爱上“AI”，让学生在探索实践中成长

徐斌?吴松松

【摘 要】鉴于近年来人工智能技术的快速发展，人工智能的知识显得更加重要。而“双减”政策下的学校教育又该如何提质增效？本文以本校人工智能课程开展的过程中，使用PBL教学法对学生在“双减”政策下学习能力和创新能力的培养及提升进行了探讨。

【关键词】人工智能 PBL教学法 培养创新能力

近年来，人工智能发展迅速，无论是在图像识别还是语音识别等技术上都有了较大的进步，这些技术不仅极大地改变了我们的生活方式，也极大地影响了教育行业的发展。在影响未来教育的因素中，人工智能被认为是一个不可忽视的重要变量。随着新时代教育的需要，以及大数据和物联网的发展，人工智能技术也进入了新时代。人工智能是一门涉及多学科的交叉学科，其各主要研究领域都处于迅速发展中，许多高校也开设了这一专业。同时，有关人工智能与教育的研究呈现出逐渐增长的趋势，如何运用好智慧课堂，让学生从中学得更好，让教师从重复、机械式的教学中解放，提升工作效率，培养出新时代建设需要的创新型人才也是未来教育发展的必然方向。

最新教育部公布的中小学生37项赛事中，很多是人工智能应用和创新大赛。人工智能课程也已经开始列入中小学必修内容，其目标是通过编程实践，激发学生学习兴趣，同时培养学生创新思维，而本校人工智能课程的开设，也充分落实了这一政策，开启了新时代育人的新篇章。如何开展好人工智能课堂教学？PBL教学法有着非常关键的作用。

陶行知先生的教育理念是建立理想社会的精神，而协作和探究的精神是PBL的核心精神，也是未来教育的核心要素。PBL有着悠久的历史，可追溯到20世纪初期弗兰西斯·W.帕克（Francis W.Parker）的“项目教学”（project teaching）和约翰·杜威（John Dewey）的“做中学”理念。其教学理念吸收了农艺学和工艺学的思想，最初在小学中使用，后来拓展至其他阶段。随着时代的演变，它成了一种以人工制品开发驱动学生主动发现问题并协作确定解决问题方案的学习型课程新模式。这些人工制品对学生而言是真实而有意义的，映射出学科或跨学科的核心概念和原理，反映领域专家（科学家、数学家、作家、历史学家、工程师等）的实践活动。人工制品可以是报告、实物模型、计算机模型、视频、录音和其他基于技术的表征等。简单来讲，PBL是通过情境设置，以问题为导向、以学生为中心的理念，能优化传统教育中学生被动学习的模式，激发出学生的创造力和潜能，让学生从被动学习转变为主动学习，这样的学习方式似乎更受学生欢迎并更容易被接受。

PBL与传统教育中教师习惯的教学方式大相径庭，PBL式学习的设计中，团队合作是重要的核心模块。PBL要求教师少教多指导，传统教育则是教师单方面的全程教授。因此，对于教师来说，PBL的第一个挑战就是如何改变自己的教学习惯，并适应以及应对课堂上经常出现的不确定性。对于应试教育下的课堂，推行这种方式，也可能面临学生不适应和学业成绩下降的风险，这种模式一般有问题定义—探索—设计—创造—测试—分享—改进这一过程，基本整个课堂都是以学生为主，教师只起引导作用。而从当前的情况来看，要想课堂效果好，需要教师花大量的时间和精力进行课堂设计，这在目前的教育环境下很难实现，因此PBL教学法在实际教学中也少有完整体现。在日常信息课教学中，虽然说采用这种方式的比较多，但由于环节设计上缺乏有力的抓手，真正实施的效果也并不好。随着新时代教育的需要，国家人才培养的需要，改变现行教学方式，探讨合适的教学方法，对将来人工智能领域的人才培养有重要意义。目前，学校人工教育课程系列，从人工智能基础知识教学入手，让每个学生学会与智能工具打交道，体验日常生活中人工智能产品的运用，同时又分学段实施不同层次的编程教学，教会学生用编程解决实际问题，培养计算思维、创新思维等信息时代的基本素养。在整个体系的教学中，PBL教学法是核心。

一、人工智能教学中的PBL教学法以学生为中心，注重激发学生的学习兴趣

在传统的课堂教学中，往往是以教师为中心而忽略了学生这一主体。人工智能课程的开设大大改变了课堂模式。学校该课程体系中，选取了一些与学生年龄相符、容易接受的知识作为情境。以课程内容《谁的大嘴巴》为例，在课程授课之前，通过相互搭配的小组合作模式，学生在轻松的环境中进入课程学习;通过悟空机器人的表演吸引学生眼球，了解人工智能带来的惊喜;通过课件的导入让学生思考已认知的动物世界，用自己的语言来描述出动物的样子及主要特征，学生在了解了动物的身体构造特征和动物嘴巴动的原因后，设计出动物模型;通过对比思考让学生考虑需要用到的电子元器件，教师再具体介绍主控、舵机和眼灯的功能，让学生根据课例动手实践搭建出动物模型。通过示意图和教师的指导，85%以上的学生能在规定的时间内搭建好自己的模型，但也呈现出部分学生動手能力比较弱的特点，虽然他们有点落后但似乎也不甘心落后，教师即时鼓励，提升了学生的学习信心和兴趣。接下来的编辑环节是最让学生激动的，在了解了程序连接、编程模式及程序要求后，每个小组都情绪高涨、信心满满，最快的小组在10分钟内便完成了第一次的程序编写，并且运行成功，喜悦和成功的满足感让学生更加喜欢这门课程。有些小组在尝试失败后，努力寻找原因，在没有寻求教师帮助的情况下也完成了任务，部分小组最后也在教师的指导下达到了程序要求，最终通过控制眼灯和嘴巴进行动作设计的变换，展示成果。学生完全沉浸于这种课堂氛围，人工智能课也成了四年级学生最期盼的课程。

二、人工智能教学中的PBL教学法以问题为导向，注重提高学生的实践能力

小学人工智能的课堂教学从目前来看只是刚刚起步，在新时代教育的大环境背景下，特别要强调培养有创新思维能力的人才，而小学人工智能课堂的开设对于培养学生学习兴趣，提升学习动力提供了有力支持，PBL教学法似乎更适应当代学生的发展情况和社会需求。在学校执行“双减”政策后，人工智能的校级社团成为学生最喜爱的校级社团，而在社团活动中提升学生的实践能力和创新能力更是社团活动开展的重点。例如，在讲解电机的功能时，让学生制作一个简易风扇，通过转速的控制来调节风量大小实现其基本功能，随着学生认知度的提高，实现这一功能对于社团学生来讲并不是难事。把问题抛出来后，让学生联系实际生活，想想日常生活中是如何控制风扇的和风扇的其他功能要求，有学生说用调控开关来控制风扇，还有学生说风扇有定时功能、遥控功能，可以摇头……能不能让这些功能实现呢？有学生想到了通过触碰传感器来模仿挡位控制转速，有的学生想到用舵机来控制方向和转速，有的学生想到用距离传感器来实现转速控制……每组学生分别按自己的想法进行了实验测试，在不断探究和实践中，学生逐步培养了解决问题的能力，并在实践探究中不断积累对各种传感器参数设置的经验，更有学生同时实现了风扇摇头和挡位快慢问题的控制。学生在这种思中学、学中思的模式中，既培养了小组合作的能力，又融合发挥出整个团队的作用。当展示作品的时候，学生那种成功的喜悦是难以描述的。0F336D1D-E1C6-4C50-A402-8A782E4ADE78

三、人工智能教学中的PBL教学法以生活为基础， 注重培养学生的思考能力

人工智能教学在实践中推崇PBL教学法，就是通过熟悉的生活场景引导学生建模，在项目实践中提高学生的计算思维能力和团结合作意识。游戏化的学习、情境化的教学让学生在探索项目过程中，学会发现问题、分析问题、解决问题，培养学生以编程思维为核心的逻辑思维能力。随着智慧课堂教学的深入发展，未来学习将会演变成以“自我解决问题”为方式，教育也将以“问题导向”为主，不再只是单向传播或是记忆检验。人工智能课堂的开设是未来教育的先行，学生通过编程识别与控制机器人，完成各种项目的制作，可拓展性非常强，在实践中的再创造也更加丰富，在此过程中，学生锻炼了逻辑思维、音乐创造、绘画创作等多方面的能力。在不同阶段的课程中，它的编程思维以不同的形式呈现，与不同的硬件结合，循序渐进地增加难度，使学生对人工智能的具体场景应用拥有清晰的了解。

在学生熟悉所有程序和器材的基础上，可以设置一个应用场景，通过各种设备应用展现现实场景，同时可以采用学生喜欢的方式，如一些游戏中场景的搭建、人物的布局、功能的实现，让学生充分发挥自己的想象力和创造力，最终通过团体合作形式来实现自己的想法。PBL教学法的有效实施，不但能帮助学生更好地理解人工智能的应用，掌握一定的人工智能基础知识，为更深的人工智能专业领域学习打下坚实的基础，培养兴趣导向，而且为小学信息技术、科学以及其他学科的融合提供了依据，让智慧课堂日渐深入人心，用现代技术手段和新方法去适应新形势下的学校教育，适应新时代学生的成长发展。

人工智能并不是一个遥远的概念，大数据、互联网与人工智能的综合运用也会让社会不断进步。随着技术的成熟，人工智能在教学中的应用，可以将教师从繁重的重复性工作中解放出来，使他们能将更多的时间和精力花在富有创造性的工作上，如教学创新、经验传授、情感关怀，培养学生的素质和情商，激发学生对学习的热情等。教师将注意力集中在学生的个体差异上，针对每个学生不同的特点，塑造不同类型的人才，这样的教育必将是学校未来教育的发展趋势。

【参考文献】

[1]王海龙 .浅谈人工智能在小学教育中的渗透与应用[J].中小學电教（教学），2019（8）.

[2]马利荣.初探中小学教育中的人工智能思维[J].基础教育参考，2020（10）.

注：本文系江苏省教育科学“十三五”规划2020年度重点资助课题“经济开发区中基础教育管理体制创新研究”（立项编号：B-a/2020/02/48）的阶段性成果。0F336D1D-E1C6-4C50-A402-8A782E4ADE78