基于人工智能的可視化編程教學(xué)模式構(gòu)建與應(yīng)用研究

基于人工智能的可視化編程教學(xué)模式構(gòu)建與應(yīng)用研究●基于AI的可視化編程教學(xué)模式構(gòu)建構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論強調(diào)以學(xué)生為中心，學(xué)習(xí)過程不是讓學(xué)生被動地接受知識，而是讓其積極主動地建構(gòu)知識;學(xué)習(xí)不只是知識由外向內(nèi)地轉(zhuǎn)移和傳遞，而是通過新知識經(jīng)驗和原有知識經(jīng)驗的相互作用來充實、豐富和改造自己的知識經(jīng)驗的過程。多元智能理論強調(diào)每個人都有不同的智能強項和優(yōu)勢?；趯@些理論的認識，筆者結(jié)合多次的教學(xué)實踐及反思，審視改進，構(gòu)建了基于AI的可視化編程教學(xué)模式（如圖1）?！窕贏I的可視化編程教學(xué)模式應(yīng)用探索筆者根據(jù)以上教學(xué)模式框架，以AI社團項目“紅燈停綠燈行”為例，對基于AI的可視化編程教學(xué)模式應(yīng)用展開探討。1.情境創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)情境導(dǎo)入是情境教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一。在這一環(huán)節(jié)，教師可以通過呈現(xiàn)AI在生活中的應(yīng)用、AI技術(shù)模擬真實情境、情境對比等方法和手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，啟發(fā)他們積極思考，為學(xué)習(xí)新課做好鋪墊。上課伊始，筆者讓學(xué)生了解AI技術(shù)在智慧交通方面的應(yīng)用（如交通信號燈的控制），接著出示兩張圖片（一張沒有交通信號燈，另一張有交通信號燈）并提問：“這兩張圖片有什么不同？你發(fā)現(xiàn)了什么？”引導(dǎo)學(xué)生對比觀察、現(xiàn)問題，從而引出課題“紅燈停綠燈行”，隨后展示范例作品模擬真實的交通道路情境（如下頁圖2）。2.小組研討，項目設(shè)計在基于AI的編程教學(xué)中，更要注重采取小組研討等教學(xué)方式，以凸顯“以學(xué)生為主體”的思想，引導(dǎo)學(xué)生對“項目”進行必要的分析，理清程序項目的設(shè)計思路，提出關(guān)鍵問題，并以問題為導(dǎo)向聚焦算法設(shè)計，從而培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思維和算法思維。（1）觀察分析。教師運行AI作品，引導(dǎo)學(xué)生觀察、小組研討，分析項目的設(shè)計思路（如下表），小組匯報。（2）提出問題。“提出一個問題比解決一個問題更重要”。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)表1的設(shè)計思路逐一提出對應(yīng)問題：①怎樣設(shè)置變量“時間”？②如何設(shè)計搭建紅燈和綠燈的腳本？紅綠燈如何實現(xiàn)切換？③怎樣設(shè)計搭建腳本實現(xiàn)行人的左右移動？④重點：行人遇紅燈停綠燈行的腳本如何設(shè)計？（3）聚焦算法設(shè)計。算法是解決問題的一系列清晰指令，它代表著用系統(tǒng)的方法描述解決問題的策略機制。它是基于AI的編程教學(xué)的核心和關(guān)鍵。在教學(xué)中，教師要注意借助流程圖或思維導(dǎo)圖，化抽象為直觀，這樣有助于學(xué)生設(shè)計算法、分析算法，從而更好地突破教學(xué)重難點。例如，“紅燈停綠燈行”一課的教學(xué)重點是行人遇紅燈停綠燈行的算法設(shè)計，教師可以先讓學(xué)生描述算法，再引導(dǎo)學(xué)生用流程圖表示（如下頁圖3）。值得注意的是，在算法設(shè)計過程中，還要引導(dǎo)學(xué)生從多角度、多層面去考慮問題，從而實現(xiàn)算法多樣化和算法優(yōu)化。3.自主探究，實踐創(chuàng)新在這個環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)盡量滿足學(xué)生對探究的渴望，靈活運用任務(wù)驅(qū)動、探究性學(xué)習(xí)、分層教學(xué)等教學(xué)方法，放手讓學(xué)生自主探究實踐，在驗證算法的同時進行創(chuàng)意編程設(shè)計，調(diào)動學(xué)生多種多元智能，讓學(xué)生理解AI技術(shù)背后的邏輯和原理，為實現(xiàn)更多的創(chuàng)造奠基，同時培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。本環(huán)節(jié)的具體教學(xué)步驟如下：①學(xué)生導(dǎo)入背景圖片，添加角色“行人”，繪制紅燈和綠燈。②根據(jù)學(xué)生此前提出的四個問題，設(shè)置四個對應(yīng)任務(wù)。③任務(wù)一：設(shè)置變量“時間”;任務(wù)二：紅燈和綠燈的腳本搭建（設(shè)置時間變量實現(xiàn)倒計時，紅綠燈的切換可用廣播指令）;任務(wù)三：用右移鍵和左移鍵控制行人左右行走;任務(wù)四：行人遇紅燈停綠燈行的腳本實現(xiàn)（條件、重復(fù)、廣播等指令的使用）。④學(xué)生結(jié)合算法設(shè)計流程圖，對學(xué)習(xí)任務(wù)進行自主探究、實踐操作，教師巡視指導(dǎo)，并請先完成的學(xué)生當(dāng)小老師。⑤創(chuàng)意編程。在完成基礎(chǔ)功能后，教師提問：還可以對該項目添加怎樣的創(chuàng)意設(shè)計呢？引導(dǎo)學(xué)生說出三種情況——增加行人數(shù)量、增加“黃燈”、改變背景圖，并嘗試編程、操作。4.分享評價，總結(jié)歸納本課的教學(xué)評價可以這樣操作：一是小組內(nèi)先評出優(yōu)秀作品，再對作品進行展示評價。教師提醒學(xué)生在評價過程中要注意學(xué)會傾聽，再引導(dǎo)學(xué)生從AI技術(shù)運用、功能、布局等多個方面來評價他人的作品。二是評價學(xué)生的課堂表現(xiàn)，可以從回答問題情況、學(xué)習(xí)態(tài)度、小組協(xié)作等方面進行評價。三是可以將作品上傳到釘釘群或微信群，課后進行拓展性評價，讓家長也參與進來。對全課進行總結(jié)歸納，有利于梳理知識點，使所學(xué)知識形成網(wǎng)絡(luò)，便于學(xué)生鞏固知識。在本課教學(xué)中，筆者先組織學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)的知識，并嘗試總結(jié)歸納，筆者再做適當(dāng)補充，補充通常采取提問的形式，如：本課節(jié)主要學(xué)習(xí)了哪些知識點？關(guān)于人工智能作品創(chuàng)作你還有哪些想法？5.拓展項目，布置作業(yè)考慮到學(xué)生對人工智能方面的知識知道較少，筆者特意拓展了一些課外內(nèi)容，如播放關(guān)于人工智能改變生活的視頻，視頻中呈現(xiàn)了無人架駛、語音識別、掌紋識別等AI技術(shù)，以拓展學(xué)生思維和視野，激發(fā)他們后續(xù)創(chuàng)作AI作品的興趣和熱情。另外，筆者還設(shè)計了“有彈性”的作業(yè)，以滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需要：未完成本項目創(chuàng)作的學(xué)生，可選擇第一題（將項目“紅燈停綠燈行”進一步完善）;已完成的學(xué)生，可從余下兩道題中任選一題（①可視化編程演示人工智能案例，實現(xiàn)汽車自動駕駛前行;可視化編程實現(xiàn)人臉識別）。筆者還提醒學(xué)生將作業(yè)上傳到“AI社團釘釘群”，如創(chuàng)作過程中遇到困難也可以在群中交流討論。教學(xué)實踐證明，構(gòu)建合理的基于AI的可視化編程教學(xué)模式，有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，調(diào)動學(xué)生多元智能，實現(xiàn)AI技術(shù)在可視化編程課堂中的有效融入，從而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和綜合能力。值得一提的是，在運用該教學(xué)模式進行教學(xué)時，教師要注意課前的學(xué)情分