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        淺析中學(xué)生人工智能計算機思維與編程教學(xué)實踐研究策略

        2022-07-05 13:51:09譚方芳
        考試周刊 2022年20期
        關(guān)鍵詞:信息技術(shù)

        作者簡介:譚方芳(1982~),女,漢族,吉林梅河口人,福建省長汀縣第一中學(xué),研究方向:教育基本理論。

        摘 要:隨著社會的快速發(fā)展以及課程改革的持續(xù)深入,在高中信息技術(shù)教學(xué)過程中,人們對計算機思維開啟了新的關(guān)注模式。計算機思維與傳統(tǒng)的思維模式有著獨特的差別,同時這也是當(dāng)前信息技術(shù)學(xué)科最為核心的素養(yǎng)。尤其是在中學(xué)生人工智能課程教學(xué)中,融入相應(yīng)的計算機思維,能夠讓學(xué)生更好地理解和掌握信息科學(xué)的核心,讓學(xué)生的計算機能力不斷提高,同時也能夠有助于提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

        關(guān)鍵詞:信息技術(shù);計算機思維;編程教學(xué);能力提升

        中圖分類號:G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-8918(2022)20-0014-04

        所謂的計算機思維,是一種較為抽象的思維概念,借助于行之有效的思維方式,對實際問題進(jìn)行有效解決。當(dāng)面對一個獨特問題的時候,我們最初都會嘗試用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行解決,但是隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步,很多的問題變得不再那么具體,顯得較為抽象,這時候就要借助相應(yīng)的計算機思維,通過抽象的方式來進(jìn)行理解、分析,最終對問題進(jìn)行有效的解決。目前的教育主要是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,而在人工智能時代,不僅需要培養(yǎng)學(xué)生高階認(rèn)知能力,同時需要培養(yǎng)學(xué)生良好的計算機思維能力。

        一、人工智能時代背景編程教與學(xué)存在的普遍問題

        (一)授課模式的局限性

        就當(dāng)前這個現(xiàn)狀來看,現(xiàn)有的授課模式還是以教師先進(jìn)行演示,然后再讓學(xué)生進(jìn)行模仿實際操作進(jìn)行學(xué)習(xí),授課的時候教師大多數(shù)都是運用理論的授課和講解一些簡單的案例操作,從而對一個知識點和一些方式方法進(jìn)行的解釋,長時間這樣給學(xué)生進(jìn)行授課,他們學(xué)習(xí)到的知識都是一段一段的,不是一個整體,他們學(xué)習(xí)到的只是那些簡單的操作,沒有學(xué)習(xí)到思想和創(chuàng)意,他們只是機械地學(xué)會了一些知識點,并沒有真正掌握這些知識。編程教學(xué)需要考慮到學(xué)生思維能力的培養(yǎng),以及動手操作能力的培養(yǎng)。如果授課模式較為單一,不利于學(xué)生發(fā)散性思維的培養(yǎng),當(dāng)學(xué)生在解決問題的時候,對抽象性問題無法借助于計算機思維,不能獲得較好的教學(xué)效果。

        (二)學(xué)生學(xué)習(xí)的單一性

        學(xué)生學(xué)習(xí)的單一性主要表現(xiàn)在:第一,教師在進(jìn)行授課的時候,學(xué)生只能在課堂中被迫地接受知識,教師沒有給予學(xué)生留一些時間,讓他們主動思考和學(xué)習(xí);第二,學(xué)生在進(jìn)行練習(xí)的時候,那些素材獲得的渠道是比較單一的,只能接受教師給他們傳輸?shù)乃夭?,教師在布置作業(yè)的時候,也是根據(jù)他們給學(xué)生的素材布置的,學(xué)生不能再去找一些新型的素材進(jìn)行學(xué)習(xí)復(fù)習(xí);第三,在進(jìn)行操作的時候沒有創(chuàng)新,教師在課堂上進(jìn)行授課的時候,一般都是教師先進(jìn)行一遍演示,然后學(xué)生再進(jìn)行模仿,這樣的教學(xué)效果不好,學(xué)生不能看到自己的缺點在哪里,只是一味地模仿教師的做法。在實際操作的時候也只是根據(jù)教師上課進(jìn)行的演示內(nèi)容去進(jìn)行模仿,然后操作練習(xí)做作業(yè),這樣容易失去學(xué)習(xí)的興趣。在人工智能時代背景下,編程教學(xué)會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,這就需要多樣化的教學(xué)模式。

        二、人工智能時代需要建構(gòu)新的教學(xué)模式

        隨著課程改革的持續(xù)深入,很多傳統(tǒng)的教學(xué)理念和方法已經(jīng)不再適應(yīng)社會的需要,這就需要結(jié)合當(dāng)前的人工智能時代背景,構(gòu)建新的教學(xué)模式,這樣才能提高課堂教學(xué)效率,培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合能力。比如,項目式教學(xué)法就是一種較為優(yōu)秀的教學(xué)方法。這種教學(xué)方式是在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中衍生出來的。在建構(gòu)主義者看來,學(xué)生學(xué)習(xí)知識需要借助于相應(yīng)的教學(xué)情境,借助于他人的幫助,在課程以及相應(yīng)的資料之下,借助于知識的建構(gòu)來獲得最終的知識技能和具體的知識。在具體的學(xué)習(xí)中,總是會涉及相應(yīng)的項目,學(xué)生在學(xué)習(xí)項目知識的時候,并不是獨立進(jìn)行學(xué)習(xí),需要借助于教師的組織和引導(dǎo),調(diào)動自己的積極思維,主動投入到相應(yīng)知識的探究中。當(dāng)教師創(chuàng)設(shè)了行之有效的教學(xué)模式之后,學(xué)生帶著問題進(jìn)行分析、探究,最終找到解決問題的方式,從而建構(gòu)起相應(yīng)的知識體系,以此來提高自己的學(xué)習(xí)能力和綜合素養(yǎng)。

        若要培養(yǎng)中學(xué)生良好的計算機思維,可以借助人工智能項目式的教學(xué)模式,通過項目式學(xué)習(xí)模式,有效解決實際問題。同時,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中必須融合相應(yīng)的人工智能知識,將具有現(xiàn)實意義的項目充分設(shè)計出來。在設(shè)計的時候,務(wù)必要考慮到項目的情境、人工智能的知識點,這樣才能將項目的學(xué)習(xí)支架有效完善。教師在整個學(xué)習(xí)活動中,借助于相應(yīng)的引導(dǎo),創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境,讓學(xué)生對問題進(jìn)行自主探究,同時結(jié)合小組合作學(xué)習(xí)模式,完成項目學(xué)習(xí)過程,最終提交項目作品。

        在人工智能項目教學(xué)的實施過程中,需要注重一系列的細(xì)節(jié)。具體涵蓋了項目需求分析,同時需要制定具體的實施方案,并且需要探究方案中涉及的新知識,還需要考慮作品方案的實施過程中,交流評價,以及能力等方面。學(xué)生在教師的引導(dǎo)和指導(dǎo)下對具體的項目內(nèi)容進(jìn)行了充分的學(xué)習(xí)之后,才能有效提升自己的知識技能,同時有效培養(yǎng)自己的計算機思維能力。

        編程教學(xué)就是對具體的項目進(jìn)行對應(yīng)的學(xué)習(xí),教師引導(dǎo)學(xué)生在面對具體的問題,形成有效的實施方案,并且有效解決問題的時候,就能對自己的計算機思維進(jìn)行培養(yǎng)。學(xué)生在面對學(xué)習(xí)任務(wù)的時候,可以將大的任務(wù)進(jìn)行逐步的細(xì)化分解,然后根據(jù)問題進(jìn)行逐一解決,最終就能獲得相應(yīng)的計算機思維。

        (二)實施教學(xué)項目

        在實施教學(xué)項目之前,教師需要對學(xué)生的掌握情況進(jìn)行充分的了解,教師可以互補分組的方式,在深層次分析各個小組存在的問題之后進(jìn)行針對性地指導(dǎo),同時根據(jù)學(xué)生的實際操作過程結(jié)合項目的技術(shù)性、實踐性和綜合性進(jìn)行科學(xué)合理的指導(dǎo),針對學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況引導(dǎo)學(xué)生積極主動調(diào)動自己的創(chuàng)新性思維,將自己的想法大膽融入具體的項目教學(xué)中,通過這樣的方式能夠讓學(xué)生深層次理解高中信息技術(shù)課程的各種知識。另外,在學(xué)生完成教學(xué)項目的過程中,教師要引導(dǎo)學(xué)生對自己操作過程中存在的不足之處進(jìn)行認(rèn)真的分析和總結(jié)。當(dāng)教學(xué)項目得以有效完成之后,教師要引導(dǎo)學(xué)生反思和總結(jié)項目過程中的實際操作,通過相互交流的形式,深層次認(rèn)識信息技術(shù)課程,這樣不但能夠提高學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)習(xí)能力,同時能夠增強班級的凝聚力,為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定相應(yīng)的基礎(chǔ)。A19BE8DE-B9A7-42F7-B088-9172A781F247

        三、人工智能時代背景下編程項目教學(xué)對計算機思維的培養(yǎng)

        在人工智能時代背景下的高中信息技術(shù)教學(xué)中,總會涉及較多的項目實踐課程。在教學(xué)過程中,教師要借助于書本知識以及把握學(xué)生的學(xué)習(xí)實際,不斷提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合素養(yǎng)。本環(huán)節(jié)主要是借助于“智能語音電話簿的設(shè)計與制作”來分析在具體的編程教學(xué)中如何有效培養(yǎng)學(xué)生的計算機思維,以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

        (一)編程教學(xué)中的任務(wù)驅(qū)動

        針對課程設(shè)計的內(nèi)容,本次項目的設(shè)計主要是制作智能語音電話簿,教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)實際以及學(xué)習(xí)內(nèi)容,將項目情境和學(xué)習(xí)支架展示出來。本次采用的編程工具為App Inventor。在學(xué)習(xí)的過程中,主要采用模塊拼接方式,從而對移動應(yīng)用的設(shè)計工具進(jìn)行快速開發(fā),通過這樣的項目設(shè)計,設(shè)置具體的任務(wù),可以讓學(xué)生的計算機思維能力得到有效的提高。在高中信息技術(shù)教學(xué)過程中采用項目教學(xué)法,需要籌劃相應(yīng)的項目,這是采用項目教學(xué)法非常重要的環(huán)節(jié),就是我們通常所說的“有的放矢”,在籌劃的過程中要對項目的難易程度進(jìn)行科學(xué)合理的把握。如果設(shè)計的項目較為簡單,對學(xué)生的綜合應(yīng)用能力沒有相應(yīng)的提升作用;如果設(shè)計的項目較為復(fù)雜,超出了學(xué)生的能力范圍,會讓學(xué)生在面對具體項目任務(wù)的時候不知所措,不能有效完成項目任務(wù),必然會打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。比如在教學(xué)選擇過程中,教師在Flash和Word二者之間進(jìn)行選擇,教學(xué)需要考量學(xué)生的綜合能力,從而將Word作為主要教學(xué)項目,因為對于高中的學(xué)生來講,F(xiàn)lash的操作難度較高,學(xué)生不能有效完成這樣的項目,從而讓項目設(shè)計不能取得相應(yīng)的效果。但是教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)實際,采用Word作為項目任務(wù),這樣的難易程度能夠被學(xué)生所接受。借助于Word教學(xué)項目的操作,能夠讓學(xué)生有效的掌握基礎(chǔ)性的信息技術(shù)知識,有利于學(xué)生更好地開展其他的教學(xué)項目。

        (二)編程教學(xué)中人工智能項目教學(xué)實施過程

        在實施教學(xué)項目之前,教師需要充分的了解學(xué)生的掌握情況,采用互補分組的方式,在深層次分析各個小組存在的問題之后進(jìn)行針對性的指導(dǎo),同時根據(jù)學(xué)生的實際操作過程結(jié)合項目的技術(shù)性、實踐性和綜合性進(jìn)行科學(xué)合理的指導(dǎo),針對學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況引導(dǎo)學(xué)生積極主動調(diào)動自己的創(chuàng)新性思維,將自己的想法大膽融入具體的項目教學(xué)中,通過這樣的方式能夠讓給學(xué)生深層次理解高中信息技術(shù)課程的各種知識。另外,在學(xué)生完成教學(xué)項目的過程中,教師要引導(dǎo)學(xué)生對自己操作過程中存在的不足之處進(jìn)行認(rèn)真的分析和總結(jié)。當(dāng)教學(xué)項目得以有效完成之后,教師要引導(dǎo)學(xué)生反思和總結(jié)項目過程中的實際操作,通過相互交流的形式,深層次認(rèn)識信息技術(shù)課程,這樣不但能夠提高學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)習(xí)能力,同時能夠增強班級的凝聚力,為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

        1. 分析需求

        教師引導(dǎo)學(xué)生對項目功能的實現(xiàn)情況進(jìn)行明確之后,就要讓學(xué)生逐個分解任務(wù),逐步解決每一個小任務(wù)。在解決問題的過程中,需要調(diào)動學(xué)生的計算機思維進(jìn)行有效的解決,將這些抽象的問題具體化,采用分解的方式,將復(fù)雜的問題進(jìn)行分解,從而從小任務(wù)進(jìn)行思考,最終能夠高效解決問題。

        2. 制定方案

        教師引導(dǎo)學(xué)生逐步分解具體的項目任務(wù),要理論聯(lián)系實際,將日常生活中的實例應(yīng)用到教學(xué)中,以此來提高學(xué)生的計算機思維能力。教師可以讓學(xué)生回顧自己在手機應(yīng)用程序中電話簿的使用情況,借助于任務(wù)分解,深層次理解編程的核心技術(shù)以及具體的功能。通過探究,讓學(xué)生總結(jié)并概括出日常使用這類功能軟件時獲得的經(jīng)驗,以此來有效解決教材中所對應(yīng)的問題。

        當(dāng)學(xué)習(xí)進(jìn)行到這個階段的時候,教師要引導(dǎo)學(xué)生從產(chǎn)品功能角度出發(fā),設(shè)計出產(chǎn)品的顯示界面,從而將各功能要素展示出來。在編程設(shè)計的時候,務(wù)必要考慮產(chǎn)品的設(shè)計目標(biāo)和功能,對產(chǎn)品的模塊進(jìn)行分解,同時需要對不同模塊間的相互關(guān)系進(jìn)行充分的明確,最終將系統(tǒng)總體方案的流程圖繪畫出來。設(shè)計這方面功能和模塊的時候,需要學(xué)生調(diào)動自己的計算機思維,才能將較為抽象的問題變得具體化,從而有效解決實際問題。

        3. 探究新知

        當(dāng)教師引導(dǎo)學(xué)生制定了相關(guān)的方案之后,就要開始探究編程中涉及的新知識。具體指的是在完成了語音識別技術(shù)的前提下,讓學(xué)生對其中的概念、原理和具體的用途進(jìn)行充分的明確。教師在這個教學(xué)過程中,需要引導(dǎo)學(xué)生借助于生活中的實際應(yīng)用進(jìn)行探究分析,對語音識別技術(shù)的積極性作用進(jìn)行充分的感知。學(xué)生只有調(diào)動自己的計算機思維,才能進(jìn)行任務(wù)的分解,明確其中的概念,借助抽象性思維,獲得相應(yīng)的算法,從而去評價設(shè)計的有效性。

        4. 實施方案

        這部分教學(xué)是整個流程的重點工作,當(dāng)進(jìn)行了產(chǎn)品的前期需求分析與設(shè)計,就要進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)實踐,本案例采用的編程工具為App Inventor,借助于這一軟件能夠獲得不錯的設(shè)計效果。

        教師引導(dǎo)學(xué)生從設(shè)計出發(fā),將相應(yīng)的草圖擬畫出來,借助于App Inventor軟件,對涉及的組件進(jìn)行恰當(dāng)?shù)剡x擇,同時對組件的屬性進(jìn)行充分的設(shè)置,從而完成界面設(shè)計。學(xué)生依據(jù)產(chǎn)品流程圖展示出來的算法,借助于設(shè)計軟件,進(jìn)行產(chǎn)品的呈現(xiàn)編寫。當(dāng)算法的編寫完成之后,需要對運行效果進(jìn)行查看,通過認(rèn)真的調(diào)試,對其中的錯誤進(jìn)行修改,若有問題需要進(jìn)行及時的調(diào)試,找到解決問題的最佳方法。

        在這個流程中,需要涉及較多的計算機思維,其中有一定的抽象概念和操作方法,只有根據(jù)流程圖,將產(chǎn)品需要執(zhí)行的每一步詳細(xì)指令寫出來,這樣才能讓作品的功能得以實現(xiàn)。

        5. 展示與交流作品

        這個過程主要是讓學(xué)生通過展示與交流作品充分展示其中的計算機思維。小組通過合作探究形成自己獨特的作品之后,借助于演講的方式,對照自己小組的設(shè)計,對產(chǎn)品設(shè)計過程和最終的結(jié)果進(jìn)行展示。其他小組根據(jù)自己小組的設(shè)計過程,進(jìn)行思維上的碰撞,從而形成新的知識流程,最終讓設(shè)計更為科學(xué)合理,以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合素養(yǎng)。

        6. 評價與反思項目A19BE8DE-B9A7-42F7-B088-9172A781F247

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