（1.河北師范大學(xué) 教育學(xué)院，河北 石家莊 050000；2.唐山市海港經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)第一小學(xué)，河北 唐山 063600）

一、引言

2019年1月，英國(guó)開(kāi)放大學(xué)發(fā)布《2019年創(chuàng)新教學(xué)報(bào)告》，探討了世界教學(xué)和評(píng)價(jià)的其中提出10種教學(xué)法,分別是趣味性學(xué)習(xí)、機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)、去殖民化學(xué)習(xí)、基于無(wú)人機(jī)的學(xué)習(xí)、驚奇式學(xué)習(xí)、行動(dòng)學(xué)習(xí)、虛擬工作室、基于地點(diǎn)的學(xué)習(xí)、思維可視化、同理心之根[1]。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，隨之應(yīng)運(yùn)而生的智能機(jī)器人作為一種新型信息技術(shù)媒介正在沖擊著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育等多個(gè)行業(yè)。在教育領(lǐng)域，智能機(jī)器人教育進(jìn)入中小學(xué)校已經(jīng)成為可能和必然的趨勢(shì)，利用機(jī)器人進(jìn)行輔助學(xué)生學(xué)習(xí)能夠?yàn)榻逃虒W(xué)注入新的活力。

二、機(jī)器人輔助教學(xué)與機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)

機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)與機(jī)器人輔助教學(xué)都屬于機(jī)器人在教育領(lǐng)域的重要應(yīng)用，雖所屬相同，概念相近，但側(cè)重主體不同，機(jī)器人輔助教學(xué)是指師生以機(jī)器人為主要教學(xué)媒體和工具所進(jìn)行的教與學(xué)活動(dòng)[2]，主要側(cè)重在教學(xué)過(guò)程中，機(jī)器人如何輔助甚至替代教師，完成某些教學(xué)活動(dòng)，從而解放教師，深入觀(guān)察學(xué)生其他學(xué)習(xí)行為等；而機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)則強(qiáng)調(diào)機(jī)器人輔助“學(xué)”的方面，甚于“教”的方面，強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，主動(dòng)幫助學(xué)習(xí)者建立良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供優(yōu)化的學(xué)習(xí)策略，與學(xué)習(xí)者開(kāi)展活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)個(gè)別化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)與幫助，最終目的是為實(shí)現(xiàn)學(xué)生的發(fā)展與成長(zhǎng)。

三、基于機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)的《信息的智能化加工》教學(xué)設(shè)計(jì)

本章結(jié)合具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容，在前期教學(xué)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了基于機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)的中學(xué)信息技術(shù)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)之前，應(yīng)首先對(duì)選取的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，掌握學(xué)生目前的知識(shí)結(jié)構(gòu)，根據(jù)普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，從學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)層面，確定教學(xué)的具體目標(biāo)、重難點(diǎn)以及對(duì)整個(gè)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行資源的整合與利用。

（一）教學(xué)分析

1.教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)課內(nèi)容選自教育科學(xué)出版社信息技術(shù)基礎(chǔ)第三章第三節(jié)《信息的智能化加工》的教學(xué)內(nèi)容，是本章內(nèi)容中的重點(diǎn)。信息的智能化加工即人類(lèi)利用人工智能技術(shù)加工信息，學(xué)生在日常生活中或多或少都接觸過(guò)本部分內(nèi)容，基于此，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整、增刪、重組，重點(diǎn)希望學(xué)生能夠了解人工智能的新進(jìn)展、新應(yīng)用，并能適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用在學(xué)習(xí)和生活中，了解人工智能的發(fā)展歷程，能客觀(guān)認(rèn)識(shí)智能技術(shù)對(duì)社會(huì)生活的影響。

2.教學(xué)目標(biāo)分析

教學(xué)目標(biāo)是對(duì)學(xué)習(xí)者通過(guò)教學(xué)后應(yīng)該表現(xiàn)出來(lái)的可見(jiàn)行為的具體的、明確的表述。2017版普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)表述應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，針對(duì)本次內(nèi)容，教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)如下：知道人工智能技術(shù)的實(shí)質(zhì)；了解當(dāng)前人工智能主要應(yīng)用領(lǐng)域、新進(jìn)展及新應(yīng)用；在與機(jī)器人的接觸過(guò)程中，領(lǐng)略人工智能的神奇魅力；在應(yīng)用智能信息處理工具的過(guò)程中體驗(yàn)人工智能這一前沿技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；辯證認(rèn)識(shí)人工智能對(duì)人類(lèi)社會(huì)未來(lái)發(fā)展的巨大價(jià)值和潛在威脅，自覺(jué)維護(hù)和遵守人工智能社會(huì)化應(yīng)用的規(guī)范與法規(guī)[3]。

3.學(xué)習(xí)者特征分析

學(xué)習(xí)者特征分析的目的是了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備情況，學(xué)習(xí)能力及其學(xué)習(xí)風(fēng)格，為教學(xué)內(nèi)容的選擇和組織、學(xué)習(xí)目標(biāo)的編寫(xiě)、教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)、教學(xué)方法與媒體的選擇和運(yùn)用等提供依據(jù)[4]。本次教學(xué)內(nèi)容面向高一年級(jí)學(xué)生，高一年級(jí)學(xué)生好奇心強(qiáng)，求知欲旺盛，且作為互聯(lián)網(wǎng)那個(gè)時(shí)代成長(zhǎng)起來(lái)的數(shù)字原住民，對(duì)智能工具均有所了解，且通過(guò)前面階段的信息技術(shù)課程學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步掌握了一定的操作技能，具備根據(jù)任務(wù)需求，操作工具軟件來(lái)處理信息的能力。但由于時(shí)間和知識(shí)層面的約束，缺乏知識(shí)深度與廣度，對(duì)人工智能的知識(shí)重視程度及學(xué)科發(fā)展前景認(rèn)識(shí)均存在不足，所以還需要教師及時(shí)、合理、周詳?shù)匾龑?dǎo)，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)方面不夠主動(dòng)，合作與探究的意識(shí)和技能等方面還比較欠缺。因此，在進(jìn)行本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，將依托教材內(nèi)容，將機(jī)器人模塊加入教學(xué)設(shè)計(jì)，模擬真實(shí)的場(chǎng)景，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高對(duì)于人工智能的認(rèn)知層面，加深對(duì)于人工智能的理解。

4.學(xué)習(xí)環(huán)境分析

學(xué)習(xí)環(huán)境是教與學(xué)活動(dòng)賴(lài)以存在的場(chǎng)所，也是支持教學(xué)活動(dòng)有效平穩(wěn)進(jìn)行的不可缺少的要素。本次教學(xué)選擇的學(xué)習(xí)環(huán)境為智慧教室，智慧教室是隨著智慧地球、智慧城市等概念的提出應(yīng)運(yùn)而生的，作為一種新型的教育教學(xué)環(huán)境，以其智能化、現(xiàn)代化的特點(diǎn)切入整個(gè)教學(xué)過(guò)程，使教學(xué)簡(jiǎn)單、高效、智能。在本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)中，需要網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)書(shū)桌等設(shè)備的支持，所以選擇智慧教室這一學(xué)習(xí)環(huán)境更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的順利進(jìn)行。

（二）教學(xué)資源設(shè)計(jì)

本教學(xué)設(shè)計(jì)用到的教學(xué)資源主要有具備視覺(jué)、聽(tīng)說(shuō)、行走、感知、互動(dòng)等多種功能的機(jī)器人以及多媒體教學(xué)課件。

（三）學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期的教學(xué)分析，基于此教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了具體的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，流程如圖1所示。在此過(guò)程中，教學(xué)設(shè)計(jì)將利用教學(xué)機(jī)器人構(gòu)建七個(gè)教學(xué)場(chǎng)景并設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)，七個(gè)教學(xué)場(chǎng)景分別是機(jī)器人故事場(chǎng)景、機(jī)器人對(duì)弈場(chǎng)景、機(jī)器人識(shí)別場(chǎng)景、機(jī)器人對(duì)話(huà)場(chǎng)景、機(jī)器人輔助場(chǎng)景、機(jī)器人辯論場(chǎng)景和機(jī)器人布置場(chǎng)景，下面對(duì)每個(gè)教學(xué)流程及每部分場(chǎng)景內(nèi)容進(jìn)行介紹。

圖1 學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

1.情景導(dǎo)入

在情景導(dǎo)入這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，構(gòu)建了機(jī)器人講故事場(chǎng)景，主要內(nèi)容為機(jī)器人為學(xué)生講解AlphaGo戰(zhàn)勝?lài)甯呤值墓适?。機(jī)器人扮演新鮮角色，引出本課題目，其自我介紹語(yǔ)音功能能夠極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，引起學(xué)生的關(guān)注，并且使學(xué)生注意力高度集中，能夠快速抓住語(yǔ)音重點(diǎn)，明確本堂課的主題及目標(biāo)。然后，從機(jī)器人的角度出發(fā)，講解AlphaGo戰(zhàn)勝?lài)甯呤值墓适?，以講解朋友的故事為出發(fā)點(diǎn)，不僅能夠拉進(jìn)與學(xué)生之間的距離，同時(shí)通過(guò)故事背后蘊(yùn)含的思想，揭開(kāi)學(xué)生心中人工智能的面紗。

2.新知探索

在新知探索這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，構(gòu)建了三個(gè)機(jī)器人場(chǎng)景，分別為機(jī)器人對(duì)弈場(chǎng)景、機(jī)器人識(shí)別場(chǎng)景、機(jī)器人對(duì)話(huà)場(chǎng)景，分別對(duì)應(yīng)本節(jié)課的三部分主要教學(xué)內(nèi)容。

（1）機(jī)器人對(duì)弈場(chǎng)景

在此場(chǎng)景中，教師組織機(jī)器人與學(xué)生進(jìn)行五子棋“人機(jī)大戰(zhàn)”，機(jī)器人按照提前錄入的信息，發(fā)送指令，隨機(jī)挑選學(xué)生選或者根據(jù)學(xué)生的自愿情況與學(xué)生進(jìn)行五子棋對(duì)弈（因時(shí)間有限，可限制棋盤(pán)大小，進(jìn)行簡(jiǎn)易版五子棋比賽），對(duì)勝出的學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)。在此過(guò)程中，教師可對(duì)機(jī)器人的思考等進(jìn)行淺層講解，充當(dāng)講解員的角色。在比賽結(jié)束后，教師可初步總結(jié)，機(jī)器的智能是人類(lèi)賦予的，機(jī)器的智能是通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，指出人工智能的本質(zhì)。學(xué)生通過(guò)積極與教師、機(jī)器人互動(dòng)，與機(jī)器人近距離接觸，能夠真實(shí)感受人工智能的魅力所在。這是在以往傳統(tǒng)教學(xué)中，觀(guān)看視頻、動(dòng)畫(huà)、與計(jì)算機(jī)互動(dòng)等所不能帶來(lái)的教學(xué)體驗(yàn)。

（2）機(jī)器人識(shí)別場(chǎng)景

在此場(chǎng)景中，旨在讓學(xué)生親身體驗(yàn)機(jī)器翻譯這一典型人工智能技術(shù)的應(yīng)用。教師向?qū)W生介紹接下來(lái)的游戲環(huán)節(jié)，與機(jī)器人進(jìn)行猜一猜游戲。上課前將全體學(xué)習(xí)者的信息提前錄入到機(jī)器人系統(tǒng)中，機(jī)器人隨機(jī)挑選學(xué)生，請(qǐng)學(xué)生將指紋放置到機(jī)器人的指紋識(shí)別部位，機(jī)器人可核驗(yàn)出此名學(xué)生的基本情況、班級(jí)、興趣愛(ài)好等基本信息，并且通過(guò)對(duì)話(huà)的形式與學(xué)生進(jìn)行交流。游戲結(jié)束，教師可進(jìn)行梳理總結(jié)，機(jī)器人的此種功能用到了人工智能技術(shù)的應(yīng)用的一個(gè)重要方面模式識(shí)別，例如：剛剛體驗(yàn)的指紋識(shí)別就是模式識(shí)別技術(shù)中的一個(gè)重要應(yīng)用，除此之外，舉例說(shuō)明模式識(shí)別技術(shù)中的語(yǔ)音識(shí)別、光學(xué)字符識(shí)別、手寫(xiě)識(shí)別等應(yīng)用也非常廣泛。學(xué)生通過(guò)近距離了解模式識(shí)別中的指紋識(shí)別，理解指紋識(shí)別在個(gè)人身份認(rèn)證方面的應(yīng)用就是模式識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用之一，單純憑借以往教學(xué)設(shè)計(jì)舉例，如手機(jī)指紋輸入等，學(xué)生可能并不能聯(lián)想到指紋識(shí)別的重要意義。通過(guò)與機(jī)器人的互動(dòng)，體驗(yàn)交流，學(xué)生能夠更深層次地思考指紋識(shí)別給我們的生活帶來(lái)的影響，進(jìn)而深入思考機(jī)器人的工作原理，激發(fā)內(nèi)心的求知欲望。

（3）機(jī)器人對(duì)話(huà)場(chǎng)景

在此場(chǎng)景中，旨在讓學(xué)生親身體驗(yàn)機(jī)器翻譯這一典型人工智能技術(shù)的應(yīng)用。機(jī)器人挑選學(xué)生與其進(jìn)行對(duì)話(huà)互動(dòng)，按照學(xué)生指示將某句話(huà)翻譯為指定語(yǔ)言?；?dòng)結(jié)束，教師總結(jié)此過(guò)程體現(xiàn)了機(jī)器翻譯這一功能，這是利用計(jì)算機(jī)把一種自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)變成另外一種自然語(yǔ)言的過(guò)程，用以完成這一過(guò)程的軟件叫做機(jī)器翻譯系統(tǒng)，常見(jiàn)的谷歌翻譯、有道翻譯，這些都可以提供免費(fèi)的在線(xiàn)翻譯服務(wù)，可以請(qǐng)學(xué)生自行體驗(yàn)。

3.拓展延伸

在拓展延伸這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，構(gòu)建了機(jī)器人輔助場(chǎng)景。學(xué)習(xí)者分組探討人工智能技術(shù)在生活中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在哪些方面，并舉例說(shuō)明，討論結(jié)束后，與班內(nèi)同學(xué)交流分享，探討人工智能應(yīng)用個(gè)數(shù)最多的小組為優(yōu)勝組。小組合作學(xué)習(xí)是以學(xué)生為中心，以任務(wù)為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生通過(guò)與其他小組競(jìng)爭(zhēng)的方式來(lái)增進(jìn)對(duì)人工智能技術(shù)應(yīng)用的理解，將所學(xué)知識(shí)與生活實(shí)踐緊密聯(lián)系起來(lái)。在討論過(guò)程中，機(jī)器人可代替教師工作巡視各小組完成情況，也可隨時(shí)參與到討論當(dāng)中，并起到一定的引導(dǎo)作用。在分享過(guò)程中，機(jī)器人充當(dāng)裁判的角色，對(duì)于各小組提出的答案進(jìn)行判斷，對(duì)獲勝小組進(jìn)行贊美，對(duì)稍弱小組進(jìn)行激勵(lì)；教師充當(dāng)輔導(dǎo)角色，引導(dǎo)學(xué)生充分參與到討論當(dāng)中，深入觀(guān)察學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析。

4.總結(jié)提升

在拓展延伸這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，構(gòu)建了機(jī)器人辯論場(chǎng)景。學(xué)習(xí)者根據(jù)自身意愿分為正反方，圍繞“人工智能技術(shù)到底是利大于弊還是弊大于利”這一主題進(jìn)行辯論，由機(jī)器人按照辯論規(guī)則，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效辯論，同時(shí)根據(jù)學(xué)生辯論情況，進(jìn)行裁決，觀(guān)點(diǎn)論證充分的一方獲勝。辯論形式有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判思維。在此教學(xué)環(huán)節(jié)中，由機(jī)器人充當(dāng)裁判角色，組織學(xué)生進(jìn)行高效的辯論，教師作為觀(guān)察者，觀(guān)察學(xué)生課堂行為表現(xiàn)。最后對(duì)辯論主題進(jìn)行總結(jié)升華，引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待問(wèn)題，辯證看待人工智能技術(shù)的利與弊。

5.布置作業(yè)

在布置作業(yè)這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，構(gòu)建了機(jī)器人布置場(chǎng)景。機(jī)器人布置本節(jié)課的課后作業(yè)。寫(xiě)一篇主題為“我眼中的人工智能”的小短文，來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生通過(guò)本節(jié)課的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)之后，都有哪些想法與感受。布置作業(yè)環(huán)節(jié)采用開(kāi)放式的形式，旨在了解學(xué)生通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)后對(duì)于人工智能技術(shù)的感想。整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)都以學(xué)生為主體，重在體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，機(jī)器人充當(dāng)溝通和輔導(dǎo)的角色，發(fā)送指令進(jìn)行問(wèn)答互動(dòng)，教師則起著協(xié)調(diào)的作用，合理引導(dǎo)課堂有序進(jìn)行，大大增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

（四）教學(xué)評(píng)價(jià)

本次教學(xué)設(shè)計(jì)采用過(guò)程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法，教師通過(guò)課堂觀(guān)察學(xué)生行為，動(dòng)態(tài)掌握學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中的表現(xiàn)，通過(guò)評(píng)價(jià)打分，形成直觀(guān)數(shù)據(jù)，見(jiàn)證學(xué)生成長(zhǎng)過(guò)程，關(guān)注學(xué)生發(fā)展。此外，對(duì)學(xué)生完成的最終作業(yè)進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)，了解學(xué)生整體學(xué)習(xí)效果。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)反思

機(jī)器人以其智能化的特點(diǎn)加入學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生可以在跟機(jī)器人的對(duì)話(huà)中對(duì)人工智能有著更為貼近更為深刻的理解，這種體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)方式，極大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)通過(guò)解放教師，教師作為觀(guān)察者，觀(guān)察學(xué)生課堂行為表現(xiàn)，為之后的教學(xué)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

當(dāng)然，整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)同樣存在不足的地方，機(jī)器人價(jià)格昂貴，要求所有中小學(xué)學(xué)校全部引進(jìn)機(jī)器人顯然是缺乏一定的合理性，但是隨著科技的不斷發(fā)展，機(jī)器人走進(jìn)中小學(xué)課堂將會(huì)成為必然趨勢(shì)。此外，在使用機(jī)器人輔助學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的同時(shí)，學(xué)生的注意力很有可能被新鮮事物所吸引，忽略在課堂學(xué)習(xí)中對(duì)于真正課本本體知識(shí)的掌握，這就需要教師的正確引導(dǎo)。

五、總結(jié)

本研究以教科版高中信息技術(shù)《信息的智能化加工》一課為例，對(duì)基于機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究，根據(jù)機(jī)器人的特點(diǎn)，結(jié)合信息的智能化加工教學(xué)中的存在問(wèn)題，通過(guò)教學(xué)分析，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，并在仔細(xì)分析教學(xué)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性的基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了反思。雖然，目前機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)還在嘗試階段，但是我們相信，隨著科技的不斷發(fā)展，機(jī)器人輔助學(xué)習(xí)終將在教育領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。