以智慧課堂培養(yǎng)高中生人工智能核心素養(yǎng)策略初探

徐啟發(fā)

摘 要：高中信息技術(shù)新課程標準明確指出要落實立德樹人根本任務(wù)，發(fā)揮核心素養(yǎng)的統(tǒng)領(lǐng)作用。文章旨在探討新課程標準背景下如何應(yīng)用智慧課堂培養(yǎng)高中生的人工智能核心素養(yǎng)。文章從詳細剖析構(gòu)建高中人工智能智慧課堂的意義入手，提出使用智慧課堂培養(yǎng)高中生人工智能核心素養(yǎng)的策略，最后闡述基于智慧課堂實現(xiàn)教學(xué)評一體化。通過運用該方法進行高中人工智能教學(xué)，取得了較好的成果，有效地提升了學(xué)生人工智能核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：智慧課堂；人工智能；核心素養(yǎng)

一、構(gòu)建高中人工智能智慧課堂的意義

（一）智慧課堂是信息技術(shù)新課程實施的內(nèi)在要求

高中信息技術(shù)新課程標準指出，人工智能課程要落實立德樹人的根本任務(wù)，發(fā)揮核心素養(yǎng)的統(tǒng)領(lǐng)作用。同時，重視在新課程背景下，尤其是線上線下混合式學(xué)習(xí)多模態(tài)應(yīng)用下，人工智能的教與學(xué)已經(jīng)發(fā)生了很大變化，更加適合創(chuàng)新和泛在學(xué)習(xí)，呈現(xiàn)出與智慧課堂融合的新態(tài)勢。

隨著技術(shù)的工具屬性充分發(fā)揮和智能時代的悄然來臨，智慧課堂逐漸成為學(xué)校的主陣地，有專家認為：“智慧教育成為教育信息化的重點和未來發(fā)展方向[1]。”本文以高中信息技術(shù)新課標為基礎(chǔ)，從教學(xué)目標的設(shè)定、教學(xué)內(nèi)容的整合、練習(xí)實踐活動的設(shè)計等方面進行探討，研究如何合理利用智慧課堂培養(yǎng)中小學(xué)生人工智能核心

素養(yǎng)。

（二）智慧課堂是師生高效學(xué)習(xí)的迫切需要

傳統(tǒng)教學(xué)由于使用的教具比較簡單，加之使用的新技術(shù)較少，所營造的學(xué)習(xí)氛圍難免簡單，不利于學(xué)生開展創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)。例如，在對人工智能的多個知識點（人臉識別、語音識別和手勢識別等）進行學(xué)習(xí)和實踐時，如果沒有智慧課堂做輔助，學(xué)生經(jīng)常會遇到各種困難，很難理解人工智能蘊含的抽象的理論和原理。但是，如果使用智慧課堂，教師提前將知識點講解錄入該學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生可得到隨時隨地的泛在學(xué)習(xí)，即使是在場學(xué)習(xí)時也非常方便。智慧課堂承載了學(xué)生高效學(xué)習(xí)人工智能的任務(wù)，為高效學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。有專家認為，智慧課堂從本質(zhì)上來講就是翻轉(zhuǎn)課堂的重塑和升級，是一種利用智慧技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)能力的新形式。

二、使用智慧課堂培養(yǎng)高中生人工智能核心素養(yǎng)的策略

智慧引領(lǐng)互動，教學(xué)模式是智慧教育系統(tǒng)的核心要素。教師以項目探究為引領(lǐng)，通過構(gòu)建一系列實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生具備高中信息技術(shù)中的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)、信息化社會責(zé)任等素養(yǎng)，提升人工智能核心素養(yǎng)。

（一）基于智慧課堂確立教學(xué)目標策略

教學(xué)目標是教學(xué)中綱領(lǐng)性文件，是對教學(xué)需要達到目的的描述，通過是否達到教學(xué)目標可以評判課程的好壞，因此，確立一個切實可行的智慧課堂目標，顯得非常重要。上課前，教師需要通過智慧平臺的測評功能對學(xué)生進行前測。具體方法是：學(xué)生登錄智慧學(xué)習(xí)平臺進入自動測評模塊，按照模塊中的自動知識和技能檢測功能即可完成，完成后教師端會有相應(yīng)的實時反饋。教師設(shè)計的前測內(nèi)容涉及已學(xué)過的人工智能知識，如人臉識別、語音識別和手勢識別、機器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。通過對學(xué)生進行前測，可以了解學(xué)生目前的知識水平，科學(xué)地確定教學(xué)目標。

1.前測提供反饋數(shù)據(jù)

教師從平臺提供的數(shù)據(jù)反饋發(fā)現(xiàn)，學(xué)生說出人臉識別的部分術(shù)語或者做部分人工智能實驗，但是不能說出人臉識別背后的科學(xué)原理。同時，在語音識別中也出現(xiàn)了同樣的情況，學(xué)生在AI智能平臺進行圖片訓(xùn)練以及生成頻譜圖等，但是不能語音識別背后的技術(shù)，且他們的描述往往缺乏條理性和邏輯性。

2.科學(xué)制定教學(xué)目標

立足學(xué)情，整合單元內(nèi)容，教師制定了如下指向核心素養(yǎng)的單元教學(xué)目標：學(xué)生理解人臉識別理論原理和完成人臉識別、語音識別、手勢識別、交通燈識別等實驗；學(xué)生理解機器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論，能分析人臉識別、語音識別及手勢識別等蘊含的科學(xué)原理。其中，以機器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，讓學(xué)生深入了解一些人工智能實驗，諸如人臉識別、語音識別、手勢識別及交通燈識別等蘊含的人工智能原理，能根據(jù)人工智能原理完成相應(yīng)的創(chuàng)新實踐。

（二）基于智慧課堂，確定教學(xué)內(nèi)容策略

1.立德樹人是教學(xué)內(nèi)容的根基

課堂應(yīng)該充分彰顯新課程標準中立德樹人的要求，從立德樹人與學(xué)科特點中找到兩者的契合點，巧妙地運用到教學(xué)中生成教學(xué)目標。

2.根據(jù)前測精準定位學(xué)生最近發(fā)展區(qū)

針對學(xué)生在前測環(huán)節(jié)反映出的對人工智能理論和實踐缺失等問題，教師選取不同形式內(nèi)容，幫助學(xué)生從不同方面了解人工智能的理論和實踐。

3.將教學(xué)目標逐步細化

根據(jù)教學(xué)目標，學(xué)生通過了解人臉識別、手勢識別、語音識別、交通燈識別等重要人工智能應(yīng)用，充分感受人工智能的便捷性，激發(fā)學(xué)生使用人工智能的樂趣，加深對科學(xué)技術(shù)理解和認同，樹立國際科技視野，把人工智能進一步發(fā)揚光大。

（三）基于智慧課堂，實施教學(xué)實踐

以學(xué)生前測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，教師制定了科學(xué)的教學(xué)目標，精準選擇了合適的教學(xué)內(nèi)容，之后需要選擇恰當?shù)慕虒W(xué)方式將課程實施出來。往往教學(xué)環(huán)節(jié)需要獨具匠心，給學(xué)生建構(gòu)一個利于發(fā)散思維和創(chuàng)新的課堂。所以，每個教學(xué)環(huán)節(jié)都需要認真打磨、精心設(shè)計。

1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)

利用智慧學(xué)習(xí)平臺的音頻、視頻、動畫播放功能，為學(xué)生展現(xiàn)精心選擇的趣味材料，內(nèi)容為本節(jié)課知識點的相關(guān)內(nèi)容，可以讓學(xué)生通過本材料聯(lián)想或者遷移到要學(xué)習(xí)的知識上來，讓學(xué)生自主進入最近發(fā)展區(qū)，以此培養(yǎng)他們的問題探知能力和知識遷移能力。在導(dǎo)入環(huán)節(jié)可以通過文字導(dǎo)入、音頻導(dǎo)入、視頻導(dǎo)入、動畫導(dǎo)入、漫畫導(dǎo)入、圖片導(dǎo)入、群體舞臺表演導(dǎo)入等多種方法，以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。智慧學(xué)習(xí)平臺支持多種載體形式，可以利用這些豐富的載體形式，調(diào)動學(xué)生的積極性。一個成功的導(dǎo)入是課程順利開展的關(guān)鍵，在本環(huán)節(jié)是否能順利將學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣充分吸引過來，在一定程度上決定著聽課的效率，而通過智慧課堂在絕大多數(shù)情況下能順利導(dǎo)入，激起全體同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，營造濃厚的學(xué)習(xí)氛圍。

2.知識精講與學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)

（1）利用多媒體精講

教師對本節(jié)課知識網(wǎng)絡(luò)進行精講，對于比較難的知識點，可以通過智慧學(xué)習(xí)上的動畫形式，降低同學(xué)們的學(xué)習(xí)難度。一方面動畫形式趣味性比較強，另一方面學(xué)生可以反復(fù)地觀看細節(jié)，以便他們掌握其中的原理。

（2）充分利用智慧學(xué)習(xí)平臺交互功能

教師可以利用智慧學(xué)習(xí)平臺上的交互功能，巧妙設(shè)置交互內(nèi)容和正確答案，然后設(shè)定學(xué)生回答時間。當學(xué)生順利答完提交，教師端可以實時看到學(xué)生的答題情況，然后根據(jù)答題器的回答狀況向?qū)W生反饋，讓學(xué)生知道更深入的情況。

（3）智慧分組

黃榮懷教授認為，“課堂活動的重點在于幫助學(xué)生開展深度的小組合作”[2]。教師根據(jù)學(xué)生的興趣將學(xué)生分為不同的小組，采用“同趣分組”的方法，即小組成員都對同一項目感興趣。學(xué)生根據(jù)自己志趣討論共同喜歡的項目。在網(wǎng)絡(luò)上，教師同樣可以利用智慧課堂的“分組”功能，將討論內(nèi)容相同或相近的學(xué)生劃分在同一小組，進行充分的交流和探討。與現(xiàn)實中的分組不同的是，智慧課堂的分組非常方便，只需要簡單操作就可以了。分組后同組學(xué)生可以在共享網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，將需要的學(xué)習(xí)資源和生成的學(xué)習(xí)成果同步反饋到學(xué)習(xí)空間，實現(xiàn)小組協(xié)同和資料共享，這樣可以更方便地完成項目。學(xué)生打開智慧學(xué)習(xí)平臺進行學(xué)習(xí)，可以在線摘抄或者做筆記。當他們學(xué)習(xí)遇到難題時，可以自主使用智慧學(xué)習(xí)平臺的在線助手等功能進行查詢。

3.展示環(huán)節(jié)

學(xué)生通過智慧學(xué)習(xí)平臺將各小組自制的思維導(dǎo)圖投屏到互動屏幕上，學(xué)生端和互動屏幕都展示同樣的內(nèi)容。教師在活動過程中，可以隨時截屏學(xué)生的練習(xí)或作品，直接進行分享與點評非常方便。通過展示交流環(huán)節(jié)，學(xué)生可以充分開展討論，互通有無，與其他人共享自己的觀點，在觀點碰撞過程生成思維創(chuàng)新的火花。

三、基于智慧課堂實現(xiàn)教學(xué)評一體化

高中信息技術(shù)課程標準指出，注重“教學(xué)評”一體化設(shè)計，充分利用多種評價方式，為學(xué)生提供科學(xué)的評價，讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)后的提高。同時要注意教學(xué)和學(xué)習(xí)都是為了滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需要，要與評價相統(tǒng)一。

（一）運用智慧課堂精講精練

有學(xué)者提出中小學(xué)要切實減輕學(xué)生的課業(yè)負擔、滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求，加強促進學(xué)生基礎(chǔ)發(fā)展與滿足個性需求之間的協(xié)調(diào)。要想真正地做到高效學(xué)習(xí)，就要提高練習(xí)的設(shè)計質(zhì)量，做到精準練習(xí)。教師要設(shè)計有效的、高質(zhì)量的練習(xí)，可以嘗試把課后練習(xí)轉(zhuǎn)為智慧課堂中的隨堂練習(xí)，當堂反饋。如制作智能澆花系統(tǒng)項目，可以用課程現(xiàn)場評價的方法進行考評。

設(shè)計高質(zhì)量的智慧課堂練習(xí)需要分清類型。人工智能智慧課堂練習(xí)有三種類型，分別是基礎(chǔ)性練習(xí)、目標性練習(xí)和拓展性練習(xí)。在練習(xí)設(shè)計時要考慮多方面的因素：一要依據(jù)教委下發(fā)的課程設(shè)計標準，根據(jù)課程標準確定單元教學(xué)內(nèi)容，包括內(nèi)容框架、目標、課時分解、學(xué)情分析、練習(xí)目標、練習(xí)類型、如何使用（如何布置、預(yù)估時長……）等；還要依標據(jù)本，精準設(shè)計練習(xí)的任務(wù)和內(nèi)容，實現(xiàn)教、學(xué)、評三位一體。二要確定練習(xí)框架，分層設(shè)置練習(xí)任務(wù)；要定練習(xí)目標，堅持練習(xí)目標導(dǎo)向。三要定練習(xí)內(nèi)容，靈活處置課后練習(xí)；同時要定練習(xí)評價，評價方式盡量做到靈活多樣。另外，在評價方式上，要注意表現(xiàn)性評價、過程性評價和發(fā)展性評價相結(jié)合，采取多樣化的評價方法，讓每個同學(xué)都能在智慧課堂上感受到練習(xí)的快樂，同時還要注意評價時間全程化，對每個練習(xí)過程中都要注意留心觀察，捕捉學(xué)生的每一點用心之處；最后要注意評價主體多元化，從多個維度去評價學(xué)生取得的成長和進步。可以說，智慧課堂在實際的教學(xué)中發(fā)揮了極其重要的作用。

（二）運用智慧課堂對學(xué)生進行學(xué)習(xí)路徑分析和學(xué)習(xí)規(guī)律挖掘

黃榮懷教授認為，“從與教學(xué)行為相關(guān)的應(yīng)用和領(lǐng)域中獲取數(shù)據(jù)”[3]。學(xué)生使用智慧平臺完成練習(xí)的時候，平臺記錄了每位學(xué)生的完整學(xué)習(xí)過程，從學(xué)習(xí)過程中可以看到每位學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑。學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑分為正確學(xué)習(xí)路徑和錯誤學(xué)習(xí)路徑，如何幫助學(xué)生從錯誤學(xué)習(xí)路徑中走出來？這里面蘊含了知識節(jié)點理論。往往一名學(xué)生在理解某部分知識時存在一些誤差，這些誤差經(jīng)過知識測評，被智慧學(xué)習(xí)平臺發(fā)現(xiàn)給出相應(yīng)的修改的策略，學(xué)生按照修改的建議重新練習(xí)，生成正確的學(xué)習(xí)路徑，順利到達知識的最近發(fā)展區(qū)，讓學(xué)生學(xué)到新知識和技能。

（三）運用智慧課堂設(shè)計多層次練習(xí)，尊重學(xué)生的差異性

分層練習(xí)不是一個新概念，它是伴隨著新課改落地生根。新課程標準形勢下，如何設(shè)計優(yōu)質(zhì)高效的智慧課堂練習(xí)？應(yīng)該做到精準練習(xí)分層，讓學(xué)生根據(jù)實際自主選擇。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的差異，教師進行智慧課堂分層練習(xí)設(shè)計，讓學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)實際進行自主選擇，從練習(xí)中享受獲得感、成就感，學(xué)生完成練習(xí)的效率會更高。分層練習(xí)設(shè)計真正做到了以學(xué)生為中心，讓學(xué)生各取所需。

（四）運用智慧課堂設(shè)計趣味性練習(xí)，調(diào)動學(xué)生練習(xí)的積極性

教師應(yīng)該通過認真研讀政策，反復(fù)揣摩練習(xí)的“質(zhì)”與“量”關(guān)系，設(shè)計出了多種新穎、靈活的練習(xí)形式，實踐表明，這種方式深受學(xué)生喜愛。比如，為了讓學(xué)生對練習(xí)更感興趣，可以讓他們完成諸如設(shè)計思維導(dǎo)圖，或者制作喜歡的程序、處理圖片和視頻等不同層次任務(wù)。比起傳統(tǒng)的練習(xí)內(nèi)容，思維導(dǎo)圖、編寫程序、處理圖片和視頻更能調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性、創(chuàng)新性和實效性。

教師將設(shè)計好的練習(xí)上傳到智慧學(xué)習(xí)平臺，當即發(fā)布隨堂練習(xí)，學(xué)生可以根據(jù)自身情況從三項練習(xí)中選擇其一完成。對于部分學(xué)生的個性化問題，教師可以很方便地利用智慧學(xué)習(xí)平臺進行解答，同時這些解答還可以保留在智慧學(xué)習(xí)平臺，供學(xué)生反復(fù)觀看。如果有非常難的問題，教師可以提前錄制好微課視頻，發(fā)布在智慧學(xué)習(xí)平臺，供學(xué)生反復(fù)揣摩觀看，強化他們的學(xué)習(xí)效果。

（五）借助智慧課堂，建立學(xué)生檔案，滿足個性化學(xué)習(xí)需求

智慧課堂平臺還可用于記錄學(xué)生日常學(xué)習(xí)行為、完成課程練習(xí)的次數(shù)與正誤率，這些數(shù)據(jù)可以幫助教師完成對課堂教學(xué)設(shè)計的調(diào)整，促進生成更高效的教學(xué)。這不僅可以對學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進行采集，還可以利用智慧學(xué)習(xí)平臺進行大數(shù)據(jù)運算，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)和相關(guān)學(xué)習(xí)資源，為教師智慧生成備課資源包、教學(xué)設(shè)計模板、訓(xùn)練題集以及優(yōu)化、適切的教學(xué)資源等。

結(jié)束語

在高中信息技術(shù)新課程標準下，使用智慧課堂對培養(yǎng)人工智能核心素養(yǎng)具有重要意義。智慧課堂具有精準化、個性化、靈活性、創(chuàng)新性等特點，高中信息技術(shù)教師應(yīng)當善于使用智慧課堂這些優(yōu)點，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生創(chuàng)造適合創(chuàng)新的環(huán)境，不斷提升教育的育人功能，在善教與樂學(xué)良性互動下，積極促進學(xué)生人工智能核心素養(yǎng)的提高，讓智慧課堂引領(lǐng)學(xué)生全面發(fā)展。

參考文獻

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[2]黃榮懷.信息化環(huán)境下的課堂教學(xué)變革[J].教育與教學(xué)研究，2021，35（3）：1-2.

[3]黃榮懷，高博俊，王歡歡，等.基于教學(xué)過程感知的行為計算[J].電化教育研究，2020，41（6）：20-26.

本文系中國教育技術(shù)協(xié)會“十四五”規(guī)劃專項課題“人工智能與教育”（課題批準號：XHZXKT2022028）的研究成果。