融入人工智能创客教育，激活物理课程活力

熊庆龙

摘 要：人工智能是当前最具战略性挑战性的前沿技术领域，国务院已印发了《新一代人工智能发展规划》，人工智能上升到了国家战略，将影响未来社会的发展。目前物理课程教学活动中，不重视动手能力和创新能力的培养，造成学生兴趣低落、能力不足等，不利于学生适应未来社会的竞争。以全纳教育、可持续发展、创新应用能力培养等理念为引导，提出融入人工智能创客教育，激活物理课程活力的做法，对培养学生创新应用能力作有益的探索和交流。

关键词：人工智能;创客教育;物理课程;提升活力;创新能力

一、问题的提出

人工智能被认为是当前最具战略性挑战性的前沿技术领域，2017年7月20日，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》，人工智能上升到了国家战略，其顶层设计框架搭建已完成，将影响到未来社会的发展。目前人工智能已经逐步应用到各个领域，未来社会需要培养熟悉人工智能应用技术的创新型人才。从国内外形势来看，各国均在积极培养面向未来竞争的人才，其中人工智能应用、创客创新能力等尤其热门，AI、AR、VR等技术已经不断普及，国内外青少年人工智能和创客大赛等频频开展，多姿多彩。

目前中学物理课程的教学活动中，仍以灌输知识和题海战术为主，重知识、轻能力，不重视动手能力和创新能力的培养，造成学生兴趣低落、能力不足等，物理课程的活力不足。普遍来看，适应未来发展的人工智能创客教育，在物理课堂内外更是开展甚少，这对学生适应未来社会工作、学习、生活中的竞争是不利的。

近年来，笔者以全纳教育、可持续发展、创新应用能力培养等理念为引导，在物理课堂和课外人工智能与创客教育的教学指导实践中，积累了一些有效做法，提出利用微课，在物理课程中融入人工智能创客教育，从而激活物理课程的活力，达到促进学生个性化学习和创新应用能力发展的效果。

二、物理课程融合人工智能创客教育的基本策略

（一）做好家校和社区协同教育的工作

该项教育活动，需要家长的大力支持和充分挖掘利用社区的相关资源，所以要先做好“三件事”，一是通过讲座、微信群等，向师生、家长分析介绍未来的“变”，对大家统一认识和更新理念，构建适应未来发展的正确育人观。二是充分挖掘利用学校和社区的人才、平台、信息、人脉等资源，选准方向，搭建有效的特色办学育人途径。三是抓准人工智能创客教育发展的新方向，设计制定可行的物理课堂及课外延伸的创新育人方案等。

（二）搭建平台，营造氛围，达到师生有效融合和多元激励

要实现良好的效果，既要有示范团队的引导，又要建立激励平台。首先，学校要不断完善设备设施和物理教师综合能力的培养，物理科组通过集体备课，整合好开展该项活动的微课等教学资源，同时要解决一些教学中的瓶颈，能在课堂内外使用手机、平板电脑中的AI、AR等人工智能技术。其次，组织建立人工智能学习“创客空间”，优先培养一些“创客小天才、小能手”，起到示范作用。再而，在学校营造人工智能活动的良好氛围，搭建好课堂内外展示、比赛、合作评价等活动平台与载体，激发学生兴趣，突出体检实践，训练学生的想象力和思维能力，实现学生创新能力与思维习惯的良好内化培养。在比赛或展示活动后，要及时对活动中师生的表现进行多维度的多元激励，在全校升旗礼、全校大课间集会或课堂总结等合适的时候，进行表彰总结，激励效果就会更好，对激活物理课堂活力会有积极作用。

三、融入人工智能创客教育，激活物理课程活力需要“三培养”

我国教育部正式颁布实施修订版的《义务教育物理课程标准》，该标准的总目标提出让学生“学习终身发展必需的学科基础知识和方法，养成良好的思维习惯，在分析问题、解决问题或作决定时能尝试运用科学知识和科学研究方法，同时注重培养学生勇于创新的精神”。

（一）融入人工智能创客教育要激发兴趣，培养创新思维习惯

中学阶段是学生思维发展最活跃的时期，很多地区由于理念滞后、师资队伍“老化”等，教师不会利用先进的设备和技术，造成学生学习兴趣下降，普遍觉得物理课程知识难、参与难、直观弱、动手少、趣味低、联系生活不够、实用性低、评价乏味等，厌学现象严重，创新发展的思维和能力得不到良好的激活及培养。物理课程是以实验探究和动手能力培养为基础的，在教学中要融入人工智能创客教育，可以通过小制作交流展示比赛、科技创客节活动来进行，并建立灵活有效的评价和奖励机制，激发学生兴趣。另外，学校还可以根据不同学生的情况，设计若干个自选项目的创意设计大赛或“金点子”征集比賽等，不一定要制作出具体的作品，只要提出创意思路和基本方法，并配合图表来作说明，这样，大多数学生均能参与，普及性也较好，就能达到既激发学生兴趣，又培养学生创新思维能力的效果。

（二）融入人工智能创客教育要搭建平台，培养创新实践能力

教师要让物理课程教学充满活力，就要搭建好合适的实践平台，积极鼓励学生以自主或合作的方式，参与动手创新实践活动，然后在小组或班级分享交流，再进行作品完善等，从而提高学生的解决问题能力、团队协作能力和创新能力。物理教学中融入人工智能创客教育，就能提高学生的学生兴趣和主动性，老师要尽量让所有学生想参与、能参与、会参与，就可达到良好培养动手实践能力的目的。

如：我在教学八年级物理（人教版）“声音的传播和应用”时，为了让学生更好地体会固体介质可以传播声音，我针对学生的实际，采用分组、分层与合作的方式，设计了两个实验，一是“自制土电话”，二是“塞耳朵听音乐”。实验之前，我先用手机软件准备好了两个虚拟现实AR作品，让学生欣赏，激发兴趣，接着我指导学生用平板电脑启动百度语音人工智能（AI）功能，用语音搜索了一些视频资料，来合作学习操作方法，实验时做好安排，第一个实验由1，3，5，7小组合作完成，提示准备的器材可以有棉线、纸杯等;第二个实验由2，4，6，8小组合作完成，提示准备的器材有消毒棉花、耳塞、小木棍、音乐喇叭等。同学们通过分工参与、测试调整、分享展示、评价总结等活动环节，体会到物理知识是有趣的、有用的，达到了快乐学习的目标。在交流中，大家听到贝多芬失聪后，用小木棍的“骨传导”来继续创作伟大的音乐作品的故事后，被感动了，情感上也得到了启发教育。

（三）融入人工智能创客教育要利用微课，培养个性化学习能力

物理课程教学中，一方面由于学生个人的特性和参与能力不同，人工智能创客教育活动普及开展受到较大影响;另一方面由于场地、设备、环境温度、安全保障等的影响，还有一些老师课堂上驾驭控制学生的效果不同等，有些创客实验难于在课堂上有限的时间内成功完成，如：做“晶体和非晶体的熔化和凝固实验”“透镜成像实验”“流体压强实验”“‘四足机器人灭火”等，都由于条件限制，在课堂上难于做到安全性、条理性、有序性，成效不大。

此时可以利用手机3D全景、DV或数码相机的视频功能，在特定的场所和条件下，课前组织学生代表进行实验，多维度影像记录其操作过程，再利用CS等编辑软件，制成3至5分钟的微课，应用到教学指导中，既可以提高学生兴趣，又可以节约时间，能有效性指导学生的动手实验。同时，学生还可以根据不同的需要，对微课范例再反复观看或暂停在某个细节细致观察、充分讨论，就不会因听讲解或观察不细心等而影响到进程，也不会因某节课请假而造成不能系统学习的情况，有利于提升学生个性化学习的效果。

四、物理课程融入人工智能创客教育初显良好的成效

近三年来，在物理课程融入人工智能创客教育实践中，既提高了物理课堂活力，又提高了全校学生的创意思维兴趣、习惯和参与能力，学生参与“学校科技创客节”活动的项目、人数、质量等均提高了，涌现了不少人工智能创新制作的“精英”，创客教育初见成效，我校学生团队在参加2019年10月的第八届广东省创意机器人大赛中，荣获得广东省一等奖、三等奖和优秀组织奖、园丁奖等;还有，2019年5月，我校的《学校科技节活动成果》也荣获广东省一等奖。

在“互联网+”教育的大背景下，为了更好地培养适应未来发展的人才，实现教育强国和民族复兴的伟大目标，基础教育要融入人工智能创客教育，特别是以实验、实践为基础的物理课程，要起到“龙头”作用，结合学科特点和学生實际，开展好课堂、课外的人工智能创客教育活动，激活物理课程教学的活力，积极培养学生的创新应用能力和个性化学习能力，助力学生实现良好的可持续发展。

参考文献：

[1]邹蕾，张先锋.人工智能及其发展应用[J].信息网络安全，2012（2）.

[2]钟启泉.新课程的理念与创新[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]焦建利.微课及其应用与影响[J].中小学信息技术教育，2013.

注：本论文隶属于广东省教育科研“十三五”规划课题：《互联网+教育的背景下利用微课促进学生个性化学习研究》（编号：2018YQJK181）。