多元融合人工智能教学模式运用

多元融合人工智能教学模式运用

【摘要】随着人工智能教育的迅速发展,如何在小学开展人工智能课程,达到发展学生科学素养的目的成为亟待研究的问题。广州市越秀区东风东路小学进行积极探索,构建了以情境化、网络化、结构化为主要特点的教学模式。实施过程包括创设情境、发现问题、分析问题、探究建模、初步制作以及迭代设计、分析讨论和作品等步骤,包含在激发思维、思维建模、拓展思维三个模块中。其中,激发思维和拓展思维模块放在课外进行,思维建模作为核心内容课上完成。

【关键词】人工智能;教学模式;网络空间

一、研究背景

为响应国家号召,经广州市教育局评审,广州市越秀区东风东路小学成为广州首批人工智能课程改革实验校,将人工智能课程纳入常规教学。作为一个新兴领域,人工智能教育发展迅速。但如何设计小学人工智能教学的流程、网络空间支持的小学人工智能教学模式以及如何对该模式的效果进行评价等成为亟待研究的问题。本文以科学理论为指导,分析小学人工智能教学流程,并结合网络空间支持人工智能教学的功能和作用,试图构建网络空间支持的小学人工智能教学模式。人工智能课堂教学应该以项目式学习开展,重构教学组织方式,创设有利于学生开展项目学习的数字化环境等。但实际上,项目式学习的开展仍需要进一步加强指导。现实中,大部分教师采用讲授法、体验式学习等教学方法落实知识传授与素养提升。因此,以科学理论为指导,结合教学实践,构建一个具有较强操作性的小学人工智能教学模式,对促进小学人工智能教育发展有着积极的意义。将人工智能纳入常规课堂,面临着很多的挑战。一是课时短,任务多。每周只有一节信息技术课,在40分钟时间内要完成多项任务是很困难的。二是常规课堂缺乏深度学习,学生只能是蜻蜓点水般带过所有任务。三是课堂上学生思维得不到充足的训练。因此,开发一种新的教学模式迫在眉睫。新模式应该具备以下特点:一是情境化,使学生将所学知识与实际生活联系,运用工具将创意转化为作品,让生活更美好;二是网络化,突破常规课堂限制,通过网络把学习空间延伸到校外,解决课时不足的问题;三是结构化,在学习过程中对问题进行分析归纳,建立思维模型,促进创新思维的发展。

二、课例分析

基于多元融合的人工智能教学模式具有情境化、网络化、结构化特点。其具体实施过程分为创设情境、发现问题、分析问题、探究建模、初步制作,还有不断迭代设计、分析讨论和作品等步骤。原来这些过程都是在一节课完成的,时间明显不够。所以,教师把整个教学流程分成激发思维、思维建模、拓展思维三个模块。依靠网络空间把第一、第三模块放在课外进行,而最核心的思维建模部分则留在常规课堂中。笔者将以“智创节能校园”为例,展示该模式在小学人工智能教学的具体流程以及网络空间对各个环节的支持作用。

(一)激发思维

激发思维模块属于课前导学,分成创设情境、发现问题和分析问题三个环节(见图1)。该模块利用网络空间开展,其优点在于地点灵活,可以应用媒体资源、在平台讨论和便于划分小组。

1.创设情境

学生可以通过网络平台充分讨论、了解各自的想法和特长。有些学生是外向型的,适合做作品介绍;有些学生是实干型的,适合动手操作。通过讨论,教师可以把不同特点的学生分在一起,互相取长补短。

2.发现问题

在发现问题阶段,教师通过网络平台视频文字、语音等资源创设情境,引导学生从情境中发现有价值的问题。教师通过网络调查问卷,了解学生对问题的想法。图2是一张校园一天的用电情况图,世界各国正面临能源危机,学校中也有浪费能源的情况。请学生思考:图中的13点和19点,已经放学了,用电量和上课时为什么持平呢?

3.分析问题

在这个阶段,学生可以根据问题展开头脑风暴,分析其中原因,然后选择对应工具解决问题。通过网络,教师可以各种工具传感器的说明,让学生逐一比较后选取最合适的工具来解决问题。经过讨论,大部分学生认为是放学后忘记关电器造成浪费的。有些学生觉得可以用超声波传感器通过距离探测是否有人,有人的话再开灯,这样能够大大节约能源。这个时候,教师可以加以引导,利用已经学过的超声波传感器知识引导学生更深入地思考解决问题的办法。之后,有学生提出可以用光敏传感器探测光线。如果阳光灿烂,那么教室里面不需要开灯,只有天气不好、光线微弱的时候才开灯。对问题有了初步了解后,教师可以引导学生进入核心环节——思维建模。

(二)思维建模

计算思维是信息技术学科核心素养之一,对学生计算思维的培养非常重要。做好这一步,学生能很好地将学到的编程知识迁移到新的情境中。思维建模部分分成探究建模、初步制作和分享三个步骤(见图3)。利用常规课堂开展思维建模的优势在于以学生为主,教师引导、帮助学生解决在上一环节的困难。学生通过小组合作讨论,按之前构想初步形成作品。教师可以根据学生的课堂表现给予评价。探究建模阶段,教师可以对之前的新知识进行概括后再让学生分组合作探究,构建出思维模型,并且画成流程图(见图4)。根据流程图,学生可以利用平板电脑上的软件编辑程序,利用人工智能套件搭建作品的外形,在平台上展现初步作品。

(三)拓展思维

有了初步的作品后,课程就可以进入拓展思维环节了。利用网络平台,学生可以将作品不断迭代设计、讨论分析、再制作。这一模块是在课后利用网络开展的(见图5)。

1.拓展延伸

在学校,除了教室之外,还有走廊、操场、食堂等地方。教师可以引导学生思考,能否根据这些地方的特点来设置节电装置;除了电灯,校园还有风扇、电脑、投影机等设备,相关的节电装置又应该如何设置;除了用距离、光线控制电器的开关,温度、声音等条件是否可以;等等,促使学生从多维度去完善自己的作品。

2.多元评价

每完成一次新的制作,学生都可以利用网络平台和同学、教师进行交流,以不断激发灵感,创作出更完善的作品。在小学开展人工智能教育是时代的要求,小学人工智能教育应该以全纳的态度,重视人工智能意识、计算思维、人机协同能力、智能社会责任等素养的培养。以情境化、网格化、结构化学习为主要特征的小学人工智能教学模式指向学生信息技术核心素养,在培养目标、课程内容、教学方式等方面进行相应调整:第一,提高学生的理性思维能力;第二,增强学生的交互能力,如提升小组合作、独立思考、创新思想、社会责任等方面的水平;第三,激发学生不断学习的意识,提升学习主动性等。总之,该模式以项目式教学让学生获得学习的喜悦,对人工智能技术加以人文引导,让学生掌握的不是冰冷的技术,而是有温度的知识,学以致用。

作者:李伟健 吕健 单位:广州市越秀区东风东路小学