撞。课堂上学生的参与率高，气氛活跃，大大激发了学生深度学习的内在动力。教师也可以根据课本中的内容为学生讲解智能语音灯的使用方法，让学生再次模拟情境，体会智能语音灯给他们带来的便利。这种教学方法不仅能够深度挖掘学生的探索欲望，还可以利用课程的内容吸引学生的注意力，通过问题情境的创设，让学生产生学习的欲望，能够深入学习。

2.探究阶段，巧设问题驱动

深度学习的过程就是学生自主探究解决问题的过程。此阶段教师利用问题探究法，给学生设置挑战性的问题，让学生自主合作、主动探究去解决问题，在做中学，主动获得知识，培养学生的高阶思维，提升解决问题的能力，达到深度学习的目的。

《智能语音灯》一课中，通过吸引阶段确定了本节课的学习项目是制作智能语音灯。在前面几节课中学生已经基本掌握了利用App Inventor 开发手机软件的方法；了解了UKit Explore 主板及UCode 编程软件，通过编程来控制主板上的RGB 灯。本节课是第一次将App Inventor 与硬件结合来创作人工智能作品。笔者将本节课的教学内容化作了四个问题：一、怎样让手机与主板进行通信？二、怎样利用手机识别我们输入的语音？三、手机语音识别后如何向主板发送指令？四、主板如何接收指令？以这四个问题驱动学生的探究活动，为了让学生能够完成探究任务，笔者进行了相应的引导：在问题一的探究中，笔者向学生介绍蓝牙技术、蓝牙硬件以及蓝牙客户端组件的功能和常用代码块，引导学生编写一个蓝牙连接程序，实现手机与主板的通信，为后续项目的制作打下基础。此外，为了照顾不同层次的学生，笔者还制作了导学案和微课进行辅助。

3.解释阶段，开展组间交流

在上一阶段中，学生通过探究获得了新知，并应用了自己的方法去解决问题。当然也有同学在探究的过程中未能完成探究任务。在此阶段中，教师组织小组展示作品，并解释方法与步骤。对于尚未完成任务的小组，也可上台说出所遇到的问题，其他小组给出合理化建议。这样不仅锻炼了学生的表达能力，还能让学生在比较、归纳、整理的过程中发展高阶思维能力，从而提升学生自主构建知识的能力，获得人工智能深度学习的体验。通常教师会在教学过程中设立疑问，让学生进行主动探索，这种教学方法能够有效地激发学生的探索兴趣。在这个阶段，学生接受知识的能力是最强的，教师应当在合适的时间组织学生进行组间交流活动，让学生进行深度的思考，尝试用自己的方法解决问题，尽量让学生通过自己的努力探讨问题的结果。在学生遇到问题时，教师可以暂停学生讨论而进行集中讲解，让学生能够了解到更多的信息，学习解决问题的方法，彼此配合共同解决疑问，提升学生的课堂参与感。

以《智能语音灯》为例，笔者先让完成“智能语音灯”项目的小组展示作品，并将其程序同屏至所有计算机，派一位代表解释程序设计的思路，在解决探究问题时，分别应用了什么硬件以及哪些组件与代码块。同时，其他小组也可以提出质疑，比如有个小组提出：由于人们普通话不标准或者语音识别不准确时，把“关”识别成了“观”“光”“官”，难道还要再次输入一遍语音吗？此时，教师先让学生发表他们的想法，将学生阐述不同的观点进行梳理归纳，对于有代表性的观点进行分析，然后再总结归纳解决方案：创建一个列表容纳所有的同音字。接着，再让未完成项目的小组说出所碰到的问题，其他小组提建议共同帮助解决。最后根据小组及教师的建议，再动手实践完善项目。

4.拓展阶段，延伸问题情境

拓展阶段主要让学生运用所学人工智能技术去分析与解决不同情境下的问题，完成对人工智能知识的迁移。在学生完成探究阶段任务的基础上，基于现实生活延伸问题情境，引导学生利用所学人工智能知识解决新的问题，提升学生的问题解决能力与知识迁移能力，为深度学习打下更为坚实的基础。

以《智能语音灯》为例，笔者在学生已经掌握了APP Inventor 与主板的通信原理，并能利用语音来控制主板灯的开关以后，基于生活实际提出问题：在现实生活中，我们不仅想要控制灯的开关，还想控制灯的亮度，请为智能语音灯添加能够控制亮度的功能。如向APP 输入语音“亮一点”“暗一点”“亮度调到30”来控制灯的亮度。甚至可以请各组同学提出延伸问题，进一步拓宽学生思维。

5.评价阶段，持续多元评价

教学评价是检验教学成果和学生接受情况的重要方式。对学生学习进展进行及时评估。这也是5E 教学模式中的关键环节。评价应贯穿到课堂教学的全流程中。教师在评价的过程中需要更加重视学生在课堂中所表现出来的学习态度、创新性思维和批判性思维以及分析与解决问题的能力，在课堂中满足学生的自尊、认识和理解、自我实现的心理需求。

以“智能语音灯”为例，在小组展示作品时，先让学生自评，阐述本组作品的功能与创新之处，再让其他小组的学生评价此组作品的优缺点以及提出建议，对于准确的评价，要予以表扬与肯定，不准确的评价予以客观的分析与点拨。在解释环节中，有一小组在讲解“手机语音识别后如何向主板发送指令”这一探究任务时，用到的不是教师导学案和微课所提供的“调用蓝牙客户端发送单字节数字”的方法，而是“调用蓝牙客户端发送文本”的方法。此时，笔者肯定了此小组的创新方法与勇于探究的精神，并在“班级优化大师”平台奖励给他们“创新小天才”与“勇于探究”的徽章。

5E 教学模式作为比较成熟的教学方法已经被诸多的学者和教师所接受，并将其应用于主流学科（如，语文、数学、英语等），促进学生深度学习与探究，目前已被证实取得了一定的成效。然而，人工智能作为中小学的新兴学科，融合5E 教学模式的人工智能学科内容，以此促进学生深度学习的教学策略研究就显得尤为重要。笔者在人工智能学科的教学实践中，采用5E 教学模式的优化策略路径、吸引阶段，创设问题情境；探究阶段，巧设问题驱动；解释阶段，开展组间交流；拓展阶段，延伸问题情境；评价阶段，持续多元评价，旨在促进学生的深度学习效果，激发学生学习人工智能的兴趣，促使学生主动建构人工智能学科的知识体系，培养学生的实践创新能力、问题解决能力、知识迁移能力、批判性思维能力，提升学生的人工智能核心素养，成为国家利用人工智能获得经济新的增长点，为促进经济发展和社会进步贡献力量。