“双减”背景下的人工智能实验教学改革助力学生创新能力的培养

李惠燕

前言

（一）“双减”政策的目的和意义

2021年7月24日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》。“双减”政策对以下的规定非常明确：一是要减轻学生于义务教育阶段中的过重的学业负担;二是减轻家长在校外培训的负担，“双减”是“培养学生成为对社会有用的人、教育领域培养学生的方式方法、为国家输送多样化人才”的最好的方式方法，也是针对家长负担重，社会功利性强、学生唯分数至上等当今教育存在的问题最有力的一击。“双减”，实质上“减”的是对教育的急功近利之心！“双减”政策的意义在于，让学校教育回归本位，构建良好的教育生态。学生们可以在学校上课时段学到课本的知识，在课余时间可以学到课外的知识。学校的课余时间能提供丰富多彩的服务内容，学生可以有更多机会发展德、体、美、劳等综合能力，从而达到开拓学生视野、增长学生见识、培养独立思考能力、提高动手实践能力的目的，促进学生全面健康地成长。

（二）“双减”政策助推STEAM教育迈入新时代

“双减”政策提出的要求是“学校要运用校本资源，于课余实施各种课后育人活动，在校内满足学生多样化学习需求”。STEAM教育作为一种新型的教育方式，在“双减”政策的助推下，能更有效地助力实验教学改革。随着技术的不断更新，新型智能技术已经渗入教育领域。以人工智能为引领，以STEAM教育为抓手，以跨学科的Stema融合为基本理念，根据学生的学情，设计适合学生身心发展规律的教学活动，让学生在学习活动中探究，有助于学生创新能力的提升，满足学生个性化发展的需求，符合社会建设对创新人才的需要。

（三）项目式学习契合“双减”政策

在“双减”政策的推动下，项目式学习成为我国教育领域的热点。项目学习是从学生成长所积累的知识经验出发，在真实的生活情景中，建构新的知识。项目学习对于发现问题、分析问题、解决问题的能力的培养是放在首位，因此教学中更体现出实践性和操作性。实验教学也具有很强的实践性、操作性，教师在实验课程中引入项目式学习的教学模式可以在很大程度上促进学生知识的掌握，提升学生的核心素养，培养创新能力。

一、基于STEAM 教育理念实施项目式学习模式构建

项目式学习以多个研究问题为目标层层铺开，研究的过程使用 STEAM教育方式，能将各学科知识有效融合，可以实现优势互补。

（一）基于 STEAM 教育方式下的项目式学习模式实现优势互补

项目式学习的内容是源于现实世界的真实内容， STEAM教育是追求现实世界中的真实答案。因此，在项目学习过程中，每一个步骤都必须严谨细致，才能得出真实结果。在阶段性评价方面，过程性评价和结果性评价在下一阶段的学习都有极大的帮助和参考作用。因此在评估项目式学习时，要善于发现问题、分析问题，通过多种渠道得出解决问题的方法，以此体现出项目式学习的社会性价值。其显现出互补的优势：

（1）基于 STEAM 教育方式下的项目式学习模式培养学生逐步形成适应高科技社会发展中必备的学习能力。

（2）基于 STEAM 教育方式下的项目式学习模式让学生在不同层次的学习内容中灵活应对。

（3）每个学生都有其自身的特点，因此个体知识建构的方式是不同的，学生在探究真实世界中采取的学习方法也不同， STEAM 教育方式下的项目式学习能帮助学生在实践中综合运用知识，这就达到了培养学生的跨学科能力。

（二）掌控板与物联实验室+ STEAM 教育方式下的项目式学习——以“智能外语学习机”项目设计与开发为例

随着“人工智能+教育”的发展，初中学生的计算思维能力的培养受到了教育界的重视。基于此，特设计了基于人工智能的STEM课程案例。本研究以培养学生的计算思维为目标，运用已有的人工智能教学资源，以“智能外语学习机的制作”项目设计与开发为例，为培养学生的逻辑计算思维提供参考。

本案例的主要特点是在教学过程中培养学生自主探究、合作学习、勇于质疑，小组协作解决问题等能力。在教学中，先开展入门基础课程“人工智能概述”，教授学生“图像识别技术”和“语音输入技术”，探索人工智能机器人的基本工作原理。在此基础上，再开展应用实操课程“外语学习机的制作”，放手让学生自主学习App Inventor编程软件，通过小组探究问题、合作解决问题、个人探索操作，悟出“智能外语学习机”制作的基本原理，从而制作出成品。学习过程的评价，有助于探求学生更好的学习方法和改进教师的教学方式。教学成果展示，目的是振奋士气，证明本项目研究是成功的。教学成果汇报，目的是增强学生的自信心和接纳他人长处的优秀品德。最后开展本项目研究的拓展活动，目的是发展学生的思维水平，提升学生的智慧能力。

“智能外语学习机的制作”项目设计与开发的案例是集科学、技术、工程、艺术、数学多学科融合的STEAM综合性研究，STEAM代表科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），艺术（Arts ），数学（Mathematics），本项目研究是将上述五门学科内容有机融合而成。围绕“智能外语学习机的制作”主题，从S、T、E、A、M不同的角度列出要研究解决的关键性问题。

（三）虚拟实验室+创新能力培养——以“项目教学视域下学科融合探究活动的教学设计研究与实践《奇思妙想造紙桥》”为例

在本案例开展前，学生进入虚拟实验室学习力的知识，通过虚拟实验，探索出力是一个物体对另一个物体的作用;掌握物体间力的作用是相互的;了解力可以使物体发生形变，也可以使物体的运动状态发生改变。虚拟实验有助学生从无形的力建立起具体而直观的认识，促进对实验原理的理解，内化实验内容。

通过虚拟实验完成理论知识的学习后，学生从虚拟实验室走进真实操作的课堂， 通过猜想——实践——总结，探究纸桥的承重与结构形状的关系，掌握结构与强度的概念，知道影响结构强度的主要因素，提升学生动手能力，培养积极地解决问题的科学精神。

二、结语

《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》提出：“落实立德树人根本任务，着眼建设高质量教育体系，强化学校教育主阵地作用，构建教育良好生态，促进学生全面发展、健康成长”。“双减”政策的实施，能优化学生的成长环境，学生通过学习、掌握基础知识，通过参与实践探究活动，促进学生身心的发展。在“双减”背景下，开展人工智能实验教学改革，助力学生创新能力的培养。