促進計算思維發展的小學人工智能課程教學模式研究

劉宏金

【摘 要】隨著人工智能技術的飛速發展，計算思維已經成為當今社會必備的核心素養之一。本文以促進學生計算思維發展為目標，通過對當前小學人工智能課程教學模式的問題進行剖析，提出基于問題解決和項目驅動的教學模式可以促進學生計算思維的發展，并從課程設計、教學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模式在促進學生計算思維發展方面的有效性。

【關鍵詞】小學人工智能課程 計算思維 教學模式 問題解決 項目驅動

2017年7月，國務院印發了《新一代人工智能發展規劃》，提出要加快培養聚集人工智能高端人才。把高端人才隊伍建設作為人工智能發展的重中之重，堅持培養和引進相結合，完善人工智能教育體系，加強人才儲備和梯隊建設，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用水平。

一、研究背景

隨著人工智能技術的飛速發展，計算思維已經成為當今社會必備的核心素養之一。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，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。

小學階段是計算思維發展的重要階段。在這個階段，學生的計算思維發展處于關鍵期，對于今后的學習和職業發展都有著至關重要的作用。為了更好地促進學生計算思維的發展，許多國家和地區開始在小學階段引入人工智能課程。澳大利亞的兒童從10歲起就開始學習STEM課程，兒童使用可視化編程語言進行創意設計、編程、敘事表達，培養邏輯思維能力。 美國有全民學編程周（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的文件，全力提升培養學生的編程能力。

二、研究現狀綜述

筆者通過文獻調研，發現中小學人工智能課程建設尚處于探索階段，學術界對課程目標、主要內容等問題尚未形成統一認識，師資人才培養體系等尚未建立，人工智能課程教學模式研究還沒有深入。

在人工智能時代，教師教學時必須抓住三個核心：一是教授學生有價值的知識，同時培養學生探尋知識的興趣、欲望和方法；二是培養學生良好的品行；三是啟發學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。小學人工智能課程，一是要從人工智能基礎知識教學入手，了解前沿領域的發展情況，進行人工智能啟蒙教育；二是要讓每個學生學會與智能工具交流，體驗日常生活中的人工智能產品；三是要分學段實施不同層次的編程教學，學習用編程解決實際問題，培養計算思維、創新思維等信息時代的基本素養。

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

三、研究過程

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

（一）小學人工智能課程教學模式問題的剖析

目前，小學人工智能課程教學模式存在以下問題：第一，缺乏實踐性。許多小學人工智能課程缺乏實踐性，學生只是簡單地了解人工智能技術的基本概念，缺乏對人工智能技術應用的深入理解。這導致學生無法真正體會到人工智能技術的實際應用，也無法掌握解決實際問題的能力。第二，教學方式單一。許多小學人工智能課程教學方式單一，只注重知識的傳授，缺乏培養學生計算思維能力的實際操作。這種單一的教學方式往往導致學生的興趣不高，也難以激發他們的學習熱情。第三，知識點過于抽象。小學人工智能課程中的知識點過于抽象，難以引起學生的興趣。同時，由于學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，進而導致學習困難。

（二）小學人工智能課程教學模式存在問題的原因分析

小學人工智能課程教學模式存在的問題，主要是由以下原因造成的：一是教學設計缺乏科學性。小學人工智能課程的教學設計缺乏科學性，沒有結合學生的實際情況和認知特點。教學內容和教學方法都缺乏針對性和實用性，難以有效促進學生計算思維能力的發展。二是教師教學水平不高。當前，小學人工智能課程的教師大多數是由信息技術教師擔任，教學水平參差不齊，很多教師對人工智能技術的理解和應用不夠深入。這導致教學內容和教學方法缺乏實踐性與針對性，無法激發學生的興趣和學習熱情。三是學生自身認知和表達能力有限。小學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。這使得教師在教學過程中難以有效地傳達知識點，也使得學生在學習過程中難以理解和掌握知識點。

（三）基于問題解決和項目驅動的小學人工智能課程教學模式

本文在實踐的基礎上總結提煉出了一種基于問題解決和項目驅動的小學人工智能課程教學模式。該教學模式以實際問題和項目為驅動，注重學生的實踐操作和實際應用能力的培養，旨在促進學生計算思維的發展。該教學模式的設計主要是在實際項目中應用，培養學生的計算思維和團隊合作能力。項目活動應該與實際問題密切相關，讓學生在實際操作中學習相關知識和技能，同時提高解決實際問題的能力。

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

教師在教學中要注重學生反饋，及時了解學生的學習情況和需求，根據學生的學習情況和需求調整與優化教學，讓每個學生都能夠得到有效的指導和支持。

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，一個班級采用傳統教學模式，另一個班級采用本文提出的促進計算思維發展的小學人工智能課程教學模式。

課前，教師針對實際問題設計課程內容和教學活動，并為學生提供相關的學習材料和資源，幫助學生預習和了解相關知識與技能。

在課堂教學中，教師采用多種教學方法，包括講授、實驗、討論、項目活動等，引導學生掌握相關知識和技能。教師在其中發揮問題拆解、輔助建構、實時督導、引導促進、組織協助、評價總結等作用。其中，項目活動是課堂教學的重要組成部分。教師讓學生在項目中應用所學知識和技能，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，培養其實際應用能力和解決問題的能力。

課后，教師通過作業、測試、問卷等方式了解學生的學習情況和反饋，根據學生的學習情況和需求進行調整與優化，提高教學效果。

（四）實踐驗證

為了評價促進計算思維發展的小學人工智能課程教學模式的效果，教師采用了多種方法驗證該教學模式的有效性，包括學習成績、學生反饋、教師評價、家長評價等。

期末成績數據顯示，采用本文提出的教學模式的學生的學習成績明顯優于傳統教學模式的學生。問卷調查顯示，大多數學生認為基于問題解決和項目驅動的小學人工智能課程教學模式提高了他們的學習興趣和主動性。同時，學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、提高教師的教學能力和水平等。參與實驗的教師認為，這種教學模式能夠有效地促進學生的計算思維發展，提高他們的實際應用能力和解決問題的能力。家長訪談表示，學生的學習興趣和主動性有了明顯提高，學生的計算思維得到了有效發展。

四、總結和展望

本文所介紹的小學人工智能課程教學模式，旨在通過系統的課程設計和科學的教學方法，促進學生計算思維的發展，提高學生的創新意識和綜合素質。在實際教學中，教師可以根據學生的實際情況和需求，靈活調整和改進教學模式，以便更好地滿足學生的學習需求和提高教學質量。

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