多课时项目式学习促进学生计算思维培养

陈红芳

摘要：人工智能通过计算机数据运算、机器学习，模拟人的大脑思维能力，将计算思维的培养融入人工智能教学中，是培养学生思维的一种新的教学方式。因此，作者紧密联系生活，借助平台设计教学，对小学信息技术人工智能教学和计算思维的培养展开了初步探索。

关键词：人工智能;计算思维;课堂教学

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）05-0010-03

在人工智能教育教学过程中，教师除了讲授基本理论知识与技能，更为重要的是要深层次地挖掘与培养学生发现问题、分析问题以及解决问题的能力，即学生的计算思维能力。下面，笔者结合自身实践，谈谈如何在人工智能教学中对学生的计算思维进行培养。

● 借助各类平台，展开人工智能教学

1.收集教材案例

小学信息技术教材中关于人工智能的学习运用设置在六年级，并且全部基于硬件设备，而目前大多数学校硬件设备投入的缺失使得教学无法展开。因此，笔者通过各种方式寻找合适的教材与案例，让学生以体验为主，感受人工智能的魅力。

2.借助开放平台

教师可以利用人工智能开放平台，如百度AI、腾讯AI、讯飞、阿里云等，借助耳麦、摄像头，为学生创造良好的学习环境，让其开展人工智能体验学习。

● 项目设计，培养学生计算思维

1.整体设计，渗透计算思维

在人工智能教學中，教师常会通过一个作品进行技能教学，学生学习完成课堂中的任务，但这种教学模式更多关注到学生的计算机操作能力，而容易忽略对学生计算思维的培养。因此，教师可在一个作品的基础上，重构课程内容，将其整合成为一个大项目，以项目式学习开展教学。

项目式学习给学生提供解决问题的真实情境与空间，而围绕真实情境的驱动性问题还会衍生出许多新的问题，学生紧扣项目主题不断发现问题、分析问题并解决问题，这是一个可持续发展的过程，是将计算思维渗透其中的过程，在整个过程中学生不再是单纯地掌握技能，而是从中获取计算思维的能力，同时也提升整体计算思维素养。

2.人工智能教学，突破计算思维发展

笔者以新冠疫情防控咨询为切入点，以“小卫智能音箱”为项目主题，展开项目分析、学习语音识别原理与独立账户建立、搭建脚本编写与调试、项目展示与评价，最后创作出“小卫智能音箱”个性化人机交互作品，共设计了5个课时。

（1）项目分析，计算思维的问题挖掘与分解（第一课时）

师：接种疫苗是防控新冠疫情最有效的手段，但接种疫苗点咨询的人非常多，有时工作人员不能及时回复每个人。面对这样的情况，我们可以怎么做呢？（生：要是有个智能回复的机器就好了，可以提高工作效率）那就让我们一起创建一个小卫智能音箱，及时回复每一位咨询者的疑惑吧！

在真实的情境下产生学习需求任务，确立“小卫智能音箱”主题，组织学生以4～6人为小组，探讨项目功能需求：人机可以对话，且计算机可以根据不同的问题进行智能回答。根据主题研究发现，项目关键在于“小卫智能音箱”需要足够强大的知识储备，因此，小组内明确分配收集任务：收集新冠疫苗种类等相关知识、设置问卷调查群众想要咨询哪些问题、回收整理问题信息与答案、整理采访医生的专业回应……在此过程中培养学生发现问题、分析问题，并系统地设计解决方案的能力。

（2）项目启动，计算思维的解决问题模式（第二课时）

项目启动之后，教师简单讲述语音识别原理，即计算机把语音转换成文字的技术，能让计算机“听懂人说话”。在学生了解语音识别的概念与原理的基础上，利用图形化编程软件搭建程序作品来呈现解决的问题是较好的模式选择，鼓励学生尝试选择适合本项目的图形化编程软件，结合开放平台文字、语音识别，体验让计算机开口说话、让计算机听懂我们的话的过程，最终实现与计算机进行智能对话。

（3）项目实践，计算思维的知识点抽象（第三、四课时）

在问题充分挖掘分解的基础上，本项目使用图形化编程软件，用程序来描述整个游戏的过程，这也是知识点抽象的过程（如下图）。学生通过经历一个个问题的解决，将真实情境中产生的问题抽象化，同时，在利用循环语句、条件语句、侦测语句解决问题的过程中，也提升了解决问题的能力。学生不仅实现了人机智能对话，而且提升了计算思维能力。

（4）项目展评，算法意识提炼抽象（第五课时）

教师要求以小组为单位展示项目作品，让每个小组都能获得成就感，同时引导学生提出在本项目基础理论和实践中的新问题，再次整理思路，制订组内项目优化方案，并尝试解决，这样能使学生的计算思维不断得到提升。同时，教师播放视频——《江苏图书馆机器人吵架》，对课堂进行总结。

师：今天的我们可以制作这样的机器人吗？

生：不能。

师：为什么？

生：它们太智能了，就像人一样对话。

师：它们怎么做到如此智能呢？

生：需要足够强大的知识储备库。

师：是的，我们需要足够强大的知识储备才能让我们的程序更为智能，这就需要我们在一开始进行数据收集时要收集得更为全面，如可以现场采访更多的人，也可以通过问卷星进行问卷调查，收集到更多信息，当然，今天的知识不代表明天的知识，我们还需要不断学习，吸收更多的新知识。

以生活真实情境导入课堂，在课堂结束时再回归于生活，以两个机器人吵架的视频帮助学生回顾本节课，同时引导学生深度思维发生，并依据本项目式学习中形成的算法意识，思考方案的解决与优化，鼓励学生迁移所学知识技能。

● 思考

笔者以人工智能语音识别为例，以项目式学习为主要学习方式，通过重构课程内容，创设真实情境，给学生提供充足的交流时间，让学生立足于创作者、开发者的角度，真正投入到研究中，使得学生在项目式学习过程中不只是投入简单的思维，还对算法进行对比与优化，最终呈现出个性化作品——小卫智能音箱。

在项目式学习过程中，学生在发现问题、分析问题、解决问题的可持续学习中，掌握了计算思维的核心，即程序化的问题解决的四个步骤：分解、模式、抽象、算法。通过项目式学习，学生解决问题的能力真正得到锻炼，学生不再只是学会了一个新的控件，而是掌握了一项技能并能迁移运用所学技能与知识，提升信息学科核心素养。学生也不再是单纯地解决教师提出的一个任务，而是慢慢成为一位真正的问题解决者，并由项目的完成者变为项目的开发者、创造者。

因此，在小学信息技术人工智能教学中，教师一定要明确，学生解决问题的“思想路线”与方法迁移更为重要，在培养学生的计算思维能力过程中，还需潜移默化地培养学生的人工智能素养、信息素养及创新能力。

本文系江苏省管雪沨网络名师工作室、江苏省“十四五”教育规划课题“小学人工智能教育的项目化学习体系建构和实施策略研究”（编号：D/2021/2/148）阶段性成果。

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