人工智能視角下小學(xué)信息科技課堂跨學(xué)科教學(xué)方法探索

隨著教育信息化進程的持續(xù)推進與深化，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息科技在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模與范圍不斷擴大，為信息化教學(xué)的開展提供了基礎(chǔ)保障與便利條件。近日，教育部發(fā)布了《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022年版新課標”），其中明確提出要基于學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展需求，遴選主題內(nèi)容，開展跨學(xué)科主題活動。小學(xué)信息科技教師在跨學(xué)科主題教學(xué)的過程中，可通過大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)與教學(xué)活動內(nèi)容的有機融合，提升學(xué)生對信息科技的了解認識，拓展其學(xué)科視野，激發(fā)其學(xué)習(xí)信息科技的主動性、積極性，促進其全面健康發(fā)展。一、人工智能視角下小學(xué)信息科技教學(xué)的優(yōu)勢（一）提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力小學(xué)信息科技課程考慮到小學(xué)階段學(xué)生的認知理解能力有限，因此涉及教學(xué)內(nèi)容相對較少，教學(xué)難度較簡單，旨在提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力?，F(xiàn)階段小學(xué)信息科技教材多以計算機操作內(nèi)容為主，在相關(guān)信息科技教育工作的開展過程中常出現(xiàn)“淺嘗輒止、流于形式”的現(xiàn)象。通過將人工智能引入教學(xué)實際工作，將復(fù)雜抽象的結(jié)構(gòu)化教學(xué)知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^生動的內(nèi)容，能夠強化學(xué)生對信息科技知識的理解與記憶。通過這種方式，有效發(fā)揮人工智能的數(shù)據(jù)分析展示功能，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。（二）體現(xiàn)信息科技課堂教學(xué)價值現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)在社會各行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛和成熟。在人工智能視角下開展小學(xué)信息科技教學(xué)，可以使學(xué)生親身感受到新一代信息科技在現(xiàn)代社會生活中的應(yīng)用價值與影響效果，有利于拓寬學(xué)生的科學(xué)技術(shù)視野。與此同時，教師在開展信息科技跨學(xué)科主題教學(xué)的過程中，將現(xiàn)階段的人工智能前沿科技成果呈現(xiàn)給學(xué)生，能有效激發(fā)學(xué)生對信息科技學(xué)習(xí)的好奇心與求知欲望，使其領(lǐng)略信息科技的魅力，理解科技是促進社會發(fā)展進步的重要動力。（三）塑造學(xué)生信息思維模式在小學(xué)信息科技教學(xué)的過程中，教師可通過人工智能輔助教學(xué)活動的設(shè)計與具體開展，增加教學(xué)內(nèi)容和過程環(huán)節(jié)的科學(xué)性與邏輯性，創(chuàng)設(shè)具有生動性、趣味性、創(chuàng)新性的課堂教學(xué)環(huán)境。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中能提升對信息的敏感度，發(fā)展信息價值感知力與判斷力，培養(yǎng)計算機思維，在解決問題時能利用抽象、分解、建模等計算機科學(xué)思想方法進行分析思考，進一步提升運用所學(xué)信息科技知識解決實際問題的能力。這種教學(xué)方式有助于學(xué)生完善學(xué)科知識體系，厘清知識脈絡(luò)，提高學(xué)習(xí)效率，并塑造科學(xué)的信息思維模式。（四）培養(yǎng)信息社會責(zé)任意識2022年版新課標明確指出信息科技學(xué)科的核心素養(yǎng)內(nèi)涵包括學(xué)生的信息社會責(zé)任。信息社會責(zé)任是對個人文化修養(yǎng)、道德思想以及行為素養(yǎng)的綜合要求?；谌斯ぶ悄芤暯堑男W(xué)信息科技教學(xué)，能幫助教師在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)情境互動式教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生直觀感受信息科技對社會生活的各種影響，幫助學(xué)生理解在互聯(lián)網(wǎng)空間中應(yīng)當(dāng)嚴格遵守相關(guān)法律法規(guī)與道德規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生形成優(yōu)良的信息道德品質(zhì)，使學(xué)生在樂于幫助他人、積極共享信息資源的同時，具備良好的自我保護意識與信息社會責(zé)任感，自覺維護互聯(lián)網(wǎng)空間的秩序。二、小學(xué)信息科技跨學(xué)科教學(xué)的實施策略（一）人工智能走進課堂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣小學(xué)階段的學(xué)生具有好奇心強、玩心較重等性格特質(zhì)，認知與理解能力具有一定局限性。人工智能是一種融合數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科理論的新興技術(shù)，在實踐領(lǐng)域具有較為復(fù)雜的原理與結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)難以理解和接受的情況，不利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與課堂教學(xué)參與度。學(xué)生在家中雖然接觸到了部分人工智能產(chǎn)品，但是由于沒有經(jīng)過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，他們面對這些產(chǎn)品時只會一些基礎(chǔ)的操作而不會進行深入的探究。因此，相較于傳授深層次知識原理的傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式，讓學(xué)生直接接觸人工智能產(chǎn)品更符合其身心特點與學(xué)習(xí)需求。例如，在教學(xué)鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社出版的小學(xué)信息科技教材中的“認識機器人”這一課時，教師可以圍繞“數(shù)字設(shè)備體驗”跨學(xué)科主題，將當(dāng)前人工智能領(lǐng)域中的機器人應(yīng)用為用多媒體演示展示給學(xué)生，并結(jié)合實際情況為學(xué)生提供實際產(chǎn)品體驗。教師在課堂教學(xué)導(dǎo)入階段可以先提問學(xué)生：“同學(xué)們做家務(wù)時常掃地拖地，有什么機器人可以幫助我們嗎？”學(xué)生回答：“掃地機器人?！边@時教師拿出提前準備好的掃地機器人，帶領(lǐng)學(xué)生對機器人進行觀察，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營造活躍積極的課堂教學(xué)氛圍。接著，教師啟動掃地機器人，讓學(xué)生觀察機器人的自動前進、避障、清掃等功能，結(jié)合機器人自動控制、結(jié)構(gòu)形態(tài)、完成動作特點等知識點進行講解。此外，教師還可結(jié)合智能音箱、人臉識別軟件、掃臉支付軟件等人工智能領(lǐng)域的產(chǎn)品進行教學(xué)，充分拓展學(xué)生的知識視野，為其之后的信息科技學(xué)習(xí)奠定知識基礎(chǔ)。（二）進行任務(wù)驅(qū)動的項目式小組合作2022年版新課標，倡導(dǎo)以真實問題、真項目驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識，增強解決問題的能力。項目化學(xué)習(xí)和陶行知先生倡導(dǎo)的生活教育理念不謀而合，要求以學(xué)生為主體，基于真實生活，通過“知行合一”與“教學(xué)做合一”的方法論，培養(yǎng)具備道德品質(zhì)和創(chuàng)造能力的人。所以，項目式學(xué)習(xí)越來越受到教師的重視。要進行項目式學(xué)習(xí)，就離不開小組合作。但不少教師在開展信息科技項目式學(xué)習(xí)活動的實踐過程中總是感到困難重重，針對此，我們可以在開展項目式學(xué)習(xí)活動之前，專門去設(shè)計一些前置性的學(xué)習(xí)活動，以此來確保項目式學(xué)習(xí)活動的高效開展。在核心素養(yǎng)教育方面，小組合作是極為重要的教學(xué)舉措。在2022年版新課標中，課程總目標就有一條“提高數(shù)字化合作與探究的能力，發(fā)揚創(chuàng)新精神”。小學(xué)生的信息科技水平普遍不高、實操能力普遍不強，對信息科技相關(guān)知識的認知難免有些障礙。在小學(xué)信息科技教學(xué)中組織學(xué)生開展小組合作，讓學(xué)生之間能形成互助合作的關(guān)系，幫助學(xué)生快速補足認知短板，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。例如，在教學(xué)“體驗智慧出行”這一項目時，教師可圍繞“互聯(lián)智能設(shè)計”跨學(xué)科主題，通過設(shè)立前置性學(xué)習(xí)項目，讓學(xué)生進行項目式學(xué)習(xí)。人工智能對人們的學(xué)習(xí)、生活、工作都有著深遠影響，尤其是在解決問題的思維方式上。學(xué)生可根據(jù)有趣的問題設(shè)計活動，比如，結(jié)合學(xué)校資源，前往不同的實踐基地進行社會實踐活動時，應(yīng)選擇何種交通工具，以及該如何去規(guī)劃最優(yōu)的來回路線；又或者預(yù)測在不同天氣條件下，同伴會選擇通過哪種交通工具來上學(xué)。在開展項目式教學(xué)前，教師可以引導(dǎo)學(xué)生去了解學(xué)習(xí)如何使用智能設(shè)備進行出行線路的規(guī)劃、道路的導(dǎo)航等，再讓其結(jié)合生活實際，采取多種方式收集多組數(shù)據(jù)，構(gòu)建多維度數(shù)據(jù)集，運用人工智能規(guī)劃出行線路、預(yù)測同伴出游的交通方式。（三）創(chuàng)設(shè)情境互動教學(xué)，構(gòu)建高效課堂教學(xué)模式隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展進步，人工智能技術(shù)已經(jīng)在社會生活中的各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。小學(xué)生對計算機知識的接觸較少，信息知識儲備相對薄弱，而信息科技教材內(nèi)容中抽象概念及邏輯原理占比較多，從而對課堂教學(xué)質(zhì)量與效率造成不利影響。如今，人工智能已經(jīng)廣泛普及，在家庭生活中，學(xué)生有不少便利條件能夠接觸到人工智能、應(yīng)用到人工智能。所以教師要鼓勵學(xué)生利用好課下時間，在家里多運用所學(xué)的人工智能知識去解決實際問題，從而逐步提升信息科技水平。一方面，教師要積極與學(xué)生家長溝通，讓家長了解學(xué)生在學(xué)校里的學(xué)習(xí)進展情況；另一方面，教師要讓家長給學(xué)生創(chuàng)造條件，允許他們適當(dāng)使用電腦或手機等智能化設(shè)備，通過家中的智能化設(shè)備去完成家庭作業(yè)、解決問題，熟悉電腦搜索引擎和上網(wǎng)操作。在小學(xué)信息科技教學(xué)中，教師既要掌握核心素養(yǎng)的具體要求，又要掌握學(xué)生認知能力和行為習(xí)慣等方面的情況，充分利用信息科技的有利條件完成教學(xué)。只有學(xué)生在生活中多接觸人工智能，教師才可以在教學(xué)中結(jié)合具體內(nèi)容，主動創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的互動教學(xué)情境，使抽象難懂的知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^生動的具象知識。例如，在教學(xué)“機器人機械手”一課時，教師可圍繞“數(shù)據(jù)編碼探秘”跨學(xué)科主題，通過創(chuàng)設(shè)情境的方式開展互動教學(xué)。教師首先通過多媒體設(shè)備為學(xué)生播放一段建筑工地的施工視頻，提問學(xué)生：“剛才視頻中的大型吊車是怎么抓起重物的？”學(xué)生答：“吊車用一根手臂和一個大爪子抓起物體，還可以通過轉(zhuǎn)盤控制手臂方向?！苯又處煆牡踯噷嵨锍霭l(fā)，引出機械手的概念，并為學(xué)生講解機械手的原理及程序?qū)崿F(xiàn)。然后，教師可以讓學(xué)生扮演吊車操作員角色，讓其為機器人機械手編寫程序，使其完成抓取、搬運、推動等動作。通過這種教學(xué)方式，學(xué)生能從數(shù)據(jù)編碼中體驗到成就感，樹立對信息科技學(xué)習(xí)的自信心。（四）立足學(xué)生個體差異，開展針對教學(xué)活動不同學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)背景以及學(xué)習(xí)經(jīng)歷均不相同，學(xué)生之間通常存在一定程度的差異，表現(xiàn)為學(xué)生的個人學(xué)習(xí)能力及學(xué)習(xí)興趣各有不同。所以，完善小學(xué)信息科技分層教學(xué)制度較為重要，但要想真正做到這一點，具有一定的難度，需要教師全身心地投入其中，利用閑暇時間加強學(xué)習(xí)，從而更好地達成課程目標。在分層教學(xué)中有很多細節(jié)，不管是學(xué)習(xí)還是授課都被包含在內(nèi)，這也需要教師結(jié)合學(xué)生的實際情況，針對理論教學(xué)和上機實踐等進行分門別類、整合目標、形成相對完備的教學(xué)體系。教師在開展小學(xué)信息科技跨學(xué)科教學(xué)時，要關(guān)注學(xué)生整體的學(xué)習(xí)需求，根據(jù)每個學(xué)生的具體情況，針對性地開展差異教學(xué)。此外，教師還需要針對不同層次的學(xué)生制定具有針對性的學(xué)習(xí)目標。例如，教師在教授優(yōu)秀的學(xué)生時，除了要讓他們掌握基礎(chǔ)課程內(nèi)容外，還要讓他們進行自主探索、不斷提高解決生活中實際問題的能力，這也符合新課標中“提高數(shù)字化合作與探究的能力，發(fā)揚創(chuàng)新精神”的總目標；而對學(xué)習(xí)能力較低的學(xué)生來說，教師應(yīng)鼓勵他們積極完成基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，并且在有能力的情況下進行適當(dāng)?shù)淖灾魈剿?。小學(xué)生的學(xué)習(xí)能力存在較大差距，教師必須客觀看待學(xué)生之間存在的差距，以學(xué)生為主體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如，在教學(xué)“人工智能的應(yīng)用”一課時，教師可圍繞“小型系統(tǒng)模擬”跨學(xué)科主題，充分立足于學(xué)生的個體差異，開展針對性的教學(xué)活動。對喜歡各種游戲的學(xué)生，教師可以為他們講述人工智能近年來在棋類比賽中的表現(xiàn)，并要求學(xué)生參考AI下棋機器人的程序算法，自主設(shè)計一個多人輪流拿火柴棍的博弈游戲程序，游戲規(guī)則為每次拿走1～3根火柴棍，拿到最后一根的人獲勝。學(xué)生利用循環(huán)、分支、順序等程序控制結(jié)構(gòu)，以及與或非邏輯運算，分析并設(shè)計相應(yīng)的算法，結(jié)合教師的指導(dǎo)編寫游戲程序。對喜歡聽音樂或閱讀的學(xué)生，教師可以要求其對自動語音識別、自動文字識別、聽歌識曲等軟件的原理進行了解學(xué)習(xí)，并與其他學(xué)生分享交流，促使學(xué)生在分享學(xué)習(xí)成果的過程中共同進步。（五）創(chuàng)新教學(xué)評價方式，促進全面均衡發(fā)展傳統(tǒng)小學(xué)信息科技學(xué)科的教學(xué)評價主要關(guān)注學(xué)生的任務(wù)完成結(jié)果，對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)重視度不夠，與此同時，教師作為唯一評價主體，評價方式趨于單一，對學(xué)生的主體性地位及個體差異性認識不足。為此，教師應(yīng)當(dāng)在小學(xué)信息科技跨學(xué)科教學(xué)中利用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)，創(chuàng)新開展教學(xué)評價，促進學(xué)生的全面發(fā)展。首先，教師應(yīng)采用過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的評價模式。評價內(nèi)容除了參考學(xué)生的期中、期末測驗成績，還應(yīng)綜合考察學(xué)生的課堂表現(xiàn)情況、實踐操作規(guī)范性、信息社會責(zé)任意識等評價指標，實現(xiàn)對學(xué)生的全面客觀評價。其次，教師借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對學(xué)生的平時作業(yè)成績、隨堂檢測成績、階段性測驗成績等數(shù)據(jù)進行分析處理，生成可視化評價報告，幫助學(xué)生明確自身優(yōu)缺點，輔助教師進行教學(xué)調(diào)整。另外，教師還可借助人工智能技術(shù)，基于學(xué)生個人數(shù)據(jù)形成相應(yīng)的數(shù)字成長畫像，采取針對性評價方式激勵學(xué)生健康