摘要：人工智能教育倡導(dǎo)培養(yǎng)具有高階思維的復(fù)合型和創(chuàng)新型人才，因此，本文以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)為主線，以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、編程思維和創(chuàng)新思維等高階思維能力為目的，探索了基于高階思維的“編程無人機(jī)”教學(xué)策略，以期為一線信息科技教師的人工智能教育教學(xué)實(shí)踐提供借鑒。

關(guān)鍵詞：“雙減”；高階思維；人工智能教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）11-0059-03

人工智能課程的開設(shè)

“雙減”政策的實(shí)施對(duì)教育工作提出了新的挑戰(zhàn)，一方面要求減輕學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)，另一方面學(xué)校人才培養(yǎng)的目標(biāo)不能松懈。因此，筆者所在學(xué)校嘗試在課后延時(shí)服務(wù)中開展人工智能課程，以期在“雙減”后讓課程更加多樣，從多個(gè)角度提升學(xué)生的思維。

學(xué)校開設(shè)的人工智能課程立足于項(xiàng)目學(xué)習(xí)和問題學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識(shí)的跨界與融合，關(guān)注學(xué)生的動(dòng)手、實(shí)踐、思考、體驗(yàn)，關(guān)注學(xué)生的計(jì)算思維、編程思維、工程思維和設(shè)計(jì)思維，同時(shí)關(guān)注其批判性思維、創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。

其中，“編程無人機(jī)”課程深受學(xué)生喜愛，它是一門綜合性課程，基于LiteBeeGo平臺(tái)，旨在鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維，同時(shí)會(huì)涉及數(shù)學(xué)和物理方面的知識(shí)，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的編程技能，提升學(xué)生的項(xiàng)目化設(shè)計(jì)思維、分步解決問題能力、迭代思維能力、抗挫折能力、問題解決能力、全面分析問題能力、獨(dú)立思考能力、協(xié)同創(chuàng)新能力等。

基于高階思維的人工智能教學(xué)模式

筆者通過教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出基于高階思維的編程無人機(jī)教學(xué)策略：?jiǎn)栴}分解、抽象建模、算法開發(fā)/編程實(shí)現(xiàn)、調(diào)試遷移。

1.問題分解

在該課程的教學(xué)中筆者選用了項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，每一個(gè)項(xiàng)目都是基于真實(shí)的情境。學(xué)生將現(xiàn)有的問題進(jìn)行分析和分解，每個(gè)小組為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員之間互相協(xié)作，共同應(yīng)對(duì)教師給出的真實(shí)情境。

2.抽象建模

在項(xiàng)目被細(xì)分為多個(gè)子問題后，小組成員對(duì)具體問題展開探討，然后利用已有知識(shí)對(duì)問題進(jìn)行加工，完成抽象建模。在這個(gè)過程中，學(xué)生要整合多學(xué)科知識(shí)，而教師在這個(gè)過程中，可以給學(xué)生提供腳手架，也可對(duì)他們進(jìn)行必要的指導(dǎo)。

3.算法開發(fā)/編程實(shí)現(xiàn)

在完成抽象建模后，要解決實(shí)際問題，學(xué)生就要運(yùn)用計(jì)算思維、編程思維等高階思維對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行算法開發(fā)。算法開發(fā)的路徑不唯一，教師要鼓勵(lì)學(xué)生用發(fā)散的思維來解決問題，可以先引導(dǎo)學(xué)生繪制流程圖，或者用畫程軟件繪制詳細(xì)的解決策略，然后再用平臺(tái)給定的編程工具完成算法開發(fā)。同時(shí)，本課程是過程導(dǎo)向的，所以評(píng)價(jià)也主要是形成性評(píng)價(jià)、多元評(píng)價(jià)。教師要關(guān)注學(xué)生在參與該課程過程中的成長(zhǎng)，并鼓勵(lì)他們關(guān)注自己的元認(rèn)知，在完成項(xiàng)目的過程中培養(yǎng)自己的高階思維。

4.調(diào)試遷移

在算法開發(fā)完成后，連接無人機(jī)，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試過程中會(huì)遇到各種各樣的問題，教師要關(guān)注學(xué)生的思維，引導(dǎo)他們?cè)诮鉀Q問題的過程中鍛煉高階思維，并及時(shí)引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生把所學(xué)知識(shí)和技能遷移到其他情境中，并反思自己是否使用了高階思維。

基于高階思維的人工智能教學(xué)探索案例

案例1：無人機(jī)運(yùn)送抗疫物資

（1）問題分解

在新冠疫情期間，為了切斷疫情傳播，必要時(shí)會(huì)采取隔離政策，而被隔離人群的物資供應(yīng)是個(gè)大問題，需要耗費(fèi)很大的人力物力資源來實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)配送。而有了無人機(jī)的定點(diǎn)投遞功能，則可以很好地解決這一問題。本案例通過編程控制，讓無人機(jī)穿越障礙圈，到達(dá)指定降落點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)物資投遞（如圖1）。

（2）抽象建模

到指定地點(diǎn)投遞物資，需要用精準(zhǔn)定位，到達(dá)指定地點(diǎn)，攝像頭捕捉到投遞標(biāo)記，按照指令進(jìn)行投遞動(dòng)作。

（3）算法開發(fā)（如圖2）：

（4）編程實(shí)現(xiàn)（部分代碼如圖3）

（5）調(diào)試遷移（部分代碼如圖4）

案例2：無人機(jī)飛行燈光秀促進(jìn)文化宣傳

（1）問題分解

為社區(qū)組織無人機(jī)飛行燈光秀，運(yùn)用科技少年特有的方式進(jìn)行文化宣傳。

（2）抽象建模

無人機(jī)的編排需要精準(zhǔn)定位，在到達(dá)指定空間坐標(biāo)后，并有相應(yīng)的彩燈和蜂鳴器（如下頁圖5）。

（3）算法開發(fā)（如下頁圖6）

（4）編程實(shí)現(xiàn)（部分代碼如下頁圖7）

（5）調(diào)試遷移：（部分代碼如下頁圖8）

關(guān)于高階思維的教學(xué)建議

第一，通過再現(xiàn)與學(xué)生生活密切相關(guān)的真實(shí)的情境，激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、信息社會(huì)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，同時(shí)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的高階思維。

第二，用抽象建模的方式將復(fù)雜的問題逐步分解，用切片的方式細(xì)化、解決問題，在問題解決的過程中，強(qiáng)化和鍛煉學(xué)生的高階思維。

第三，用思維可視化工具將抽象的概念具體化，本課程提供的編程工具是可視化的，使用具有積木界面的編程工具，編程實(shí)現(xiàn)就像搭積木一樣有趣，學(xué)生們拋開紛繁復(fù)雜的代碼語法，從最本質(zhì)的邏輯線上解決問題。

第四，有些解決問題的算法比較抽象，可以引導(dǎo)學(xué)生用流程圖、思維導(dǎo)圖的形式，將抽象的過程用形象化的工具畫出來，這樣會(huì)減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，達(dá)到更好的教學(xué)效果。學(xué)生學(xué)編程，不只是單純學(xué)會(huì)代碼，掌握一項(xiàng)技能，或只是培養(yǎng)一個(gè)興趣，重要的是掌握一整套解決問題的思維模式。

結(jié)語

“編程無人機(jī)”課程在實(shí)踐探索過程中集中體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生高階思維培養(yǎng)的關(guān)注，從真實(shí)情境出發(fā)，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)化信息時(shí)代的社會(huì)擔(dān)當(dāng)，促使其積極地自主學(xué)習(xí)，通過協(xié)作探究進(jìn)行問題分解，跨學(xué)科整合抽象建模，調(diào)用高階思維進(jìn)行算法開發(fā)，調(diào)試遷移強(qiáng)化高階思維。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：臧美鳳，碩士學(xué)歷，江蘇省蘇州高新區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)信息技術(shù)教師。

本文系蘇州高新區(qū)教育科研課題的階段性成果，課題名稱為“雙減背景下思維可視化策略提升學(xué)習(xí)效果的調(diào)查研究”，立項(xiàng)編號(hào)：SND-2021-ZX-029。