图形化编程在小学人工智能教育中的教学策略研究

图形化编程在小学人工智能教育中的教学策略研究

钟炀柯

深圳市坪山区坪山中心小学   13824332657

【摘要】在人工智能信息科技勃发展的时代背景下,对少年儿童程序设计能力的训练正成为社会新的广泛关注的焦点,并呈低龄化趋势，图形化编程设计相对于指令型编程设计更容易,将是开展青少年新一代人工智能程序设计教学有着重要的意义。本文重在阐述人工智能教育现状、图形化编程的特点和图形化编程在小学人工智能教育中的教学策略研究。

【关键词】人工智能教育图形化编程教学策略

一、人工智能教育的现状

在政策层面，教育部制定了《2019年教育信息化和网络安全工作要点》,为了深入贯彻实施教育部《中国教育现代化 2035》、《教育信息化2.0 行动计划》等重大实施方案,提出将启动全国中小学信息科技素质评估管理工作,并将引导在全国中小学校各个阶段设有人工智能的有关学科,同时逐步推广程序设计教学方法,并将把计算机技术融入教学实践课程之中，将信息科技和人工智能在小学普及推广。目前，中小学学校积极在开发人工智能课程，促使学生乐于进行相关的理论探索和动手实践，引导学生重视智能技术所带来的社会伦理与道德等问题，最终帮助学生适应未来的智能化学习与生活方式。在当前中小学人工智能课程的教学设计中，可以将“机器人”“编程”等作为基本工具，以“创意设计”“作品开发”等为补充形式。

二、图形化编程的特点

图形化编程是一种全新的程序设计语言，适用于六岁以上孩子的认知水平，孩子用它可以轻松地创造交互式故事情节、动画、游戏，还可以把自己的作品分享给所有人。从专业的角度上，我们把图形化编程解释为一款可以制作动画、游戏、工具的编程语言，类似一款游戏。孩子即使不认识英文单词，也不会使用键盘，也能够通过类似搭积木的方式轻松地完成编程，避开了代码编程复杂的语法，却完美地保留了编程思维。

三、图形化编程在小学人工智能教育中的教学策略研究

图形化编程是小学人工智能教育的重要组成部分。小学阶段主要是通过让学生发现学习和生活中的人工智能，体验人工智能为我们的学习和生活带来的改变，激发学生的学习兴趣，培养学习动机。

（一）情境创设，激趣导入

在信息科技课堂教学中一般采用的情境创设的方法有：生活情境、问题情境、社会情境、一个人、一个物品、一个场所、一句话等等都可以基于实际的需要来作为情境，让学生去体验，在体验中激发兴趣，引发高阶思维，促进真实学习的发生。

如“小瓢虫找妈妈”一课中，通过《小蝌蚪找妈妈》这个故事动画引入，今天我们一起来重温一下吧！小蝌蚪终于找到妈妈了，它们开心极了。可是森林里的小瓢虫不开心了，因为它们也和妈妈走散了，正在焦急的找妈妈呢，激发学生的创作热情，帮小瓢虫找妈妈。同时，授课老师让学生自己去设计故事情节和找妈妈的解决方法，锻炼学生的创作设计能力。

（二）通识学习，融会贯通

通识学习是能培养学生独立思考和将各学科知识融会贯通的能力。在建立知识构建时，授课老师在安排学习任务之前先给学生的学习资源（微课、导学单等），以生活中的实际应用为依托，灵活利用流程图对编程中的相关知识进行解释，有利于学生建立新、旧知识的联系，从而对新学习的内容起固定、吸收作用，更好地指导实践和创作。

在“小瓢虫找妈妈”一课中，授课老师通过使用微视频让学生初步掌握侦测到角色模块与多分支条件判断模块的使用方法，分别解释视觉识别技术和图像识别技术，并用生活中常见的例子加以说明，如微信扫码付款、人脸识别登陆软件等。

（三）深度学习，发现问题

当学生能在课堂中深度学习，学生在学习程序设计中，会自觉反思学习程序设计中的问题，并随着思考的逐渐深入，学生学习程序设计的基础知识上形成抽象概念，其后对抽象概念加以测试，了解其运作方式，这种测试是通过主动实践，会使学生重新回归具体体验，自我的浸入式学习。

在“小瓢虫找妈妈”一课中，同学们发现小瓢虫不能沿着着轨迹行走的问题。

通过教师提供的微课视频和小组讨论后得出解决方案:当它没有碰到轨迹时，旋转一定角度向轨迹靠近，当它碰到轨迹时，反方向旋转远离轨迹并行走一定距离。这样循环下去，小瓢虫就能一直沿着轨迹行走了。

请同学自主试验一下编写程序,授课老师已经中有已准备好的2个程序脚本，一是“小瓢虫贴线走的程序”，二是“小瓢虫贴线走并遇到妈妈停止运动的程序”。

（四）任务驱动，知识内化

学生对视觉识别技术和图像识别技术很陌生，还不理解如何在实际问题中应用。老师设置任务关卡，任务由易到难，从学会分析角色的动作，到理顺脚本设计思路，最后掌握多分支与单分支条件判断结构的使用。老师鼓励学生大胆动手去尝试，学生结合编程语句中的变量积木块、条件语句积木块，从直观上和操作上感知具体步骤，从而获得直接经验并内化成知识，达到培养创新精神和实践能力的目的。

在“小瓢虫找妈妈”一课中，以任务驱动教学法促使学生自主学习并解决问题。首先学会分析角色动作，小瓢虫在脚本运行的过程中，角色需要沿着瓢虫妈妈的轨迹以及角色大小发生了变化。然后“碰到角色”条件判断和“碰到颜色”利用条件判断把积木块拼合在一起。最后反复测试程序是否实现了预定的目标。当同学们操作过程中遇到了困难，老师要及时反馈，鼓励学生跟小组成员进行合作，也可以寻求老师指导。

（五）扩展思维，创意编程

扩展思维，简单来说就是举一反三、触类旁通；它的核心目标是提升我们思维的广度，也就是让我们的知识树变得更加开阔；具备了这样的知识后才能发现要解决的同类型事情一起解决。

在“小瓢虫找妈妈”一课中，主要利用了人工智能中视觉识别技术和图像识别技术，老师可以引导学生进行讨论，这些技术还能为生活中那些事情提供便利。通过小组合作，让学生在讨论中发生思维碰撞，合力解决问题。有的小组创作了“无人驾驶玩具车”，有的小组创作了“神舟飞船”，有的小组创作了“小蝌蚪找妈妈”。小组间进行展示成果，组间相互点评和交流学习，提高学生的表达能力，培养学生的信息素养和创新思维。

（六）智能评价

教育的本质是“因材施教”,而“因材”指的是对学生进行综合评价,从而实现个性化的“施教”。但是,传统的教育评价因其形式单一、内容静态,难以对学生进行全过程、全要素的测评,无法胜任教育的“起点”与“终点”的功能。近年来,人工智能的发展为教育评价提供全新的解决方案。例如,人工智能对高维、海量教育数据的处理能力可以清楚地描述学生掌握的知识图谱;对学习过程的无缝分析可以细致地描述学生的学习过程。

在“小瓢虫找妈妈”一课中，将技术融入教学，推进学习方式的变革。学校得到“醍摩豆”智慧教室系统的技术支撑，该系统共有课堂教学服务、评量服务、诊断服务、补服务等四大子系统，组成了学生课堂学习的数字化环境。在 Hiteach TBI智慧教室环境下，针对分组教学的形式，为群组教室学生配置个人IRS反馈器与小组平板电脑。借助IRS反馈器，教师能够即时掌握每位孩子的学情特点，并对本节学生掌握较好的同学进行表扬，提高学生学习的兴趣。

五、结语

为了让学生能够更好地适应社会发展，培养小学生的计算思维、创新思维等信息时代的基本素养。通过信息科技课堂进行编程教学，从人工智能基础知识教学入手，了解前沿领域发展情况，进行人工智能启蒙教育；让每个学生学会与智能工具打交道，体验日常生活中的人工智能产品；分学段实施不同层次的编程教学，学习用编程解决实际问题。

参考文献

[1]卢宇、汤筱玙、宋佳宸、余胜泉.智能时代的中小学人工智能教育：总体定位与核心内容领域,《中国远程教育》[J],2021-12-05

[2]吕红军、荆倩倩.中小学开展人工智能教育的现状及改进建议,《现代教育》；2019-01-20