以智慧課堂培養高中生人工智能核心素養策略初探

徐啟發

摘 要：高中信息技術新課程標準明確指出要落實立德樹人根本任務，發揮核心素養的統領作用。文章旨在探討新課程標準背景下如何應用智慧課堂培養高中生的人工智能核心素養。文章從詳細剖析構建高中人工智能智慧課堂的意義入手，提出使用智慧課堂培養高中生人工智能核心素養的策略，最后闡述基于智慧課堂實現教學評一體化。通過運用該方法進行高中人工智能教學，取得了較好的成果，有效地提升了學生人工智能核心素養。

關鍵詞：智慧課堂；人工智能；核心素養

一、構建高中人工智能智慧課堂的意義

（一）智慧課堂是信息技術新課程實施的內在要求

高中信息技術新課程標準指出，人工智能課程要落實立德樹人的根本任務，發揮核心素養的統領作用。同時，重視在新課程背景下，尤其是線上線下混合式學習多模態應用下，人工智能的教與學已經發生了很大變化，更加適合創新和泛在學習，呈現出與智慧課堂融合的新態勢。

隨著技術的工具屬性充分發揮和智能時代的悄然來臨，智慧課堂逐漸成為學校的主陣地，有專家認為：“智慧教育成為教育信息化的重點和未來發展方向[1]?！北疚囊愿咧行畔⒓夹g新課標為基礎，從教學目標的設定、教學內容的整合、練習實踐活動的設計等方面進行探討，研究如何合理利用智慧課堂培養中小學生人工智能核心

素養。

（二）智慧課堂是師生高效學習的迫切需要

傳統教學由于使用的教具比較簡單，加之使用的新技術較少，所營造的學習氛圍難免簡單，不利于學生開展創造性的學習。例如，在對人工智能的多個知識點（人臉識別、語音識別和手勢識別等）進行學習和實踐時，如果沒有智慧課堂做輔助，學生經常會遇到各種困難，很難理解人工智能蘊含的抽象的理論和原理。但是，如果使用智慧課堂，教師提前將知識點講解錄入該學習平臺，學生可得到隨時隨地的泛在學習，即使是在場學習時也非常方便。智慧課堂承載了學生高效學習人工智能的任務，為高效學習打下了基礎。有專家認為，智慧課堂從本質上來講就是翻轉課堂的重塑和升級，是一種利用智慧技術培養學生創新能力和學習能力的新形式。

二、使用智慧課堂培養高中生人工智能核心素養的策略

智慧引領互動，教學模式是智慧教育系統的核心要素。教師以項目探究為引領，通過構建一系列實踐活動，培養學生具備高中信息技術中的信息意識、計算思維、數字化學習、信息化社會責任等素養，提升人工智能核心素養。

（一）基于智慧課堂確立教學目標策略

教學目標是教學中綱領性文件，是對教學需要達到目的的描述，通過是否達到教學目標可以評判課程的好壞，因此，確立一個切實可行的智慧課堂目標，顯得非常重要。上課前，教師需要通過智慧平臺的測評功能對學生進行前測。具體方法是：學生登錄智慧學習平臺進入自動測評模塊，按照模塊中的自動知識和技能檢測功能即可完成，完成后教師端會有相應的實時反饋。教師設計的前測內容涉及已學過的人工智能知識，如人臉識別、語音識別和手勢識別、機器學習和神經網絡等。通過對學生進行前測，可以了解學生目前的知識水平，科學地確定教學目標。

1.前測提供反饋數據

教師從平臺提供的數據反饋發現，學生說出人臉識別的部分術語或者做部分人工智能實驗，但是不能說出人臉識別背后的科學原理。同時，在語音識別中也出現了同樣的情況，學生在AI智能平臺進行圖片訓練以及生成頻譜圖等，但是不能語音識別背后的技術，且他們的描述往往缺乏條理性和邏輯性。

2.科學制定教學目標

立足學情，整合單元內容，教師制定了如下指向核心素養的單元教學目標：學生理解人臉識別理論原理和完成人臉識別、語音識別、手勢識別、交通燈識別等實驗；學生理解機器學習、神經網絡等理論，能分析人臉識別、語音識別及手勢識別等蘊含的科學原理。其中，以機器學習和神經網絡為基礎，讓學生深入了解一些人工智能實驗，諸如人臉識別、語音識別、手勢識別及交通燈識別等蘊含的人工智能原理，能根據人工智能原理完成相應的創新實踐。

（二）基于智慧課堂，確定教學內容策略

1.立德樹人是教學內容的根基

課堂應該充分彰顯新課程標準中立德樹人的要求，從立德樹人與學科特點中找到兩者的契合點，巧妙地運用到教學中生成教學目標。

2.根據前測精準定位學生最近發展區

針對學生在前測環節反映出的對人工智能理論和實踐缺失等問題，教師選取不同形式內容，幫助學生從不同方面了解人工智能的理論和實踐。

3.將教學目標逐步細化

根據教學目標，學生通過了解人臉識別、手勢識別、語音識別、交通燈識別等重要人工智能應用，充分感受人工智能的便捷性，激發學生使用人工智能的樂趣，加深對科學技術理解和認同，樹立國際科技視野，把人工智能進一步發揚光大。

（三）基于智慧課堂，實施教學實踐

以學生前測數據為基礎，教師制定了科學的教學目標，精準選擇了合適的教學內容，之后需要選擇恰當的教學方式將課程實施出來。往往教學環節需要獨具匠心，給學生建構一個利于發散思維和創新的課堂。所以，每個教學環節都需要認真打磨、精心設計。

1.導入環節

利用智慧學習平臺的音頻、視頻、動畫播放功能，為學生展現精心選擇的趣味材料，內容為本節課知識點的相關內容，可以讓學生通過本材料聯想或者遷移到要學習的知識上來，讓學生自主進入最近發展區，以此培養他們的問題探知能力和知識遷移能力。在導入環節可以通過文字導入、音頻導入、視頻導入、動畫導入、漫畫導入、圖片導入、群體舞臺表演導入等多種方法，以充分激發學生的學習興趣。智慧學習平臺支持多種載體形式，可以利用這些豐富的載體形式，調動學生的積極性。一個成功的導入是課程順利開展的關鍵，在本環節是否能順利將學生的學習興趣充分吸引過來，在一定程度上決定著聽課的效率，而通過智慧課堂在絕大多數情況下能順利導入，激起全體同學的學習興趣，營造濃厚的學習氛圍。

2.知識精講與學習環節

（1）利用多媒體精講

教師對本節課知識網絡進行精講，對于比較難的知識點，可以通過智慧學習上的動畫形式，降低同學們的學習難度。一方面動畫形式趣味性比較強，另一方面學生可以反復地觀看細節，以便他們掌握其中的原理。

（2）充分利用智慧學習平臺交互功能

教師可以利用智慧學習平臺上的交互功能，巧妙設置交互內容和正確答案，然后設定學生回答時間。當學生順利答完提交，教師端可以實時看到學生的答題情況，然后根據答題器的回答狀況向學生反饋，讓學生知道更深入的情況。

（3）智慧分組

黃榮懷教授認為，“課堂活動的重點在于幫助學生開展深度的小組合作”[2]。教師根據學生的興趣將學生分為不同的小組，采用“同趣分組”的方法，即小組成員都對同一項目感興趣。學生根據自己志趣討論共同喜歡的項目。在網絡上，教師同樣可以利用智慧課堂的“分組”功能，將討論內容相同或相近的學生劃分在同一小組，進行充分的交流和探討。與現實中的分組不同的是，智慧課堂的分組非常方便，只需要簡單操作就可以了。分組后同組學生可以在共享網絡學習空間，將需要的學習資源和生成的學習成果同步反饋到學習空間，實現小組協同和資料共享，這樣可以更方便地完成項目。學生打開智慧學習平臺進行學習，可以在線摘抄或者做筆記。當他們學習遇到難題時，可以自主使用智慧學習平臺的在線助手等功能進行查詢。

3.展示環節

學生通過智慧學習平臺將各小組自制的思維導圖投屏到互動屏幕上，學生端和互動屏幕都展示同樣的內容。教師在活動過程中，可以隨時截屏學生的練習或作品，直接進行分享與點評非常方便。通過展示交流環節，學生可以充分開展討論，互通有無，與其他人共享自己的觀點，在觀點碰撞過程生成思維創新的火花。

三、基于智慧課堂實現教學評一體化

高中信息技術課程標準指出，注重“教學評”一體化設計，充分利用多種評價方式，為學生提供科學的評價，讓學生感到學習后的提高。同時要注意教學和學習都是為了滿足學生個性化學習需要，要與評價相統一。

（一）運用智慧課堂精講精練

有學者提出中小學要切實減輕學生的課業負擔、滿足學生個性化的學習需求，加強促進學生基礎發展與滿足個性需求之間的協調。要想真正地做到高效學習，就要提高練習的設計質量，做到精準練習。教師要設計有效的、高質量的練習，可以嘗試把課后練習轉為智慧課堂中的隨堂練習，當堂反饋。如制作智能澆花系統項目，可以用課程現場評價的方法進行考評。

設計高質量的智慧課堂練習需要分清類型。人工智能智慧課堂練習有三種類型，分別是基礎性練習、目標性練習和拓展性練習。在練習設計時要考慮多方面的因素：一要依據教委下發的課程設計標準，根據課程標準確定單元教學內容，包括內容框架、目標、課時分解、學情分析、練習目標、練習類型、如何使用（如何布置、預估時長……）等；還要依標據本，精準設計練習的任務和內容，實現教、學、評三位一體。二要確定練習框架，分層設置練習任務；要定練習目標，堅持練習目標導向。三要定練習內容，靈活處置課后練習；同時要定練習評價，評價方式盡量做到靈活多樣。另外，在評價方式上，要注意表現性評價、過程性評價和發展性評價相結合，采取多樣化的評價方法，讓每個同學都能在智慧課堂上感受到練習的快樂，同時還要注意評價時間全程化，對每個練習過程中都要注意留心觀察，捕捉學生的每一點用心之處；最后要注意評價主體多元化，從多個維度去評價學生取得的成長和進步?？梢哉f，智慧課堂在實際的教學中發揮了極其重要的作用。

（二）運用智慧課堂對學生進行學習路徑分析和學習規律挖掘

黃榮懷教授認為，“從與教學行為相關的應用和領域中獲取數據”[3]。學生使用智慧平臺完成練習的時候，平臺記錄了每位學生的完整學習過程，從學習過程中可以看到每位學生的學習路徑。學生的學習路徑分為正確學習路徑和錯誤學習路徑，如何幫助學生從錯誤學習路徑中走出來？這里面蘊含了知識節點理論。往往一名學生在理解某部分知識時存在一些誤差，這些誤差經過知識測評，被智慧學習平臺發現給出相應的修改的策略，學生按照修改的建議重新練習，生成正確的學習路徑，順利到達知識的最近發展區，讓學生學到新知識和技能。

（三）運用智慧課堂設計多層次練習，尊重學生的差異性

分層練習不是一個新概念，它是伴隨著新課改落地生根。新課程標準形勢下，如何設計優質高效的智慧課堂練習？應該做到精準練習分層，讓學生根據實際自主選擇。根據學生學習能力的差異，教師進行智慧課堂分層練習設計，讓學生根據自己的學習實際進行自主選擇，從練習中享受獲得感、成就感，學生完成練習的效率會更高。分層練習設計真正做到了以學生為中心，讓學生各取所需。

（四）運用智慧課堂設計趣味性練習，調動學生練習的積極性

教師應該通過認真研讀政策，反復揣摩練習的“質”與“量”關系，設計出了多種新穎、靈活的練習形式，實踐表明，這種方式深受學生喜愛。比如，為了讓學生對練習更感興趣，可以讓他們完成諸如設計思維導圖，或者制作喜歡的程序、處理圖片和視頻等不同層次任務。比起傳統的練習內容，思維導圖、編寫程序、處理圖片和視頻更能調動學生的積極性、主動性、創新性和實效性。

教師將設計好的練習上傳到智慧學習平臺，當即發布隨堂練習，學生可以根據自身情況從三項練習中選擇其一完成。對于部分學生的個性化問題，教師可以很方便地利用智慧學習平臺進行解答，同時這些解答還可以保留在智慧學習平臺，供學生反復觀看。如果有非常難的問題，教師可以提前錄制好微課視頻，發布在智慧學習平臺，供學生反復揣摩觀看，強化他們的學習效果。

（五）借助智慧課堂，建立學生檔案，滿足個性化學習需求

智慧課堂平臺還可用于記錄學生日常學習行為、完成課程練習的次數與正誤率，這些數據可以幫助教師完成對課堂教學設計的調整，促進生成更高效的教學。這不僅可以對學生學習數據進行采集，還可以利用智慧學習平臺進行大數據運算，為學生提供個性化的學習指導和相關學習資源，為教師智慧生成備課資源包、教學設計模板、訓練題集以及優化、適切的教學資源等。

結束語

在高中信息技術新課程標準下，使用智慧課堂對培養人工智能核心素養具有重要意義。智慧課堂具有精準化、個性化、靈活性、創新性等特點，高中信息技術教師應當善于使用智慧課堂這些優點，充分激發學生的學習興趣，為學生創造適合創新的環境，不斷提升教育的育人功能，在善教與樂學良性互動下，積極促進學生人工智能核心素養的提高，讓智慧課堂引領學生全面發展。

參考文獻

[1]黃榮懷，劉夢彧，劉嘉豪，等.智慧教育之“為何”與“何為”：關于智能時代教育的表現性與建構性特征分析[J].電化教育研究，2023，44（1）：5-12，35.

[2]黃榮懷.信息化環境下的課堂教學變革[J].教育與教學研究，2021，35（3）：1-2.

[3]黃榮懷，高博俊，王歡歡，等.基于教學過程感知的行為計算[J].電化教育研究，2020，41（6）：20-26.

本文系中國教育技術協會“十四五”規劃專項課題“人工智能與教育”（課題批準號：XHZXKT2022028）的研究成果。