基于OBE的小学人工智能课堂教学实践与思考

摘要：《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中明确提出，人工智能应作为信息科技课程中的六大主线之一。可见，当代学生作为信息社会的原住民，必须提升对人工智能的接受度和融合度。而作为人工智能课程的垦荒者，信息技术教师迫切需要建立一种适合中小学阶段的人工智能课堂教学的模式。因此，本文基于OBE（Outcomes-based Education， OBE）教育理念构建了“任务单”的教学模式，并进行了课堂实践，以期能为一线教师提供参考及借鉴。

关键词：OBE；人工智能；教学实践

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）15-0075-04

近年来，人工智能教育越来越受到重视，然而技术准入的“高门槛”与中小学生认知水平的“低层级”、人工智能专业教师的“高标准”与现实中普遍性的“低配置”成为制约人工智能教育发展的主要因素[1-2]，通过调研分析现有学校和教师情况，笔者认为，中小学阶段人工智能课堂面临的现实问题主要包括两个方面：一是目前人工智能教材主要局限在基本原理的科普上；二是人工智能课堂教学模式相对落后。为了解决上述问题，笔者提出了一种基于OBE的人工智能课堂教学模式，力求构建一种以学生为中心，强化学生对学科知识框架、方法原理的理解和运用，并基于自主方法进行学习的课堂教学模式，帮助学生提高对人工智能实际运用能力的理解。

基于OBE的人工智能课堂教学方式

产出导向（Outcome-Based Education，OBE）的教育理念是由美国学者Spad提出的，该理念的核心思想是以学习者的学习成果（产出）作为主导，而所有的课程设计、教学案例都应该以此为目标。OBE可以看作是“以学生为中心”的一种教育价值取向，与计算思维、人工智能的教育本质更为互补。更为具体的是，OBE作为一种教育理念和方式，强调学生学完以后取得什么样的学习效果，通过目标反向驱动教学过程。而以问题为导向催生而出的“任务单”正好符合这种目标导向需求。因此，本文基于OBE教育理念引入了任务单的设计思想，并以学习者为中心，从知识、素养、能力三个方面的培养入手，建立一种适用于人工智能课堂的教学方式[3-4]，该教学方式的可行性主要从以下三个方面来体现。

1.从解决生活实际问题入手，构建人工智能课堂的“体验式”学习环境

在项目开展前期，笔者对某校五年级（10）班的52名学生进行了一次问卷调查，结果显示，40%的学生对人工智能的概念是模糊的，认为使用了计算机就是人工智能，50%的学生感觉到身边有人工智能的存在，但是大多数认为智能家居就是人工智能。10%的学生认为人工智能离我们很遥远，身边的智能家居都不能称其是人工智能。从调查结果可以看出，五年级学生对“人工智能”的概念不清晰，存在多种理解，有些甚至是错误的理解，基于此，笔者将中小学阶段的人工智能教学目标更多地定位在素养的培养上，以帮助学生建立正确的认知架构为起点，从简单的“知”到“知”“道”融合，从学生的实际生活入手，构建学生认知范围体系内的教学情境，帮助学生建立真实的“体验式”学习环境，在任务探索过程中完成“知”“道”的融合，了解“人工智能”，走进智能社会。

2.以学习任务单为抓手，探索人工智能课程的有效活动路径

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）建议推进以学生为主题的学习方式创新，通过学习方式的创新引导学生自主学习、合作学习，帮助学生学会学习。鼓励从“学什么”到“为什么学”再到“学到什么”的课堂理念，以学生终身发展为教学目标，“能力培养”围绕学生核心素养展开，从学生的知识达成到学生的素养达成，它的培养过程恰恰是从“为什么学”到“学到什么”的过程，不仅知其然而且知其所以然。任务单的加入很好地标准化了这一学习过程，设计适合学生和课堂的有效“任务单”，可以帮助教师理清学生的活动路径，实现真实意义上的教与学的转变。

3.从文化符号入手，探讨人工智能课堂的评价体系

信息科技教育不仅要培养学生成为技术工具的消费者和使用者，而且要培养学生成为技术工具和数字内容的创造者与建设者。人工智能课堂涉及计算机类多方面内容，其课堂目标的设定也涉及多个维度。创新是人工智能得以发展的基础，同时，培养学生的民族自豪感、民族使命感也是人工智能课堂的重要目标之一，这使得人工智能课堂的评价体系有别于其他课堂，既有理性技术的考评也有感性文化的评估，而通过任务单中的过程性评价及终结性评价能有效完成技术与文化的双重考核。

基于OBE的小学人工智能课堂教学实践

1.教学实践

下面，笔者以“AR眼镜制作”为例，介绍如何在真实课堂上构建基于OBE的小学人工智能课堂教学实践。

笔者从AR眼镜的大众识别度、框架分析及人文属性入手，从知识、能力、素养三个阶段设定分段教学目标。从课堂评价出发，将课堂目标设定为：①通过对AR眼镜、AR智能眼镜的学习，形成自身对“智能化”的理解；②通过对AR智能眼镜的分析，了解智能化设备的基本框架及其与普通设备之间区别；③通过分析AR智能眼镜的组成，学会初步分析如何制作一个AR智能眼镜，进而了解智能设备的制作过程；④在未来，AR智能眼镜还能有哪些发展？需要哪些技术支撑？需要哪些技术革新？

具体教学过程如下：

阶段一：

教学情境：除了现有学校各学科的教学方式（数学、化学、地理等学科利用文字、图片、录像等方式），是否还有更好的教学方式？

任务设计：传统教学方式与智能化虚拟现实教学方式的差别。

学习任务单设计：思一思—AR智能眼镜、AR普通眼镜、普通眼镜三者的异同点。

阶段二：

教学情境：AR虚拟现实教学手段的展示（旋转虚拟3D地球，探究月球、太阳和月球的关系，通过3D分子结构建立结构模型认识化学元素等）。

任务设计：虚拟现实是如何工作的？

学习任务单设计：猜一猜—AR智能眼镜的基本框架是什么？

阶段三：

教学情境：通过已有AR工具（Z Space、Metaio等）完成上述某案例的AR展示。

任务设计：搭建一个简单的虚拟现实设备。

学习任务单设计：做一做—用现有材料能组装出AR智能眼镜吗？能组装出AR智能眼镜中的哪些部分？还缺哪些材料？

阶段四：

教学情境：更多学科内容的AR展示畅想。

任务设计：虚拟现实我们还能做些什么？

学习任务单设计：聊一聊—AR智能眼镜还能有哪些发展？

阶段一，教师引导学生思考如何将学科知识具体化，从问题出发，激发了学生的思考。阶段二，教师分析并展示若干教学场景，如通过虚拟3D地球工具来展示地球、月球位置关系等，引导学生思考类似技术应该如何实现。阶段三，教师通过搭建简单的设备来组装AR眼镜，引导学生实际操作，进一步激发了学生的兴趣。阶段四，让学生畅想更多的可能，激发学生的创新思想。

另外，笔者设计了学习任务单（如上页图），通过任务单教师能够了解学生的学习过程，以便对问题解决过程中的关键节点进行及时引导。

2.教学评价

笔者将教学评价量表分为两部分：

一部分供学生在教学过程中使用，如上页表1所示，通过评价量表中的评价目标反向规划学生的学习路径，如通过“可以通过自行组织关键字来查询所需资源”以及“可以准确描述AR眼镜的外部和内部构成”，来判断学生在学习过程中对技术的掌握情况。

另一部分内容可以供学生在课堂结束后使用，如上页表2所示，用来评估教师的教学目标设定是否合适，以及学生的达成度如何，如“了解智能化设备的基本框架及其与普通设备之间的区别”以及“学会初步分析并制作一个AR智能眼镜”，都能在课后判断教学目标是否已经达成。

同时，评价量表的制订要满足以下原则：①评价人要明白评价的目的和意义；②通过评价引导学生客观地看待自己和他人的不足；③评价量规要能够帮助学生更准确地达成教学目标。

教学效果分析

在教学中，笔者选取了80名学生进行实验，40名学生采用基于OBE模式的小学人工智能教学模式，另外40名学生采用传统的教学模式，并在8学时后进行课程效果对比，分别从知识点掌握情况、学习积极性等方面进行分析和评价。数据显示，在掌握知识点方面无统计学意义，而在学习积极性提升、计算机思维应用能力上，实验组均优于对照组，差异具有统计学意义（p<0.05）。

参考文献：

[1]中华人民共和国中央人民政府.国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知（国发[2017]35号）[DB/OL].https：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2]张坤颖，张家年.人工智能教育应用与研究中的新区、误区、盲区与禁区[J].远程教育杂志，2017（05）：54-63.

[3]周美云.机遇、挑战与对策：人工智能时代的教学变革[J].现代教育管理，2020（03）：110-116.

[4]吕恺悦，孙众.“人工智能+教师教育”的现状、动态与问题[J].现代教育技术，2019，29（11）：114-120.

本文系2022年苏州市教育科学“十四五”规划课题“义务教育阶段信息科技课程教评测一体化研究”的阶段性研究成果。