人工智能计算思维培养与初中物理教学相结合的实践探究
湖南省娄底市第一中学 肖玲玲
摘 要:目前,我国的计算思维研究仍处于早期,对计算思维能力的研究较少,而随着教育信息化2.0的到来,更多的人意识到计算思维已经成为每个学生都必须掌握的思维能力。本文结合自己的教学专业,认为在初中生中培养人工智能计算思维意识,就要与初中物理教学相结合,更好让学生在人工智能的帮助下搞好初中物理与教学,以适应未来信息时代的需求。
关键词:人工智能 计算思维培养 初中物理教学 设计
人工智能计算思维是信息技术学科的核心素养之一,培养学生的计算思维是培养信息社会所需创新人才的充分条件,同时也是成为高信息素质人才的必要条件。但目前而言,就“如何培养学习者计算思维”这一问题还没有明确提出行之有效的方法。基于以上情况,本文结合结合自己所从事的初中物理教学工作,对如何培养初中生的人工智能计算思维进行探讨,并将之应用于初中物理教学实践中证明了其有效性,以期可以为中小学生计算思维的培养提供新的视角和参考。因此在中小学开展计算思维能力培养,努力让学生将来成为信息社会所需创新人才提供有力保障。
一、计算思维的内涵
计算思维是由美国卡内基·梅隆大学周以真教授首次提出的概念,她指出随着数字化时代的到来,计算思维应当和阅读、写作及算术一样,成为每个人的一项基本技能。计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
二、中小学人工智能课堂的教学目标
为全面贯彻落实国务院《新一代人工智能发展规划》精神,促进中小学人工智能应用和普及水平稳步提升,人工智能开始走进中小学信息技术课堂中。为了直观展现中小学人工智能课堂的计算思维培育目标,我们可以简述基于计算思维的三维框架的教学目标。(1)计算概念,即知识与技能:含电子器件、编程语句、数据运算等;(2)计算实践,即过程与方法:含混合编程、抽象思维、实用原则、调试运行等;(3)计算观念,即情感态度价值观:含创意表达、沟通协作、理解反思等。
三、人工智能计算思维培养与初中物理结合的教学实践
1、联系物理教学,提升计算思维素养
在对中小学生进行人工智能计算思维培养活动中,我认为教师应该与自己的教学专业相结合,而我作为一名初中物理老师,自然就要将计算思维培养课程内容与初中物理建立有效联系,让学生在实践过程中,形成良好的计算思维素养。比如说,教师可以引导学生在物理教学活动中,根据自身所掌握的计算机专业知识、操作技能,加强人工智能研究。
2、创新物理教育,拓展计算思维应用
在新时期的教学背景下,教师需要积极培养学生创新理念,将创新物理教育与计算机教育相融合,让学生在创新实践过程中,形成良好的计算思维。首先,教师需要将中小学信息技术课程与通用技术、工程、物理等学科,建立密切的联系。
3、学科融合,计算思维培养技巧化
一直以来,信息技术是学生获取知识和技能的重要工具,对学生的学科学习也有重要作用。在中小学课堂中,人工智能与学科知识也势必要融通共进。在“智能风扇”一课中,教师可以引导学生联系物理课中所学习的知识,并引领学生提出了疑问:当人走进的时候风扇会打开,但是如果走得太近,风扇就会打伤人,是不是可以按照物理学的原理,要把这一程序进行调整?一石激起千层浪,学生们纷纷结合物理学中的机械运动知识,提出想法:当距离小于5时,应当立即停止直流电机。随后根据学生的表述,将情况分为三类:距离大于20时风扇停止,距离处于5至20之间时风扇转动,距离小于5时风扇再次停止。讨论结束后,学生也用并联的方式开始“如果执行”的程序撰写。横向的知识迁移,让学生更好理解亮度传感器的作用。纵向的知识迁移,可以使学生前后知识的衔接更自然。
在人工智能课堂中传授计算概念,运用到不同的知识迁移技巧,学科融合,化碎为整,能够在培养学生信息技术素养的同时,推动学生的学科学习,促进其实现全面发展。
4、整合内容,深化计算思维层次
教师在组织信息技术课堂教学活动时,需要侧重于课程内容的分类与整合。让学生所掌握的基础知识体系更加全面,为学生形成良好的计算思维,奠定知识储备基础。比如说,教师在围绕"算法与程序设计"教学时,可以根据学生思维培养需求,对课程内容进行整合。首先,将该操作的主题结构图、关系图等呈现给学生,让学生对算法和程序设计具体步骤和流程,形成规范性的认知。不仅如此,教师需要从课外合理搜集课程内容,将目前信息技术领域关于算法和程序的创新设计思想,以及具体的设计方法,与课程内容整合之后,呈现给学生,为学生计算思维奠定基础知识储备。
综上所述,人工智能的有效教学,作为培育学生中小学信息技术计算思维的一种途径,越来越受到教育者的广泛关注。而良好的人工智能课堂,可以结合各学科知识特点,比如我们的初中物理课程,将物理学科知识融通共进,推动“五育”并举有效落地,同时锻炼学生计算思维,让课堂充满活力,同时为课程教学改革开辟新道路。
参考文献:
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[3]邹运钟.基于计算思维培养的积木式编程教学策略探究[J].读与写:下旬,2021(8)
【本文为娄底市电化教育馆(教育电视台)课题(立项号:LDETR202302)《基于计算思维的人工智能教学实践研究》的研究成果】