基于OBE的小學人工智能課堂教學實踐與思考

摘要：《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中明確提出，人工智能應作為信息科技課程中的六大主線之一。可見，當代學生作為信息社會的原住民，必須提升對人工智能的接受度和融合度。而作為人工智能課程的墾荒者，信息技術教師迫切需要建立一種適合中小學階段的人工智能課堂教學的模式。因此，本文基于OBE（Outcomes-based Education， OBE）教育理念構建了“任務單”的教學模式，并進行了課堂實踐，以期能為一線教師提供參考及借鑒。

關鍵詞：OBE；人工智能；教學實踐

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）15-0075-04

近年來，人工智能教育越來越受到重視，然而技術準入的“高門檻”與中小學生認知水平的“低層級”、人工智能專業教師的“高標準”與現實中普遍性的“低配置”成為制約人工智能教育發展的主要因素[1-2]，通過調研分析現有學校和教師情況，筆者認為，中小學階段人工智能課堂面臨的現實問題主要包括兩個方面：一是目前人工智能教材主要局限在基本原理的科普上；二是人工智能課堂教學模式相對落后。為了解決上述問題，筆者提出了一種基于OBE的人工智能課堂教學模式，力求構建一種以學生為中心，強化學生對學科知識框架、方法原理的理解和運用，并基于自主方法進行學習的課堂教學模式，幫助學生提高對人工智能實際運用能力的理解。

基于OBE的人工智能課堂教學方式

產出導向（Outcome-Based Education，OBE）的教育理念是由美國學者Spad提出的，該理念的核心思想是以學習者的學習成果（產出）作為主導，而所有的課程設計、教學案例都應該以此為目標。OBE可以看作是“以學生為中心”的一種教育價值取向，與計算思維、人工智能的教育本質更為互補。更為具體的是，OBE作為一種教育理念和方式，強調學生學完以后取得什么樣的學習效果，通過目標反向驅動教學過程。而以問題為導向催生而出的“任務單”正好符合這種目標導向需求。因此，本文基于OBE教育理念引入了任務單的設計思想，并以學習者為中心，從知識、素養、能力三個方面的培養入手，建立一種適用于人工智能課堂的教學方式[3-4]，該教學方式的可行性主要從以下三個方面來體現。

1.從解決生活實際問題入手，構建人工智能課堂的“體驗式”學習環境

在項目開展前期，筆者對某校五年級（10）班的52名學生進行了一次問卷調查，結果顯示，40%的學生對人工智能的概念是模糊的，認為使用了計算機就是人工智能，50%的學生感覺到身邊有人工智能的存在，但是大多數認為智能家居就是人工智能。10%的學生認為人工智能離我們很遙遠，身邊的智能家居都不能稱其是人工智能。從調查結果可以看出，五年級學生對“人工智能”的概念不清晰，存在多種理解，有些甚至是錯誤的理解，基于此，筆者將中小學階段的人工智能教學目標更多地定位在素養的培養上，以幫助學生建立正確的認知架構為起點，從簡單的“知”到“知”“道”融合，從學生的實際生活入手，構建學生認知范圍體系內的教學情境，幫助學生建立真實的“體驗式”學習環境，在任務探索過程中完成“知”“道”的融合，了解“人工智能”，走進智能社會。

2.以學習任務單為抓手，探索人工智能課程的有效活動路徑

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）建議推進以學生為主題的學習方式創新，通過學習方式的創新引導學生自主學習、合作學習，幫助學生學會學習。鼓勵從“學什么”到“為什么學”再到“學到什么”的課堂理念，以學生終身發展為教學目標，“能力培養”圍繞學生核心素養展開，從學生的知識達成到學生的素養達成，它的培養過程恰恰是從“為什么學”到“學到什么”的過程，不僅知其然而且知其所以然。任務單的加入很好地標準化了這一學習過程，設計適合學生和課堂的有效“任務單”，可以幫助教師理清學生的活動路徑，實現真實意義上的教與學的轉變。

3.從文化符號入手，探討人工智能課堂的評價體系

信息科技教育不僅要培養學生成為技術工具的消費者和使用者，而且要培養學生成為技術工具和數字內容的創造者與建設者。人工智能課堂涉及計算機類多方面內容，其課堂目標的設定也涉及多個維度。創新是人工智能得以發展的基礎，同時，培養學生的民族自豪感、民族使命感也是人工智能課堂的重要目標之一，這使得人工智能課堂的評價體系有別于其他課堂，既有理性技術的考評也有感性文化的評估，而通過任務單中的過程性評價及終結性評價能有效完成技術與文化的雙重考核。

基于OBE的小學人工智能課堂教學實踐

1.教學實踐

下面，筆者以“AR眼鏡制作”為例，介紹如何在真實課堂上構建基于OBE的小學人工智能課堂教學實踐。

筆者從AR眼鏡的大眾識別度、框架分析及人文屬性入手，從知識、能力、素養三個階段設定分段教學目標。從課堂評價出發，將課堂目標設定為：①通過對AR眼鏡、AR智能眼鏡的學習，形成自身對“智能化”的理解；②通過對AR智能眼鏡的分析，了解智能化設備的基本框架及其與普通設備之間區別；③通過分析AR智能眼鏡的組成，學會初步分析如何制作一個AR智能眼鏡，進而了解智能設備的制作過程；④在未來，AR智能眼鏡還能有哪些發展？需要哪些技術支撐？需要哪些技術革新？

具體教學過程如下：

階段一：

教學情境：除了現有學校各學科的教學方式（數學、化學、地理等學科利用文字、圖片、錄像等方式），是否還有更好的教學方式？

任務設計：傳統教學方式與智能化虛擬現實教學方式的差別。

學習任務單設計：思一思—AR智能眼鏡、AR普通眼鏡、普通眼鏡三者的異同點。

階段二：

教學情境：AR虛擬現實教學手段的展示（旋轉虛擬3D地球，探究月球、太陽和月球的關系，通過3D分子結構建立結構模型認識化學元素等）。

任務設計：虛擬現實是如何工作的？

學習任務單設計：猜一猜—AR智能眼鏡的基本框架是什么？

階段三：

教學情境：通過已有AR工具（Z Space、Metaio等）完成上述某案例的AR展示。

任務設計：搭建一個簡單的虛擬現實設備。

學習任務單設計：做一做—用現有材料能組裝出AR智能眼鏡嗎？能組裝出AR智能眼鏡中的哪些部分？還缺哪些材料？

階段四：

教學情境：更多學科內容的AR展示暢想。

任務設計：虛擬現實我們還能做些什么？

學習任務單設計：聊一聊—AR智能眼鏡還能有哪些發展？

階段一，教師引導學生思考如何將學科知識具體化，從問題出發，激發了學生的思考。階段二，教師分析并展示若干教學場景，如通過虛擬3D地球工具來展示地球、月球位置關系等，引導學生思考類似技術應該如何實現。階段三，教師通過搭建簡單的設備來組裝AR眼鏡，引導學生實際操作，進一步激發了學生的興趣。階段四，讓學生暢想更多的可能，激發學生的創新思想。

另外，筆者設計了學習任務單（如上頁圖），通過任務單教師能夠了解學生的學習過程，以便對問題解決過程中的關鍵節點進行及時引導。

2.教學評價

筆者將教學評價量表分為兩部分：

一部分供學生在教學過程中使用，如上頁表1所示，通過評價量表中的評價目標反向規劃學生的學習路徑，如通過“可以通過自行組織關鍵字來查詢所需資源”以及“可以準確描述AR眼鏡的外部和內部構成”，來判斷學生在學習過程中對技術的掌握情況。

另一部分內容可以供學生在課堂結束后使用，如上頁表2所示，用來評估教師的教學目標設定是否合適，以及學生的達成度如何，如“了解智能化設備的基本框架及其與普通設備之間的區別”以及“學會初步分析并制作一個AR智能眼鏡”，都能在課后判斷教學目標是否已經達成。

同時，評價量表的制訂要滿足以下原則：①評價人要明白評價的目的和意義；②通過評價引導學生客觀地看待自己和他人的不足；③評價量規要能夠幫助學生更準確地達成教學目標。

教學效果分析

在教學中，筆者選取了80名學生進行實驗，40名學生采用基于OBE模式的小學人工智能教學模式，另外40名學生采用傳統的教學模式，并在8學時后進行課程效果對比，分別從知識點掌握情況、學習積極性等方面進行分析和評價。數據顯示，在掌握知識點方面無統計學意義，而在學習積極性提升、計算機思維應用能力上，實驗組均優于對照組，差異具有統計學意義（p<0.05）。

參考文獻：

[1]中華人民共和國中央人民政府.國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知（國發[2017]35號）[DB/OL].https：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2]張坤穎，張家年.人工智能教育應用與研究中的新區、誤區、盲區與禁區[J].遠程教育雜志，2017（05）：54-63.

[3]周美云.機遇、挑戰與對策：人工智能時代的教學變革[J].現代教育管理，2020（03）：110-116.

[4]呂愷悅，孫眾.“人工智能+教師教育”的現狀、動態與問題[J].現代教育技術，2019，29（11）：114-120.

本文系2022年蘇州市教育科學“十四五”規劃課題“義務教育階段信息科技課程教評測一體化研究”的階段性研究成果。