促進計算思維發(fā)展的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式研究

劉宏金

【摘 要】隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，計算思維已經(jīng)成為當(dāng)今社會必備的核心素養(yǎng)之一。本文以促進學(xué)生計算思維發(fā)展為目標(biāo)，通過對當(dāng)前小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式的問題進行剖析，提出基于問題解決和項目驅(qū)動的教學(xué)模式可以促進學(xué)生計算思維的發(fā)展，并從課程設(shè)計、教學(xué)方法和評價體系三個方面進行了詳細論述，最后，通過實際案例驗證了該教學(xué)模式在促進學(xué)生計算思維發(fā)展方面的有效性。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)人工智能課程 計算思維 教學(xué)模式 問題解決 項目驅(qū)動

2017年7月，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出要加快培養(yǎng)聚集人工智能高端人才。把高端人才隊伍建設(shè)作為人工智能發(fā)展的重中之重，堅持培養(yǎng)和引進相結(jié)合，完善人工智能教育體系，加強人才儲備和梯隊建設(shè)，特別是加快引進全球頂尖人才和青年人才，形成我國人工智能人才高地。支持開展形式多樣的人工智能科普活動，鼓勵廣大科技工作者投身人工智能的科普與推廣，鼓勵科學(xué)家參與人工智能科普，全面提高全社會對人工智能的整體認知和應(yīng)用水平。

一、研究背景

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，計算思維已經(jīng)成為當(dāng)今社會必備的核心素養(yǎng)之一。計算思維是一種用于解決問題的思維方式，通過分解問題、抽象問題、模式識別和算法設(shè)計等方法，幫助人們解決各種實際問題。計算思維不僅是編程能力的基礎(chǔ)，還是人們解決各種日常問題的必備技能，因此，在教育中越來越受到重視。

小學(xué)階段是計算思維發(fā)展的重要階段。在這個階段，學(xué)生的計算思維發(fā)展處于關(guān)鍵期，對于今后的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展都有著至關(guān)重要的作用。為了更好地促進學(xué)生計算思維的發(fā)展，許多國家和地區(qū)開始在小學(xué)階段引入人工智能課程。澳大利亞的兒童從10歲起就開始學(xué)習(xí)STEM課程，兒童使用可視化編程語言進行創(chuàng)意設(shè)計、編程、敘事表達，培養(yǎng)邏輯思維能力。 美國有全民學(xué)編程周（Hour of Code Week），從2018年開始，美國官方每年撥款2億美元支持人工智能編程教育的普及。中國在近十幾年，自上而下出臺了各項人工智能教育政策和相關(guān)的文件，全力提升培養(yǎng)學(xué)生的編程能力。

二、研究現(xiàn)狀綜述

筆者通過文獻調(diào)研，發(fā)現(xiàn)中小學(xué)人工智能課程建設(shè)尚處于探索階段，學(xué)術(shù)界對課程目標(biāo)、主要內(nèi)容等問題尚未形成統(tǒng)一認識，師資人才培養(yǎng)體系等尚未建立，人工智能課程教學(xué)模式研究還沒有深入。

在人工智能時代，教師教學(xué)時必須抓住三個核心：一是教授學(xué)生有價值的知識，同時培養(yǎng)學(xué)生探尋知識的興趣、欲望和方法；二是培養(yǎng)學(xué)生良好的品行；三是啟發(fā)學(xué)生尋找人生的價值和意義。人工智能課程的抓手是編程實踐。小學(xué)人工智能課程，一是要從人工智能基礎(chǔ)知識教學(xué)入手，了解前沿領(lǐng)域的發(fā)展情況，進行人工智能啟蒙教育；二是要讓每個學(xué)生學(xué)會與智能工具交流，體驗日常生活中的人工智能產(chǎn)品；三是要分學(xué)段實施不同層次的編程教學(xué)，學(xué)習(xí)用編程解決實際問題，培養(yǎng)計算思維、創(chuàng)新思維等信息時代的基本素養(yǎng)。

當(dāng)前，小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式存在以下問題：第一，許多小學(xué)人工智能課程缺乏實踐性，學(xué)生只是簡單地了解人工智能技術(shù)的基本概念，缺乏對人工智能技術(shù)應(yīng)用的深入理解；第二，許多小學(xué)人工智能課程教學(xué)方式單一，只注重知識的傳授，缺乏培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的實際操作。因此，本文對小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式進行研究，提出了一種基于問題解決和項目驅(qū)動的教學(xué)模式，以期促進學(xué)生計算思維的發(fā)展。

三、研究過程

本文采用文獻研究法、問卷調(diào)查法和實驗研究法進行研究，通過對已有文獻的綜合分析，對小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式進行剖析和總結(jié)；通過問卷調(diào)查的方式，了解學(xué)生對小學(xué)人工智能課程的認知和態(tài)度；通過實驗研究，驗證基于問題解決和項目驅(qū)動的教學(xué)模式在促進學(xué)生計算思維發(fā)展方面的有效性。

（一）小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式問題的剖析

目前，小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式存在以下問題：第一，缺乏實踐性。許多小學(xué)人工智能課程缺乏實踐性，學(xué)生只是簡單地了解人工智能技術(shù)的基本概念，缺乏對人工智能技術(shù)應(yīng)用的深入理解。這導(dǎo)致學(xué)生無法真正體會到人工智能技術(shù)的實際應(yīng)用，也無法掌握解決實際問題的能力。第二，教學(xué)方式單一。許多小學(xué)人工智能課程教學(xué)方式單一，只注重知識的傳授，缺乏培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的實際操作。這種單一的教學(xué)方式往往導(dǎo)致學(xué)生的興趣不高，也難以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。第三，知識點過于抽象。小學(xué)人工智能課程中的知識點過于抽象，難以引起學(xué)生的興趣。同時，由于學(xué)生的認知能力和表達能力有限，他們往往難以理解和表達這些抽象的概念，進而導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難。

（二）小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式存在問題的原因分析

小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式存在的問題，主要是由以下原因造成的：一是教學(xué)設(shè)計缺乏科學(xué)性。小學(xué)人工智能課程的教學(xué)設(shè)計缺乏科學(xué)性，沒有結(jié)合學(xué)生的實際情況和認知特點。教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都缺乏針對性和實用性，難以有效促進學(xué)生計算思維能力的發(fā)展。二是教師教學(xué)水平不高。當(dāng)前，小學(xué)人工智能課程的教師大多數(shù)是由信息技術(shù)教師擔(dān)任，教學(xué)水平參差不齊，很多教師對人工智能技術(shù)的理解和應(yīng)用不夠深入。這導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法缺乏實踐性與針對性，無法激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情。三是學(xué)生自身認知和表達能力有限。小學(xué)生的認知和表達能力有限，他們往往難以理解和表達抽象的概念與思想。這使得教師在教學(xué)過程中難以有效地傳達知識點，也使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以理解和掌握知識點。

（三）基于問題解決和項目驅(qū)動的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式

本文在實踐的基礎(chǔ)上總結(jié)提煉出了一種基于問題解決和項目驅(qū)動的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式。該教學(xué)模式以實際問題和項目為驅(qū)動，注重學(xué)生的實踐操作和實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，旨在促進學(xué)生計算思維的發(fā)展。該教學(xué)模式的設(shè)計主要是在實際項目中應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和團隊合作能力。項目活動應(yīng)該與實際問題密切相關(guān)，讓學(xué)生在實際操作中學(xué)習(xí)相關(guān)知識和技能，同時提高解決實際問題的能力。

在課程教學(xué)中，教師可以采用多種教學(xué)方法，包括講授、實驗、討論、項目活動等，讓學(xué)生從不同的角度理解和掌握相關(guān)知識和技能。同時，采用互動式教學(xué)方式，鼓勵學(xué)生積極參與，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和主動性。

教師在教學(xué)中要注重學(xué)生反饋，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求調(diào)整與優(yōu)化教學(xué)，讓每個學(xué)生都能夠得到有效的指導(dǎo)和支持。

在實踐中，教師選取了兩個班級作為研究對象，進行對比。其中，一個班級采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，另一個班級采用本文提出的促進計算思維發(fā)展的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式。

課前，教師針對實際問題設(shè)計課程內(nèi)容和教學(xué)活動，并為學(xué)生提供相關(guān)的學(xué)習(xí)材料和資源，幫助學(xué)生預(yù)習(xí)和了解相關(guān)知識與技能。

在課堂教學(xué)中，教師采用多種教學(xué)方法，包括講授、實驗、討論、項目活動等，引導(dǎo)學(xué)生掌握相關(guān)知識和技能。教師在其中發(fā)揮問題拆解、輔助建構(gòu)、實時督導(dǎo)、引導(dǎo)促進、組織協(xié)助、評價總結(jié)等作用。其中，項目活動是課堂教學(xué)的重要組成部分。教師讓學(xué)生在項目中應(yīng)用所學(xué)知識和技能，通過邏輯分析、制訂方案、自主探究、小組合作、團隊展示和多維評價等，培養(yǎng)其實際應(yīng)用能力和解決問題的能力。

課后，教師通過作業(yè)、測試、問卷等方式了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和反饋，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求進行調(diào)整與優(yōu)化，提高教學(xué)效果。

（四）實踐驗證

為了評價促進計算思維發(fā)展的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式的效果，教師采用了多種方法驗證該教學(xué)模式的有效性，包括學(xué)習(xí)成績、學(xué)生反饋、教師評價、家長評價等。

期末成績數(shù)據(jù)顯示，采用本文提出的教學(xué)模式的學(xué)生的學(xué)習(xí)成績明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生。問卷調(diào)查顯示，大多數(shù)學(xué)生認為基于問題解決和項目驅(qū)動的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式提高了他們的學(xué)習(xí)興趣和主動性。同時，學(xué)生也提出了一些改進建議，如增加實驗和項目活動的時間與機會、提高教師的教學(xué)能力和水平等。參與實驗的教師認為，這種教學(xué)模式能夠有效地促進學(xué)生的計算思維發(fā)展，提高他們的實際應(yīng)用能力和解決問題的能力。家長訪談表示，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性有了明顯提高，學(xué)生的計算思維得到了有效發(fā)展。

四、總結(jié)和展望

本文所介紹的小學(xué)人工智能課程教學(xué)模式，旨在通過系統(tǒng)的課程設(shè)計和科學(xué)的教學(xué)方法，促進學(xué)生計算思維的發(fā)展，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)。在實際教學(xué)中，教師可以根據(jù)學(xué)生的實際情況和需求，靈活調(diào)整和改進教學(xué)模式，以便更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和提高教學(xué)質(zhì)量。

同時，本研究也存在一些問題和不足，如教師的教學(xué)能力和水平不足、項目活動的時間和機會不足等需要進一步完善和優(yōu)化。