孫啟超

國務(wù)院印發(fā)的《全民科學(xué)素質(zhì)行動規(guī)劃綱要（2021—2035年）》明確要求“激發(fā)青少年好奇心和想象力，增強科學(xué)興趣、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，培育一大批具備科學(xué)家潛質(zhì)的青少年群體，為加快建設(shè)科技強國夯實人才基礎(chǔ)”。河南、山東、安徽、廣東、浙江等省份在基礎(chǔ)教育階段陸續(xù)開設(shè)信息技術(shù)課程與人工智能課程，并將分層教學(xué)模式應(yīng)用其中。在本文中，我們結(jié)合實際案例對分層教學(xué)模式的實際應(yīng)用展開探討。

一、人工智能編程課程現(xiàn)狀與分層教學(xué)

1. 人工智能編程課程教學(xué)現(xiàn)狀

國務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》要求“實施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”。近年來，廣東、福建、上海等省市重點借助智能設(shè)備進行課堂指導(dǎo)；在人工智能編程課程教學(xué)活動中，學(xué)校逐漸引導(dǎo)學(xué)生參加不同等級的編程比賽、機器人大賽、人工智能競賽等。

2. 分層教學(xué)

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》提出“注重因材施教。關(guān)注學(xué)生不同特點和個性差異，發(fā)展每一個學(xué)生的優(yōu)勢潛能，推進分層教學(xué)……教學(xué)管理制度改革”。

隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，很多學(xué)生盡管對計算機、人工智能、信息技術(shù)等名詞并不陌生，但因為城鄉(xiāng)教育主體之間在發(fā)展水平方面還存在明顯的差距，所以，實施分層教學(xué)是解決當前我國城鄉(xiāng)教育差異問題的一個最佳策略。

二、小學(xué)人工智能編程課程分層教學(xué)案例探索

筆者將全班學(xué)生劃分成3個小組，然后以3個小組學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程、制作成品等為切入點，對教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)目標、分層教學(xué)計劃、教學(xué)活動評價、教學(xué)策略反思等進行逐一探究，思考在“智能臺燈設(shè)計”課堂教學(xué)活動中采用分層教學(xué)模式的實際成效。

1. 明確教學(xué)內(nèi)容

這一章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容包括三個部分，即傳感器特性、LED燈工作原理、“假若……執(zhí)行……”的功能切換。教師的教學(xué)職責(zé)是指導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)概念及定義進行理解，逐步了解LED的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運行原理，為下一步進行實踐操作做準備。

2. 設(shè)置課程教學(xué)目標

本課教學(xué)目標具體包括：①指導(dǎo)學(xué)生掌握傳感器特性，認識LED燈的運行原理；②了解主控模板的具體應(yīng)用功能及特點，能夠靈活應(yīng)用“假若……執(zhí)行……”功能模塊；③熟練設(shè)計智能臺燈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后對其進行組裝、搭建、連線、程序設(shè)計、功能調(diào)試、結(jié)果驗證等；④確保產(chǎn)品設(shè)計形態(tài)與結(jié)構(gòu)科學(xué)、完整，能夠確保用戶獲得理想的體驗；⑤對整個程序參數(shù)進行驗證，確保其設(shè)置正確、合理。

3. 設(shè)計分層教學(xué)計劃

在這一章節(jié)的教學(xué)設(shè)計中，結(jié)合學(xué)生的實際情況制訂分層教學(xué)計劃，教師需要考慮三個重要主體：學(xué)生、教學(xué)目標與教學(xué)策略。

（1）需要對學(xué)生進行個性化分層

A組是小學(xué)4年級學(xué)生，他們在3年級的時候接觸過編程類的知識，有一定的基礎(chǔ)，并且還參加過社團實踐活動（6個月左右），但是都沒有參加過任何人工智能編程類、機器人類的競賽活動；B組是小學(xué)5年級學(xué)生，學(xué)習(xí)編程課程的時間超過2年，基礎(chǔ)相對穩(wěn)固，參加社團實踐活動約有1年，其中有2名學(xué)生參加過市級計算機編程大賽、省級機器人競賽；C組是小學(xué)6年級學(xué)生，接觸編程課程已有4年左右，并且參加社團實踐活動超過3年，每一名學(xué)生都參加過不同等級的編程類、機器人類競賽。

（2）需要對教學(xué)目標進行個性化分層

A組：①掌握傳感器的基本特性，并進行組內(nèi)討論與研究；②逐步設(shè)計智能臺燈，并嘗試進行成品搭建；③逐步掌握“假若……執(zhí)行……”功能模塊。B組：前3條與A組相同，另外，要編寫程序，并自主調(diào)試與反饋，確保操作成功。C組：前3條與A組相同，另外，要對制作好的成品進行介紹，確保其不少于兩個典型特征。

（3）需要對教學(xué)策略實施分層設(shè)計

A組：教師需要對學(xué)生進行組織能力的培養(yǎng)，安排學(xué)生組內(nèi)合作學(xué)習(xí)，大家一起收集相關(guān)的圖片、視頻、3D圖紙等，然后加強學(xué)生的思維能力訓(xùn)練，確保學(xué)生在現(xiàn)有教學(xué)資料的基礎(chǔ)上挖掘一些新線索，整理一些新信息，確定最新的設(shè)計思路與研究方向。

B組：教師需要對學(xué)生進行認知發(fā)展能力的培養(yǎng)。鼓勵學(xué)生積極參加相應(yīng)的實踐設(shè)計活動，然后從中整理出相關(guān)問題，并力爭能夠自主解決，教師需要對一些關(guān)鍵性的問題進行針對性指導(dǎo)與輔助。

C組：教師需要對學(xué)生進行自我管理能力的培養(yǎng)。具體來說，需要向?qū)W生介紹設(shè)計原則、傳授思維方法，引導(dǎo)學(xué)生對整個設(shè)計過程進行探索，然后觀察學(xué)生的一舉一動，鼓勵學(xué)生自主發(fā)揮與操作，教師在旁給予指點，逐步彰顯學(xué)生的主體地位。

4. 展示教學(xué)效果

（1）A組學(xué)生作品介紹

對于A組學(xué)生來說，其作品設(shè)計結(jié)構(gòu)包括聲音傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光感傳感器、開關(guān)按鈕、LED燈、主控線路等。在作品設(shè)計過程中實現(xiàn)兩個功能：①聲控?zé)?。如果光線變暗，且聲音達到特定數(shù)值的話，LED燈會自動開啟。②根據(jù)氣溫變化調(diào)整LED燈的色調(diào)。假若溫度偏低，不足30℃，LED燈調(diào)整成暖色調(diào)；假若溫度偏高，不低于30℃，LED燈則調(diào)整成冷色調(diào)。通過功能測試能夠發(fā)現(xiàn)，A組學(xué)生在設(shè)計聲控?zé)舻倪^程中，各項任務(wù)基本完成，但是對于調(diào)整LED燈色調(diào)的功能，因沒有測試條件，未進行評判。

（2）B組學(xué)生作品介紹

對于B組學(xué)生來說，其作品設(shè)計結(jié)構(gòu)包括聲音傳感器、紅外傳感器、開關(guān)按鈕、LED燈、舵機、主控線路等。在作品設(shè)計過程中實現(xiàn)兩個功能：①提示噪聲。如果周圍環(huán)境出現(xiàn)噪聲，且音量不低于80dB，LED燈會出現(xiàn)七彩跑馬燈的變化。②用平板電腦靈活地控制LED燈的方向或停止等。如果平板電腦朝著左（右）傾斜，那么LED燈柱則會朝著左（右）旋轉(zhuǎn)；如果平板電腦朝上傾斜，那么LED燈柱則會停止運行。通過功能測試我們發(fā)現(xiàn)，這一小組的所有功能設(shè)計目標都順利實現(xiàn)。

（3）C組學(xué)生作品介紹

對于C組學(xué)生來說，其作品設(shè)計結(jié)構(gòu)包括超聲波傳感器、壓力傳感器、開關(guān)按鈕、LED燈、舵機、輪子、主控線路等。在作品設(shè)計過程中實現(xiàn)三個功能：①折疊便攜。作品最初是黃燈，在觸碰壓力傳感器的時候，LED燈會熄滅，燈柱會隨之倒下折疊，確保能夠靈活攜帶；在長按鍵的情況下，燈柱則會立刻恢復(fù)原位。②通過平板電腦能夠靈活地控制智能臺燈的前進或后退，使其抵達目的地。因為并未配置輪子等相關(guān)組件，這一組需要安裝萬向輪，確保LED燈能夠自由轉(zhuǎn)動。③障礙物提示。如果發(fā)現(xiàn)周圍出現(xiàn)障礙物，且距離不超過8m，LED燈會變成紅色，說明有障礙物出現(xiàn)。通過功能測試，該小組的所有功能設(shè)計目標都順利實現(xiàn)。

5. 完成教學(xué)評價

在對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行評價時，教師必須注意參考信息技術(shù)與人工智能編程課程在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)方面的綜合性要求。A組學(xué)生存在很多奇思妙想，不過這些想法可行性不足，想要完全實現(xiàn)非常困難，學(xué)生需要不斷學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識，積累豐富的經(jīng)驗。B組學(xué)生缺乏自我創(chuàng)新意識及能力，大部分時間都用在代碼的簡化設(shè)計方面。C組學(xué)生零件數(shù)量比較多，造成其發(fā)揮空間受限。整體來看，3組學(xué)生在整個操作過程中都存在一些短板，但是他們基本上都能夠掌握這一章節(jié)的基本知識點，順利完成教師安排的學(xué)習(xí)任務(wù)。

6. 進行課堂反思

第一，3組學(xué)生在進行作品設(shè)計的過程中，都選擇了2種及以上傳感器，同時還包括1個LED燈、主控線路等。除了A組學(xué)生有一個設(shè)計功能由于條件限制不能對其進行評測以外，其他兩組學(xué)生的功能設(shè)計目標基本上都順利實現(xiàn)，而且通過調(diào)試都能夠成功運行，這說明教師采用分層教學(xué)模式的實際成效是不錯的，整體能夠滿足預(yù)期教學(xué)要求。

第二，按照以上3組學(xué)生的整個設(shè)計活動的操作，我們能夠發(fā)現(xiàn)：A組學(xué)生比較看重結(jié)構(gòu)搭建，注重用戶體驗，但是在周圍環(huán)境測試方面缺乏豐富的經(jīng)驗。這一組學(xué)生有一項功能測試并未完成，不過通過后續(xù)的代碼驗證，發(fā)現(xiàn)其代碼編寫正確。B組學(xué)生在結(jié)構(gòu)搭建的過程中增加了一個零件—舵機，確保其與第三方工具的銜接更加緊密，整個操作過程是相對順利的。這一小組學(xué)生代碼設(shè)計與編程相對簡潔，不過邏輯思維比較混亂，整體來看，存在操作秩序不清等問題。C組學(xué)生不但增加了其他零件，而且增加了一個功能，代碼設(shè)計相對簡潔，整個過程的完成順暢度非常高，邏輯思維非常清晰。該組學(xué)生制作的思維導(dǎo)圖也非常完整、清晰，在表達方面非常順暢，作品功能良好。

第三，通過分層教學(xué)方法對學(xué)生進行引導(dǎo)，我們能夠發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)方法與各小組學(xué)生的基本學(xué)情相吻合，能夠最大化地激發(fā)學(xué)生熱情，幫助學(xué)生順利實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標。教師的預(yù)期教學(xué)計劃也能夠順利完成。

第四，經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)經(jīng)驗積累，再加上鼓勵學(xué)生參加比賽鍛煉等，我們發(fā)現(xiàn)，C組學(xué)生的思維相對開闊一些。這一組學(xué)生不管是在作品的外觀設(shè)計，還是在編程測試、功能設(shè)計等方面，都表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢；在團隊合作方面，C組配合得當，學(xué)習(xí)效率高，整體表現(xiàn)比較突出。

現(xiàn)今，我國小學(xué)人工智能編程課程教學(xué)工作并未廣泛推行，實施分層教學(xué)是一個亟待探索的重要課題。教師需要對學(xué)生的基本學(xué)情與實際情況進行精準分析與定位，然后分層次指導(dǎo)，并靈活調(diào)整相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容與方法，設(shè)計一系列與學(xué)生發(fā)展相吻合的編程活動，循序漸進地開展人工智能編程課程，這對于增強學(xué)生的學(xué)科綜合素養(yǎng)能發(fā)揮積極作用。

（作者單位：安徽省淮北市第一實驗小學(xué)）

責(zé)任編輯：趙繼瑩