中小学人工智能教育阶段教学模式研究
人工智能属于专业性很强的学科领域，对应很多门专业课程。中国教育科学研究院研究员储朝晖认为，在中小学阶段加强人工智能教育，是为了让孩子们对这种新生事物加强了解，培养一种亲近感。因此，本研究认为中小学人工智能课程应以科普、开拓眼界为基础，面向计算思维培养，让学生体验到人工智能的魅力，形成大概的知识脉络，体验开发过程，在此基础上帮助学生理解编程思维，进而追求创意、创新作品的形成。
在中小学落实人工智能教育需要建立发展性思想，即人工智能教育在中小学的落实需要遵循学生的认知发展规律，在课程建设方面要能够建立覆盖小学到高中的一整套完善的课程体系，在不同的阶段从内容、难度、深度等方面都要与相应学段学生的年龄特征和知识基础相匹配。人工智能课程目标需要从操作技能训练转向信息素养提升，重在培养学生的信息意识、计算思维、数字化实践能力。借鉴冯艳艳观点，本研究归纳为：小学阶段的人工智能课程重在让学生感悟人工智能，培养学生对人工智能的兴趣，简称“人工智能初感知”；初中阶段的人工智能课程重在让学生体验人工智能，并能够完成简单的人工智能作品，简称“人工智能初体验”；而高中阶段的人工智能课程重在让学生初步探索人工智能，强调人工智能基本理念与原理的传递，并能够设计出相对复杂的人工智能作品，简称“人工智能初创造”。
游戏的趣味性、挑战性、体验性和交互性一直深受学生们的喜爱教育游戏可以激发学生的学习动机，促进知识的学习，培养手眼互动的能力，培养解决问题的能力，促进情感态度价值观的形成，创设探究式学习环境，提供体验学习的机会，提高媒体素养。依据教学模式的构成要素，面向计算思维培养的游戏化教学模式。
游戏化教学首先要确定好学习目标，本研究认为游戏化教学尤其适合低龄段的学习者，在刚刚进入人工智能教育入门阶段采用。教师在教学中将巨大的目标分解成一个个的子目标，即学习主题，围绕学习主题进行游戏设计，使学习者更容易完成游戏。在教学环节上，教师先进行游戏情境的导入，激发学生的学习兴趣，引导学生进入本课学习主题，接着把教学内容融入游戏设计环节中，明确游戏规则。学生在游戏案例中一边欣赏，一边理解新知。然后是游戏的实施，也是教学中最重要的环节，学生在教师设计好的游戏任务中开展实践、探索，教师全程参与引导，对出现的问题给予指导和帮助，实时调控游戏进度，保证大多数学生完成游戏。最后是游戏评价环节，教师要对游戏中的学习重点进行总结提炼，开展学生游戏作品的交流评价。
在整个教学流程中，计算思维对于低龄学习者是初步渗透的，体现在对游戏理解中的初步抽象学习新知，游戏设计中的简单概括游戏规则，实施游戏中的初步分解游戏任务、学习初步算法解决游戏问题，总结评价中的简单概括游戏心得，初步对自己或同伴作品做出评价。
小学阶段人工智能课程内容突出科普、趣味、好玩的特点，吸引学生的学习兴趣。教师可以设计如智能语音之小蝌蚪找妈妈游戏、图像识别之识物小助手游戏、智能运动之机器人走迷宫游戏、语音转写之诗词听写小达人游戏等，让学生初步感知计算思维与编程乐趣。
体验式学习指的是学习者亲历实践活动，通过自身的反思获得新的知识、技能和态度。哈佛大学教授David Kolb提出了体验式学习的理论模型，包括有具体的体验、观察与反思、抽象概念的形成和在新情境中检验概念的意义等元素。依据教学模式的构成要素，面向计算思维培养的体验式教学模式如图2。
体验式教学需要学习者有一定的生活经验，同时需要一定的抽象概念能力，在新情境中检验概念。教师在教学中围绕教学目标，选择学习主题，首先是生活案例的情境引入，激活学生日常的体验认知，教师由此提出问题，激发学生探究本课新知。学生在教师带领下结合体验经验，逐步探究与理解。在实践体验环节，教师可以通过问题引领或任务驱动让学生完成一个个创意小实验或小作品，遇到问题时教师及时帮助引导，学生在完成实验中体验自己设计的成效。最后的展示评价环节，教师展示学生的实践作品，相互交流与评价。
在整个教学中，学生的计算思维培养由小学的初级阶段，逐步向中级阶段迈进，从情境案例中概括、探究任务分解、作品评估能力都有所增强，复杂问题的抽象与通过算法解决问题的能力还在进一步发展中。
以上三种教学模式的共同特点是依据一般教学模式的构成要素，从教师上课的基本环节出发进行设计，区别在于教学目标、模式类型与侧重点不同。但三种模式又依据学生认知特点和教学侧重点而逐层递进，尤其体现在计算思维能力的不断发展与进阶。当然，三种模式与学段的对应关系并不是绝对的，只是总体而言更适合，教师可以根据教学需求选择运用。
综上所述，区域推进中小学人工智能教育已成为实验区的重要内容之一。本研究也在这样的区域实验背景下开展具体的研究与实践，期待后续把构建面向计算思维培养的分学段三种有效教学模式，在实验学校的实际教学中继续深入实践与完善。
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