从人工智能应用中提取算法问题的教学实践

一、引言

在人工智能教育全球普及、数字社会快速发展的时代背景下，信息科技教育显得尤为重要。信息科技教育能够帮助人们掌握必要的信息技术知识和技能，适应信息社会的需求。

信息技术的普及要求学生在未来学习和生活领域中必须拥有良好的信息素养。小学的高年级阶段，对学生来说，是塑造这种适应能力的关键时期。在这一时期，学生的认知发展进入了一个关键时刻，逻辑思维、抽象思维及创新能力都得到了迅猛提升。因此，在这一时段培育学生的信息素养，将更有助于推动他们认知能力的全面发展。在小学高年级阶段培养学生信息素养，可以为他们在中学乃至大学阶段的学习打下坚实的基础，使他们能够更好地面对未来的学习挑战。

目前，新课标对信息科技教学提出 强调实践性和创新性，鼓励教师培养学生的算法和人工智能思维，提升他们的信息素养。 法问题解决是核心教学内容之一关键在于如何融合算法和人工 和螺旋式发展。《义务教育信息科技课程标准（2022 年版）》第 2 能应用等背景中提取算法问题作为教学实例。笔者通过教学实践， 探索 合的教学策略和方法，为信息科技教学提供新的思路和方向。

二、研究目的与意义

（一）通过人工智能应用提取算法问题的教学实践对提升学生信息素养的重要性。

1. 理解信息本质

人工智能应用的核心是算法，通过提取算法问题，学生能够深入理解信息的处理和转换过程，这是提升信息素养的基础。学生通过学习，了解到数据是如何被收集、处理和应用的，从而更好地理解信息的本质。

2. 培养逻辑思维

解决算法问题依赖于精确的逻辑思考能力。在教学实践中，学生需要遵循逻辑步骤来描述算法、绘制流程图和编写程序代码。这种过程有助于培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力，是信息素养的重要组成部分。

人工智能应用的教学模式旨在激发学生的探索精神和创造力。在提取算法问题的过程中，学生往往需要提出新的思路和方法来解决问题，这种创新性的实践能够显著提升学生的创新能力和创造力。

4. 技术实践能力

通过动手实践人工智能应用，学生们能够把理论学识转换成实际的技能操作。解决算法问题的过程中，学生不仅学会了编程，还能掌握如何使用各种信息技术工具，这有助于提升他们的技术实践能力。

5. 培养信息伦理意识

人工智能应用教学中涉及到的算法问题往往与伦理和社会责任有关。通过教学实践，学生能够理解到使用信息技术时需要考虑的伦理问题，如隐私保护、数据安全等，这对于培养他们的信息伦理意识至关重要。

（二）研究目的

本研究的主要目的在于，探索通过人工智能应用提取算法问题的有效教学方法，以提升小学高年级学生的信息素养。

（三）研究意义

本研究将丰富信息科技教育的理论体系，特别是在算法教育和人工智能教育方面。通过分析人工智能应用中的算法问题，构建一个理论与实践相结合的教学模型，为后续的理论研究提供实证基础。为小学高年级信息科技教师提供具体的教学策略和方法，帮助他们在课堂上更有效地传授算法知识，激发学生的学习兴趣和参与度。

三、理论框架与文献综述

《义务教育信息科技课程标准（2022 年版）》第 28 页关于小学高年段的课程内容提到：“算法是计算思维的核心要素之一，也是人工智能得以普遍应用的三大支柱之一。本模块以身边的算法为载体，使学生了解利用算法求解简单问题的基本方式，培养学生初步运用算法思维的习惯，并通过实践形式设计与分析简单算法的能力……”

从课标中课程内容及教学提示中，我们可以明确，小学阶段的人工智能教学以体验学习为主，算法教学从身边的实际学习生活中着手学习。那么，让通学生过体验人工智能应用，引导学生从人工智能应用中提取算法问题解决，就很好地把两条逻辑主线糅合设计在一起学习了。

四、研究方法与教学策略

（一）选择合适的人工智能应

首先，教师需要选择适合小学高年级学生认知水平的 AI 应用，如简单的图像识别、语音识别等。这些应用应该能够直观地展示人工智能的基本原理和功能。

（二）体验人工智能应用

通过亲自操作人工智能应用，学生们得以直观地了解人脸识别技术的工作原理和功能，这一体验有效激发了他们对学习的热情。

（三）引入认知AI 的概念

学生体验了人工智能的应用程序后，教师此时可以适当引入人工智能的基本概念，但基于小学生的认知而言，不宜过分文字抽象化地描述，而是用类比的方法，化抽象为具体来讲述人工智能的概念。阐述其模拟人类认知过程以解决问题的方式，这有助于学生构建对人工智能基础概念的基本认识。

（四）描述算法

在学生体验过后，教师将指导他们叙述自己所观察到的算法行为。这可以通过讨论和小组合作来实现，让学生尝试用自己的语言解释算法的步骤和逻辑。这个过程中，学生学会了描述算法，知道算法的基本概念和基本步骤，并理解如何将实际问题转化为算法。

（五）绘制流程图

流程图是一种图形化的辅助工具，它能帮助学生在脑海中形成算法的逻辑框架。通过制作流程图，学生能够更清晰地掌握算法的工作原理。学生在学习如何绘制流程图来表示算法时，教师可以提供模板和指导，帮助学生理解流程图的组成部分，如开始、处理步骤、条件和循环等。

（六）编程实现

在理解了算法和流程图之后，学生需要将它们转化为实际的编程语言，这就需要他们搭建程序。在这个过程中，学生有机会通过实际操作来提升编程技能，并且加深对算法原理的理解。可以让学生使用源码编辑器、Scratch 等图形化编程工具进行搭建程序，将算法转化为可执行的代码。

（七）功能拓展

完成基础编程实现后，学生需要对功能进行拓展。在这一环节中，学生需要运用所学到的算法和编程知识综合地解决实际问题。

（八）反馈和评估

教师会提供反馈，以评估学生在理解力和编程能力方面的表现。这种评估可以通过测试、项目展示或同行评审等方法来进行。

（九）展示和总结

学生展示他们的人工智能应用，分享学习心得和遇到的问题，教师进行总结和归纳。

以上步骤能有效地将人工智能应用和算法问题解决整合到教学过程中，帮助学生建立坚实的算法和人工智能基础。

五、教学实践案例分析

下面笔者以教授《AI 猜猜猜》一课为例，基于源码编辑器中“认知 AI”，通过体验人工智能应用、描述算法、绘制流程图、搭建程序、实现人工智能应用，这一系列的教学过程，有效地引导学生从人工智能应用中提取算法问题解决。

（一）课前准备

1. 在开始本课程之前，学生已经对使用自然语言描述算法和利用流程图表示算法有了初步的了解。

课前给学生在源码编辑器中注册账号密码，才能使用源码编辑器中的认知AI 模块。

3. 课前，笔者预先做了几个简单的人脸识别的小程序，只需要拍照上传，进行人脸识别，小程序可以识别出性别、年龄、情绪等结果。

图为人脸识别小程序

（二）情境导入

笔者邀请学生上台展示使用人脸识别小程序的过程，学生在这个过程中，真实体验到通过拍照上传，人工智能能识别出性别、年龄、情绪、脸型结果。

（三）引出人脸识别的概念

学生体验人脸识别小程序后，笔者这样给学生讲解人脸识别的概念：“人脸跟指纹一样都是独一无二的，人脸识别技术就是帮助电脑，像你们记住好朋友一样，通过看脸来记住每一个人。……刚才在笔者们体验人脸识别的小程序中，笔者们第一步的拍照上传，其实是人脸识别技术的人脸检测步骤，他可以帮助电脑捕捉到脸上的眼睛、鼻子等关键位置。再通过分析，像我们看到五个手指头时，知道哪个是大拇指，进行辨别。”

（四）描述算法

概念介绍完毕后，笔者让学生分小组讨论，刚才体验人脸识别小程序时，有哪些步骤。然后，派小组代表上台，用自然语言描述其中一个人工智能小程序步骤实现。通过这个活动环节，学生能大概明白人脸识别小程序是如何实现的。

（五）画流程图

笔者让学生在体验人工智能的几个小程序中，选择其中一个人工智能小程序，绘制流程图。教师在课堂中进行巡视指导，并及时对学生的错误进行纠正。通过这个活动环节，学生能清楚人脸识别小程序的实现步骤。

（六）编程实现

笔者指导学生使用源码编辑器，尝试按照自己绘制的流程图步骤进行编程实现。在编程实现中，学生不仅能对自己绘画的流程图进行检验，也进一步认识人脸识别的工作原理，及掌握其实现算法。

（七）功能拓展

因一节课 40 分钟的时间有限，笔者让提前完成搭建的、能力强的学生，进行程序修改，添加更多人工智能的功能，达到功能拓展的目的之余，也达到了分层教学的目的。

（八）反馈和评估

以小组为单位，学生互相测试已搭建的人工智能小程序，这样可以让能力差的学生能看到优秀作品是如何搭建，也让能力强的学生成为小组导师，能解决错误的算法，共同成长的目的。

（九）展示和总结

小组推荐出优秀作品进行展示和介绍，随后进行学习小结，以便学生更好地整理和回顾本节课的学习内容。（十）教学反思

在本节课中，学生展现出了极高的学习热情和参与度，他们积极地投入到实践中，并且完成率也很高。然而，在用流程图表达算法的过程中，少数学生遇到了难题，需要笔者给予指导才能完成任务。此外，在功能拓展部分，只有约三分之二的学生能够独立完成。笔者认为，还需要进一步加强对学生算法能力的培养。

结论与建议

笔者以大单元着手，经过《AI 猜猜猜》、《AI 推荐造型》、《AI 调节情绪》、《AI 推荐发型》这四课的教学实践，结合新课标的要求，让学生从人工智能应用中提取算法问题解决，这一教学模式是可行的。

参考文献

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