徐斌?吳松松

【摘 要】鑒于近年來人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能的知識顯得更加重要。而“雙減”政策下的學(xué)校教育又該如何提質(zhì)增效？本文以本校人工智能課程開展的過程中，使用PBL教學(xué)法對學(xué)生在“雙減”政策下學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及提升進行了探討。

【關(guān)鍵詞】人工智能 PBL教學(xué)法 培養(yǎng)創(chuàng)新能力

近年來，人工智能發(fā)展迅速，無論是在圖像識別還是語音識別等技術(shù)上都有了較大的進步，這些技術(shù)不僅極大地改變了我們的生活方式，也極大地影響了教育行業(yè)的發(fā)展。在影響未來教育的因素中，人工智能被認為是一個不可忽視的重要變量。隨著新時代教育的需要，以及大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人工智能技術(shù)也進入了新時代。人工智能是一門涉及多學(xué)科的交叉學(xué)科，其各主要研究領(lǐng)域都處于迅速發(fā)展中，許多高校也開設(shè)了這一專業(yè)。同時，有關(guān)人工智能與教育的研究呈現(xiàn)出逐漸增長的趨勢，如何運用好智慧課堂，讓學(xué)生從中學(xué)得更好，讓教師從重復(fù)、機械式的教學(xué)中解放，提升工作效率，培養(yǎng)出新時代建設(shè)需要的創(chuàng)新型人才也是未來教育發(fā)展的必然方向。

最新教育部公布的中小學(xué)生37項賽事中，很多是人工智能應(yīng)用和創(chuàng)新大賽。人工智能課程也已經(jīng)開始列入中小學(xué)必修內(nèi)容，其目標是通過編程實踐，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，而本校人工智能課程的開設(shè)，也充分落實了這一政策，開啟了新時代育人的新篇章。如何開展好人工智能課堂教學(xué)？PBL教學(xué)法有著非常關(guān)鍵的作用。

陶行知先生的教育理念是建立理想社會的精神，而協(xié)作和探究的精神是PBL的核心精神，也是未來教育的核心要素。PBL有著悠久的歷史，可追溯到20世紀初期弗蘭西斯·W.帕克（Francis W.Parker）的“項目教學(xué)”（project teaching）和約翰·杜威（John Dewey）的“做中學(xué)”理念。其教學(xué)理念吸收了農(nóng)藝學(xué)和工藝學(xué)的思想，最初在小學(xué)中使用，后來拓展至其他階段。隨著時代的演變，它成了一種以人工制品開發(fā)驅(qū)動學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題并協(xié)作確定解決問題方案的學(xué)習(xí)型課程新模式。這些人工制品對學(xué)生而言是真實而有意義的，映射出學(xué)科或跨學(xué)科的核心概念和原理，反映領(lǐng)域?qū)＜遥茖W(xué)家、數(shù)學(xué)家、作家、歷史學(xué)家、工程師等）的實踐活動。人工制品可以是報告、實物模型、計算機模型、視頻、錄音和其他基于技術(shù)的表征等。簡單來講，PBL是通過情境設(shè)置，以問題為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心的理念，能優(yōu)化傳統(tǒng)教育中學(xué)生被動學(xué)習(xí)的模式，激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)造力和潛能，讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，這樣的學(xué)習(xí)方式似乎更受學(xué)生歡迎并更容易被接受。

PBL與傳統(tǒng)教育中教師習(xí)慣的教學(xué)方式大相徑庭，PBL式學(xué)習(xí)的設(shè)計中，團隊合作是重要的核心模塊。PBL要求教師少教多指導(dǎo)，傳統(tǒng)教育則是教師單方面的全程教授。因此，對于教師來說，PBL的第一個挑戰(zhàn)就是如何改變自己的教學(xué)習(xí)慣，并適應(yīng)以及應(yīng)對課堂上經(jīng)常出現(xiàn)的不確定性。對于應(yīng)試教育下的課堂，推行這種方式，也可能面臨學(xué)生不適應(yīng)和學(xué)業(yè)成績下降的風(fēng)險，這種模式一般有問題定義—探索—設(shè)計—創(chuàng)造—測試—分享—改進這一過程，基本整個課堂都是以學(xué)生為主，教師只起引導(dǎo)作用。而從當(dāng)前的情況來看，要想課堂效果好，需要教師花大量的時間和精力進行課堂設(shè)計，這在目前的教育環(huán)境下很難實現(xiàn)，因此PBL教學(xué)法在實際教學(xué)中也少有完整體現(xiàn)。在日常信息課教學(xué)中，雖然說采用這種方式的比較多，但由于環(huán)節(jié)設(shè)計上缺乏有力的抓手，真正實施的效果也并不好。隨著新時代教育的需要，國家人才培養(yǎng)的需要，改變現(xiàn)行教學(xué)方式，探討合適的教學(xué)方法，對將來人工智能領(lǐng)域的人才培養(yǎng)有重要意義。目前，學(xué)校人工教育課程系列，從人工智能基礎(chǔ)知識教學(xué)入手，讓每個學(xué)生學(xué)會與智能工具打交道，體驗日常生活中人工智能產(chǎn)品的運用，同時又分學(xué)段實施不同層次的編程教學(xué)，教會學(xué)生用編程解決實際問題，培養(yǎng)計算思維、創(chuàng)新思維等信息時代的基本素養(yǎng)。在整個體系的教學(xué)中，PBL教學(xué)法是核心。

一、人工智能教學(xué)中的PBL教學(xué)法以學(xué)生為中心，注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，往往是以教師為中心而忽略了學(xué)生這一主體。人工智能課程的開設(shè)大大改變了課堂模式。學(xué)校該課程體系中，選取了一些與學(xué)生年齡相符、容易接受的知識作為情境。以課程內(nèi)容《誰的大嘴巴》為例，在課程授課之前，通過相互搭配的小組合作模式，學(xué)生在輕松的環(huán)境中進入課程學(xué)習(xí);通過悟空機器人的表演吸引學(xué)生眼球，了解人工智能帶來的驚喜;通過課件的導(dǎo)入讓學(xué)生思考已認知的動物世界，用自己的語言來描述出動物的樣子及主要特征，學(xué)生在了解了動物的身體構(gòu)造特征和動物嘴巴動的原因后，設(shè)計出動物模型;通過對比思考讓學(xué)生考慮需要用到的電子元器件，教師再具體介紹主控、舵機和眼燈的功能，讓學(xué)生根據(jù)課例動手實踐搭建出動物模型。通過示意圖和教師的指導(dǎo)，85%以上的學(xué)生能在規(guī)定的時間內(nèi)搭建好自己的模型，但也呈現(xiàn)出部分學(xué)生動手能力比較弱的特點，雖然他們有點落后但似乎也不甘心落后，教師即時鼓勵，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和興趣。接下來的編輯環(huán)節(jié)是最讓學(xué)生激動的，在了解了程序連接、編程模式及程序要求后，每個小組都情緒高漲、信心滿滿，最快的小組在10分鐘內(nèi)便完成了第一次的程序編寫，并且運行成功，喜悅和成功的滿足感讓學(xué)生更加喜歡這門課程。有些小組在嘗試失敗后，努力尋找原因，在沒有尋求教師幫助的情況下也完成了任務(wù)，部分小組最后也在教師的指導(dǎo)下達到了程序要求，最終通過控制眼燈和嘴巴進行動作設(shè)計的變換，展示成果。學(xué)生完全沉浸于這種課堂氛圍，人工智能課也成了四年級學(xué)生最期盼的課程。

二、人工智能教學(xué)中的PBL教學(xué)法以問題為導(dǎo)向，注重提高學(xué)生的實踐能力

小學(xué)人工智能的課堂教學(xué)從目前來看只是剛剛起步，在新時代教育的大環(huán)境背景下，特別要強調(diào)培養(yǎng)有創(chuàng)新思維能力的人才，而小學(xué)人工智能課堂的開設(shè)對于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)動力提供了有力支持，PBL教學(xué)法似乎更適應(yīng)當(dāng)代學(xué)生的發(fā)展情況和社會需求。在學(xué)校執(zhí)行“雙減”政策后，人工智能的校級社團成為學(xué)生最喜愛的校級社團，而在社團活動中提升學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力更是社團活動開展的重點。例如，在講解電機的功能時，讓學(xué)生制作一個簡易風(fēng)扇，通過轉(zhuǎn)速的控制來調(diào)節(jié)風(fēng)量大小實現(xiàn)其基本功能，隨著學(xué)生認知度的提高，實現(xiàn)這一功能對于社團學(xué)生來講并不是難事。把問題拋出來后，讓學(xué)生聯(lián)系實際生活，想想日常生活中是如何控制風(fēng)扇的和風(fēng)扇的其他功能要求，有學(xué)生說用調(diào)控開關(guān)來控制風(fēng)扇，還有學(xué)生說風(fēng)扇有定時功能、遙控功能，可以搖頭……能不能讓這些功能實現(xiàn)呢？有學(xué)生想到了通過觸碰傳感器來模仿?lián)跷豢刂妻D(zhuǎn)速，有的學(xué)生想到用舵機來控制方向和轉(zhuǎn)速，有的學(xué)生想到用距離傳感器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制……每組學(xué)生分別按自己的想法進行了實驗測試，在不斷探究和實踐中，學(xué)生逐步培養(yǎng)了解決問題的能力，并在實踐探究中不斷積累對各種傳感器參數(shù)設(shè)置的經(jīng)驗，更有學(xué)生同時實現(xiàn)了風(fēng)扇搖頭和擋位快慢問題的控制。學(xué)生在這種思中學(xué)、學(xué)中思的模式中，既培養(yǎng)了小組合作的能力，又融合發(fā)揮出整個團隊的作用。當(dāng)展示作品的時候，學(xué)生那種成功的喜悅是難以描述的。0F336D1D-E1C6-4C50-A402-8A782E4ADE78

三、人工智能教學(xué)中的PBL教學(xué)法以生活為基礎(chǔ)， 注重培養(yǎng)學(xué)生的思考能力

人工智能教學(xué)在實踐中推崇PBL教學(xué)法，就是通過熟悉的生活場景引導(dǎo)學(xué)生建模，在項目實踐中提高學(xué)生的計算思維能力和團結(jié)合作意識。游戲化的學(xué)習(xí)、情境化的教學(xué)讓學(xué)生在探索項目過程中，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生以編程思維為核心的邏輯思維能力。隨著智慧課堂教學(xué)的深入發(fā)展，未來學(xué)習(xí)將會演變成以“自我解決問題”為方式，教育也將以“問題導(dǎo)向”為主，不再只是單向傳播或是記憶檢驗。人工智能課堂的開設(shè)是未來教育的先行，學(xué)生通過編程識別與控制機器人，完成各種項目的制作，可拓展性非常強，在實踐中的再創(chuàng)造也更加豐富，在此過程中，學(xué)生鍛煉了邏輯思維、音樂創(chuàng)造、繪畫創(chuàng)作等多方面的能力。在不同階段的課程中，它的編程思維以不同的形式呈現(xiàn)，與不同的硬件結(jié)合，循序漸進地增加難度，使學(xué)生對人工智能的具體場景應(yīng)用擁有清晰的了解。

在學(xué)生熟悉所有程序和器材的基礎(chǔ)上，可以設(shè)置一個應(yīng)用場景，通過各種設(shè)備應(yīng)用展現(xiàn)現(xiàn)實場景，同時可以采用學(xué)生喜歡的方式，如一些游戲中場景的搭建、人物的布局、功能的實現(xiàn)，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，最終通過團體合作形式來實現(xiàn)自己的想法。PBL教學(xué)法的有效實施，不但能幫助學(xué)生更好地理解人工智能的應(yīng)用，掌握一定的人工智能基礎(chǔ)知識，為更深的人工智能專業(yè)領(lǐng)域?qū)W習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)，培養(yǎng)興趣導(dǎo)向，而且為小學(xué)信息技術(shù)、科學(xué)以及其他學(xué)科的融合提供了依據(jù)，讓智慧課堂日漸深入人心，用現(xiàn)代技術(shù)手段和新方法去適應(yīng)新形勢下的學(xué)校教育，適應(yīng)新時代學(xué)生的成長發(fā)展。

人工智能并不是一個遙遠的概念，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)與人工智能的綜合運用也會讓社會不斷進步。隨著技術(shù)的成熟，人工智能在教學(xué)中的應(yīng)用，可以將教師從繁重的重復(fù)性工作中解放出來，使他們能將更多的時間和精力花在富有創(chuàng)造性的工作上，如教學(xué)創(chuàng)新、經(jīng)驗傳授、情感關(guān)懷，培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和情商，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的熱情等。教師將注意力集中在學(xué)生的個體差異上，針對每個學(xué)生不同的特點，塑造不同類型的人才，這樣的教育必將是學(xué)校未來教育的發(fā)展趨勢。

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注：本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度重點資助課題“經(jīng)濟開發(fā)區(qū)中基礎(chǔ)教育管理體制創(chuàng)新研究”（立項編號：B-a/2020/02/48）的階段性成果。0F336D1D-E1C6-4C50-A402-8A782E4ADE78