彭蓉霞

（廈門雙十中學海滄附屬學校，福建 廈門 361026）

一、研究背景

人工智能作為發(fā)展迅速的新興技術，被納入國家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中。人工智能同各行業(yè)的融合，深刻地改變了人們的生活方式，影響著未來的經濟發(fā)展模式以及國際市場競爭力。國務院于2017年印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出：實施全民智能教育項目，在中小學設置人工智能相關課程。2018年，教育部發(fā)布的《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》中，也要求構建人工智能多層教育體系，在中小學階段引入人工智能普及教育。如果學生在人工智能學科學習中只進行淺層探究，則不能形成人工智能學科知識體系，更不會應用人工智能技術解決生活問題，進而影響整體教學質量。因此，進行深度學習對于提升人工智能學科素養(yǎng)有著重要的意義，如何促進人工智能學科深度學習成為廣大教師所面臨的問題和挑戰(zhàn)。

二、深度學習與5E教學法概述

深度學習指在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學習主題，全身心參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程。隨著國家教育教學體系的完善，各類教學工作也正在不斷的改革創(chuàng)新，在這種形勢下，深度學習方法也受到了許多教育工作者的關注，深度學習通常是與淺層次學習進行對比的。相比于普通的學習方法，深度學習更注重培養(yǎng)學生的各項能力，讓學生能夠在學習過程中掌握更多解決問題的方法，通過創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，讓學生快速實現(xiàn)課程目標，完成學科深度化建設，提升整體的教學質量，真正展現(xiàn)課程深度學習的優(yōu)勢，培養(yǎng)學生良好的學習觀念。經過深度學習，學生的人工智能核心素養(yǎng)得到提升，對人工智能概念運行及未來發(fā)展有更深層次的把握，最終發(fā)展成為人工智能領域的專業(yè)人才，既能獨立思考、學會理解和批判，又能謙遜團結，為未來利用人工智能獲得經濟新增長點，為促進經濟發(fā)展和社會進步貢獻力量。

20世紀80年代美國教育學界貝爾提出5E 教學法，將教學過程分為吸引（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、拓展（Extend）以及評價（Evaluate）五個階段，該種教學理念強調要發(fā)揮學生在學習中的主體性作用，讓學生學會自主學習。這種教學方法強調以教師為課堂的引導者，學生為課堂的主體，這與學生深度學習的思想非常相似。因此在5E 教學模式中對深度學習的策略進行探討是非常必要的，如果能夠將二者的教學理念相互融合，實現(xiàn)更加全面的教學規(guī)劃，就能進一步推動教育事業(yè)的發(fā)展，讓更多教師擁有明確的教學方向，完善自身的教學規(guī)劃。教師扮演引導者的角色，學生在自主探究中建構人工智能的框架體系，并通過創(chuàng)造性的思維，對已有的知識進行綜合利用，這也是人工智能深度學習所要達成的目標。

三、基于5E 教學模式促進學生深度學習的策略

在初中人工智能教學實踐中，筆者嘗試以5E 教學模式來促進學生的深度學習。下面以《智能語音燈》為例，分享基于5E 教學模式促進初中人工智能學科深度學習的策略。

1.吸引階段，創(chuàng)設問題情境

此環(huán)節(jié)通過創(chuàng)設問題情境激發(fā)學生學習人工智能的積極性和興趣。問題情境除了應與課程內容和教學任務緊密聯(lián)系，還應貼切學生的真實生活，讓學生對人工智能和生活之間有更加深入的體驗，逐步挖掘生活中可以利用人工智能予以完善的細節(jié)。所以在人工智能學科教學中，要基于生活情境，引入現(xiàn)實問題，引發(fā)學生思考，激發(fā)學生的探知欲望，讓學生在課堂中通過合作探究嘗試解決情境中的問題，主動建構知識。在這個教學階段，主要的教學任務是激發(fā)學生的探索欲望，讓學生能夠產生學習的興趣。因此，以創(chuàng)設問題情境來開展教學工作是非常有必要的。教師作為課堂的引導者，應當利用現(xiàn)有的科技手段讓學生感受到屬于該節(jié)課堂獨特的教學氛圍，對于所要學習內容的背景有充分的了解，獲得直觀感受，對于學習和探索產生初步的主觀愿望，這是學習活動所產生的必需的情感要素。圖片、視頻等影音資料具有直觀的特點，恰好滿足了這一情感需求?？梢岳枚嗝襟w設備播放與課程內容相關的影音資料，讓學生在觀看中了解人工智能給生活帶來的影響，讓他們通過人工智能的相關知識構建一個完整的未來環(huán)境，讓學生通過扮演環(huán)境中的人物，讓自己置身于未來人工智能環(huán)境之中，感受人工智能給生活帶來的影響，真正吸引學生對人工智能的探索欲望。課程的教學情景可以通過教學的不同內容進行設立。學生作為情景中的主體，充分調動他們的主觀能動性，展現(xiàn)自己的探索欲望，讓他們在學習過程中提升自身的創(chuàng)新思維，主動了解更多的與課程相關的知識。

以《智能語音燈》為例，筆者創(chuàng)設了以下情境：到睡覺時間了，博懷同學已經把臥室的燈關掉了并躺在了床上，這時他發(fā)現(xiàn)客廳的燈還沒有關，但是又不想起床去關……對于學生來說，這是一個相對熟悉的生活場景。基于此生活情境教師向學生提問：你們能幫助博懷同學解決這個難題嗎？因為此問題貼近學生的生活，學生十分熟悉，并具有解決問題的主觀愿望，因此充滿了學習興趣與探究欲望。大家紛紛舉手，提出了自己的解決方案，并能夠產生思維的碰撞。課堂上學生的參與率高，氣氛活躍，大大激發(fā)了學生深度學習的內在動力。教師也可以根據(jù)課本中的內容為學生講解智能語音燈的使用方法，讓學生再次模擬情境，體會智能語音燈給他們帶來的便利。這種教學方法不僅能夠深度挖掘學生的探索欲望，還可以利用課程的內容吸引學生的注意力，通過問題情境的創(chuàng)設，讓學生產生學習的欲望，能夠深入學習。

2.探究階段，巧設問題驅動

深度學習的過程就是學生自主探究解決問題的過程。此階段教師利用問題探究法，給學生設置挑戰(zhàn)性的問題，讓學生自主合作、主動探究去解決問題，在做中學，主動獲得知識，培養(yǎng)學生的高階思維，提升解決問題的能力，達到深度學習的目的。

《智能語音燈》一課中，通過吸引階段確定了本節(jié)課的學習項目是制作智能語音燈。在前面幾節(jié)課中學生已經基本掌握了利用App Inventor 開發(fā)手機軟件的方法；了解了UKit Explore 主板及UCode 編程軟件，通過編程來控制主板上的RGB 燈。本節(jié)課是第一次將App Inventor 與硬件結合來創(chuàng)作人工智能作品。筆者將本節(jié)課的教學內容化作了四個問題：一、怎樣讓手機與主板進行通信？二、怎樣利用手機識別我們輸入的語音？三、手機語音識別后如何向主板發(fā)送指令？四、主板如何接收指令？以這四個問題驅動學生的探究活動，為了讓學生能夠完成探究任務，筆者進行了相應的引導：在問題一的探究中，筆者向學生介紹藍牙技術、藍牙硬件以及藍牙客戶端組件的功能和常用代碼塊，引導學生編寫一個藍牙連接程序，實現(xiàn)手機與主板的通信，為后續(xù)項目的制作打下基礎。此外，為了照顧不同層次的學生，筆者還制作了導學案和微課進行輔助。

3.解釋階段，開展組間交流

在上一階段中，學生通過探究獲得了新知，并應用了自己的方法去解決問題。當然也有同學在探究的過程中未能完成探究任務。在此階段中，教師組織小組展示作品，并解釋方法與步驟。對于尚未完成任務的小組，也可上臺說出所遇到的問題，其他小組給出合理化建議。這樣不僅鍛煉了學生的表達能力，還能讓學生在比較、歸納、整理的過程中發(fā)展高階思維能力，從而提升學生自主構建知識的能力，獲得人工智能深度學習的體驗。通常教師會在教學過程中設立疑問，讓學生進行主動探索，這種教學方法能夠有效地激發(fā)學生的探索興趣。在這個階段，學生接受知識的能力是最強的，教師應當在合適的時間組織學生進行組間交流活動，讓學生進行深度的思考，嘗試用自己的方法解決問題，盡量讓學生通過自己的努力探討問題的結果。在學生遇到問題時，教師可以暫停學生討論而進行集中講解，讓學生能夠了解到更多的信息，學習解決問題的方法，彼此配合共同解決疑問，提升學生的課堂參與感。

以《智能語音燈》為例，筆者先讓完成“智能語音燈”項目的小組展示作品，并將其程序同屏至所有計算機，派一位代表解釋程序設計的思路，在解決探究問題時，分別應用了什么硬件以及哪些組件與代碼塊。同時，其他小組也可以提出質疑，比如有個小組提出：由于人們普通話不標準或者語音識別不準確時，把“關”識別成了“觀”“光”“官”，難道還要再次輸入一遍語音嗎？此時，教師先讓學生發(fā)表他們的想法，將學生闡述不同的觀點進行梳理歸納，對于有代表性的觀點進行分析，然后再總結歸納解決方案：創(chuàng)建一個列表容納所有的同音字。接著，再讓未完成項目的小組說出所碰到的問題，其他小組提建議共同幫助解決。最后根據(jù)小組及教師的建議，再動手實踐完善項目。

4.拓展階段，延伸問題情境

拓展階段主要讓學生運用所學人工智能技術去分析與解決不同情境下的問題，完成對人工智能知識的遷移。在學生完成探究階段任務的基礎上，基于現(xiàn)實生活延伸問題情境，引導學生利用所學人工智能知識解決新的問題，提升學生的問題解決能力與知識遷移能力，為深度學習打下更為堅實的基礎。

以《智能語音燈》為例，筆者在學生已經掌握了APP Inventor 與主板的通信原理，并能利用語音來控制主板燈的開關以后，基于生活實際提出問題：在現(xiàn)實生活中，我們不僅想要控制燈的開關，還想控制燈的亮度，請為智能語音燈添加能夠控制亮度的功能。如向APP 輸入語音“亮一點”“暗一點”“亮度調到30”來控制燈的亮度。甚至可以請各組同學提出延伸問題，進一步拓寬學生思維。

5.評價階段，持續(xù)多元評價

教學評價是檢驗教學成果和學生接受情況的重要方式。對學生學習進展進行及時評估。這也是5E 教學模式中的關鍵環(huán)節(jié)。評價應貫穿到課堂教學的全流程中。教師在評價的過程中需要更加重視學生在課堂中所表現(xiàn)出來的學習態(tài)度、創(chuàng)新性思維和批判性思維以及分析與解決問題的能力，在課堂中滿足學生的自尊、認識和理解、自我實現(xiàn)的心理需求。

以“智能語音燈”為例，在小組展示作品時，先讓學生自評，闡述本組作品的功能與創(chuàng)新之處，再讓其他小組的學生評價此組作品的優(yōu)缺點以及提出建議，對于準確的評價，要予以表揚與肯定，不準確的評價予以客觀的分析與點撥。在解釋環(huán)節(jié)中，有一小組在講解“手機語音識別后如何向主板發(fā)送指令”這一探究任務時，用到的不是教師導學案和微課所提供的“調用藍牙客戶端發(fā)送單字節(jié)數(shù)字”的方法，而是“調用藍牙客戶端發(fā)送文本”的方法。此時，筆者肯定了此小組的創(chuàng)新方法與勇于探究的精神，并在“班級優(yōu)化大師”平臺獎勵給他們“創(chuàng)新小天才”與“勇于探究”的徽章。

5E 教學模式作為比較成熟的教學方法已經被諸多的學者和教師所接受，并將其應用于主流學科（如，語文、數(shù)學、英語等），促進學生深度學習與探究，目前已被證實取得了一定的成效。然而，人工智能作為中小學的新興學科，融合5E 教學模式的人工智能學科內容，以此促進學生深度學習的教學策略研究就顯得尤為重要。筆者在人工智能學科的教學實踐中，采用5E 教學模式的優(yōu)化策略路徑、吸引階段，創(chuàng)設問題情境；探究階段，巧設問題驅動；解釋階段，開展組間交流；拓展階段，延伸問題情境；評價階段，持續(xù)多元評價，旨在促進學生的深度學習效果，激發(fā)學生學習人工智能的興趣，促使學生主動建構人工智能學科的知識體系，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力、問題解決能力、知識遷移能力、批判性思維能力，提升學生的人工智能核心素養(yǎng)，成為國家利用人工智能獲得經濟新的增長點，為促進經濟發(fā)展和社會進步貢獻力量。