【摘 要】本文將5E教學(xué)法運(yùn)用于人工智能教育教學(xué)中，以地方區(qū)域性人工智能課程“空氣吉他”為例，創(chuàng)新設(shè)計(jì)“參與、探究、解釋、說明、評(píng)價(jià)”5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，闡述了使用5E教學(xué)法設(shè)計(jì)人工智能教育活動(dòng)與實(shí)施策略，以期為中小學(xué)人工智能教育普及提供經(jīng)驗(yàn)參考。

【關(guān)鍵詞】5E教學(xué)法；人工智能教育；活動(dòng)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【論文編號(hào)】1671-7384（2024）011-069-02

人工智能時(shí)代的到來推動(dòng)了基礎(chǔ)教育的新變革。近年來，為支持學(xué)生更好地適應(yīng)人工智能時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)從頂層設(shè)計(jì)層面進(jìn)行多項(xiàng)部署：2017年，國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，要在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程；2020年，教育部印發(fā)《2020年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)推進(jìn)編程等人工智能課程在中小學(xué)校的普及與應(yīng)用，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。遺憾的是，囿于跨學(xué)科與強(qiáng)實(shí)踐的特點(diǎn)，人工智能課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)遭遇挑戰(zhàn)，人工智能教育實(shí)踐面臨落地困難。針對(duì)這一問題，本文將5E教學(xué)法運(yùn)用于人工智能教育教學(xué)中，闡述了使用5E教學(xué)法設(shè)計(jì)人工智能教育活動(dòng)與實(shí)施策略，以期為中小學(xué)人工智能教育普及提供經(jīng)驗(yàn)參考。

5E教學(xué)法與人工智能核心素養(yǎng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)

5E教學(xué)法是建構(gòu)主義的代表性教學(xué)模式之一，包括參與（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、說明（Elaboration）以及評(píng)價(jià)（Evaluation）。因其五個(gè)階段名稱均以字母E開頭，故稱“5E教學(xué)法”[1]。5E教學(xué)法關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，通過真實(shí)問題情景引入激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過探究實(shí)踐引導(dǎo)學(xué)生建立學(xué)習(xí)概念、構(gòu)建知識(shí)圖譜進(jìn)而解決實(shí)際問題。5E教學(xué)法有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判思維與創(chuàng)新能力，現(xiàn)廣泛運(yùn)用于科學(xué)教育、跨學(xué)科教育等領(lǐng)域。

人工智能核心素養(yǎng)主要包括通識(shí)技能、高階思維、協(xié)同創(chuàng)新和社會(huì)責(zé)任等方面。在5E教學(xué)法中，參與環(huán)節(jié)為課程提供真實(shí)問題與場(chǎng)景；探究環(huán)節(jié)是知識(shí)建構(gòu)的過程，幫助學(xué)生自主理解通識(shí)技能；解釋環(huán)節(jié)既有理論又重實(shí)踐，是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生通過實(shí)踐中的問題解決從而提升高階思維；說明環(huán)節(jié)是在前述基礎(chǔ)上進(jìn)行深化拓展與協(xié)同創(chuàng)新，具有跨學(xué)科和強(qiáng)實(shí)踐的特性；評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)是對(duì)學(xué)習(xí)過程的回顧與思考，學(xué)生在此環(huán)節(jié)內(nèi)化人工智能社會(huì)責(zé)任。五個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，與人工智能核心素養(yǎng)存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)，適合作為人工智能教育課程的教學(xué)方法。

“空氣吉他”的教學(xué)分析與設(shè)計(jì)

1.教學(xué)分析

“空氣吉他”是筆者所在區(qū)域的地方人工智能教育課程七年級(jí)“AI超級(jí)工程師”中的第四課。該課程參考《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》和《中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本目錄》中人工智能模塊相關(guān)要求[2]，以u(píng)Kit Explore套件及uCode編程軟件為載體，通過“生活藝術(shù)家、農(nóng)業(yè)前行者、工業(yè)制造家”等主題，讓學(xué)生從日常生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域?qū)W習(xí)人工智能技術(shù)原理并實(shí)踐創(chuàng)作人工智能作品。

“空氣吉他”一課通過搭建制作，提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力；通過編程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的人工智能思維；通過創(chuàng)新拓展，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力及人工智能素養(yǎng)。其教學(xué)目標(biāo)可歸納為如下三點(diǎn)：了解超聲波傳感器的工作原理和應(yīng)用、掌握編程中條件語句的使用場(chǎng)景與方法、運(yùn)用所學(xué)人工智能知識(shí)創(chuàng)新制作空氣吉他。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）參與：激趣導(dǎo)入，激發(fā)參與。參與是5E教學(xué)法的起點(diǎn)，是學(xué)生參與課堂互動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在正式教學(xué)前，教師要精心設(shè)計(jì)問題情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。問題情境的選擇一方面要源自真實(shí)生活與真實(shí)問題，選擇學(xué)生喜聞樂見的事物；另一方面也應(yīng)提供開放的問題解決路徑，盡可能給學(xué)生留足想象力和創(chuàng)造力的空間。課堂伊始，教師可引導(dǎo)學(xué)生自主組建“學(xué)習(xí)共同體”（即學(xué)習(xí)小組），隨后播放激光吉他等視頻，有條件的還可讓學(xué)生體驗(yàn)激光鍵盤，在活躍課堂氣氛的同時(shí)逐步引導(dǎo)學(xué)生思考激光吉他（鍵盤）和傳統(tǒng)吉他（鍵盤）的異同，逐漸引導(dǎo)出本節(jié)課的主題“空氣吉他”，表明其原理均是用光線代替弦線。在環(huán)節(jié)結(jié)束部分，教師要拋出“能否制作一把空氣吉他”的問題，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與的興趣。

（2）探究：新知探究，知識(shí)建構(gòu)。學(xué)生對(duì)于新概念、新知識(shí)、新方法的認(rèn)知均在此環(huán)節(jié)完成。此環(huán)節(jié)需要讓學(xué)生通過觀察分析，建立起知識(shí)間的聯(lián)系，建構(gòu)起課程知識(shí)架構(gòu)，以便后續(xù)能夠?qū)⒅R(shí)內(nèi)化吸收，外顯于作品之中。探究環(huán)節(jié)的重點(diǎn)是讓學(xué)生了解超聲波傳感器的工作原理。在此過程中，教師可先讓學(xué)生與生成式人工智能互動(dòng)，了解超聲波傳感器的測(cè)距原理；隨后引導(dǎo)學(xué)生撥動(dòng)傳統(tǒng)琴弦，記錄不同的距離所產(chǎn)生的不同音調(diào)，小組合作探究超聲波傳感器不同距離與音調(diào)的關(guān)系，通過不斷地記錄與驗(yàn)證，深化學(xué)生對(duì)于超聲波傳感器的理解與認(rèn)識(shí)。

（3）解釋：原型制作，知識(shí)轉(zhuǎn)化。解釋環(huán)節(jié)是5E教學(xué)法的核心環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)教學(xué)中，解釋環(huán)節(jié)主要是知識(shí)輸出的過程，學(xué)生將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)知再次表達(dá)出來。而在人工智能教育中，此環(huán)節(jié)更多是通過人工智能作品等方式呈現(xiàn)，作品的完成不僅需要學(xué)生對(duì)新知進(jìn)行轉(zhuǎn)化，更是對(duì)學(xué)生合作能力、實(shí)踐能力的考驗(yàn)。在小組制作過程中，教師可通過原型設(shè)計(jì)圖、流程圖、分工表等方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)。學(xué)生通過項(xiàng)目計(jì)劃書自主探究條件語句的使用方法，結(jié)合超聲波傳感器和蜂鳴器等硬件編寫程序，實(shí)現(xiàn)空氣吉他的演示效果。有條件的學(xué)校還可讓學(xué)生對(duì)比生成式人工智能提供的思路，迭代優(yōu)化完成空氣吉他的制作。

（4）說明：思維拓展，遷移創(chuàng)新。說明環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)的延伸環(huán)節(jié)。在人工智能教育中，此環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生人工智能思維、提升人工智能素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其能夠讓學(xué)生發(fā)散思維，綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)，思考解決方案，創(chuàng)新設(shè)計(jì)人工智能作品。此環(huán)節(jié)既是對(duì)作品的深入理解與創(chuàng)新，也是對(duì)自身學(xué)習(xí)過程的梳理與反思。通過作品的原型制作（解釋環(huán)節(jié)）到遷移創(chuàng)新（說明環(huán)節(jié)）這一螺旋式上升過程，學(xué)生的人工智能思維與素養(yǎng)得以真正提高。教師可鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮想象力，進(jìn)行知識(shí)遠(yuǎn)遷移與成果微創(chuàng)新，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行作品外觀再設(shè)計(jì)、核心功能再創(chuàng)新。

（5）評(píng)價(jià)：作品展示，多元評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)是結(jié)束環(huán)節(jié)，包括教師評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)、組內(nèi)評(píng)價(jià)和小組互評(píng)等多種方式，不僅注重學(xué)習(xí)結(jié)果，更注重學(xué)生的參與過程。需要說明的是，人工智能課程的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)不是對(duì)知識(shí)的檢驗(yàn)，而是對(duì)創(chuàng)意作品（說明環(huán)節(jié)）的全方位展示。學(xué)生根據(jù)評(píng)價(jià)量規(guī)（作品創(chuàng)意、制作過程、問題解決方案及作品價(jià)值等方面），合作制作作品“說明書”，通過思維導(dǎo)圖、演示文稿、實(shí)物演示等多種方式，展示小組從創(chuàng)意萌芽到問題解決，再到迭代修改，最后完成創(chuàng)新作品的全過程。教師組織學(xué)生有序進(jìn)行組內(nèi)自評(píng)、小組互評(píng)。此舉既可以檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，全方位提升學(xué)生的人工智能素養(yǎng)與實(shí)踐創(chuàng)新能力。

小 結(jié)

基于5E教學(xué)法的人工智能教育各教學(xué)環(huán)節(jié)及教學(xué)活動(dòng)并非相互割裂，而是有機(jī)融合、協(xié)同關(guān)聯(lián)，共同促進(jìn)學(xué)生在人工智能領(lǐng)域的知識(shí)、思維、能力、素養(yǎng)的長(zhǎng)足發(fā)展。人工智能課程對(duì)教師而言有兩方面的挑戰(zhàn)：一是對(duì)教師的人工智能素養(yǎng)提出了挑戰(zhàn)，面對(duì)學(xué)生的創(chuàng)意想法以及飛速發(fā)展的人工智能新技術(shù)，教師如何引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決人工智能問題，自身如何跟上人工智能的教育熱潮，都是需要思考的問題；二是人工智能課程對(duì)教師的教學(xué)能力亦提出了更高的要求，如何把握課堂整體節(jié)奏，高質(zhì)量地完成教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，亦是人工智能課程教師需要長(zhǎng)期探索的課題。

參考文獻(xiàn)

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