陈霞
广州开发区中学 510730
【摘要】计算思维是初中信息技术学科核心素养的重要组成部分。本文以初中人工智能编程教学实践《古诗背诵》为例，介绍“分解任务——制定方案——探究学习——交流展示”的项目方式学习智能编程，使学生在潜移默化中学会用计算思维的思想解决实际问题，促进学生计算思维能力的发展。
【关键词】计算思维，智能编程，古诗背诵，问题解决
2019年初教育部在全国教育信息化工作会中明确表示：中小学阶段设置人工智能课程，并逐步推广编程教育。同年9月，广州市教育局确定147所人工智能课程改革实验学校从秋季起开设人工智能课程。
计算思维作为解决问题的一种独特的思维方式，正逐步走出其学科专业领域，成为数字化生存的一种普适能力。因此，培养学生的计算思维，提高他们利用计算思维解决实际问题的能力，已成为信息技术教育的一项重要任务。
因此，以初中信息可视化积木编程工具编程猫编程教学为例，探索人工智能编程教学策略以发展学生计算思维的教学实践具有重要的意义。
一、计算思维概念界定
所谓计算思维，是针对某一问题解决的一种新型思维方式。即当我们面对一个问题时，首先把问题进行拆分（分解），再找出每一个小问题之间的相同点或不同点（概括），通过把各个小问题抽象，找出形成问题的一般规律（抽象），然后找出形成原因并对类似的问题提供逐步解决的方法（算法思维），最后通过对比分析，确保这个问题的解决方法是最优的解决方法（评估）[曹杨璐，谢忠新.面向计算思维培养的人工智能教学模式构建与实践[J].中小学信息技术教育，2020(11).
]。因此，基于以上计算思维的认识，笔者在初中人工智能编程教学策略上进行了探析。
二、计算思维和人工智能编程的融合
人工智能编程是程序设计的一种，它采用可视化积木方式搭建程序，结合语音识别、图形识别、自然语言处理和专家系统等技术创建智能作品，便于学生理解和接受，为培养学生的计算思维创造了有利条件。基于此，初中人工智能编程教学以项目式开展，采用“确定主题——分解任务——制定方案——探究学习——交流展示”策略（如图1），让学生在潜移默化中感知、理解、运用、创造人工智能，让他们在学习过程中得到关于计算思维的分解、抽象、概况、算法思维等能力的培养，从而养成使用计算思维解决实际问题的习惯。
图1 初中人工智能编程教学策略
初中人工智能编程教学反映信息技术课程标准中计算思维能力要求：
1．项目作品功能需求分析后，将任务逐个分解。这体现了计算思维的分解思维。
2．对项目任务进行分解之后，制定解决问题的方案，并确定方案中需要用到的知识点。这体现了计算思维的抽象思维。
3．根据方案，尝试使用编程猫图形化编程平台完成界面设计；根据项目流程图体现的算法，在编程猫中进行项目的程序编写。在完成算法的程序编写后，查看运行效果，再一次次的修改、调试程序，并记录期间遇到的问题和解决方案，直至项目运行成功。这过程主要体现了计算思维的算法思维。
4．在完成项目作品基础上，教师引导学生适当增加新功能，拓展项目内容，或者创作新作品，让学生利用所学的知识、方法去探究和解决更深层次的问题。这过程体现了计算思维的概括思维。
三、融入计算思维的人工智能编程《古诗背诵》教学实践
以初中人工智能编程的项目实践课《古诗背诵》为例，阐述融入计算思维的初中人工智能编程项目式教学实践。
对初中生而言，古诗文背诵和默写至关重要，但在普通初中，由于学生的懒惰和疏忽，导致经常默写不过关。因此在人工智能编程课上，为了促使学生将已有的知识经验与智能编程设计巧妙结合起来，确定了《古诗背诵》主题。一方面让学生体验计算思维解决问题的作用，如应用分解、抽象、算法等方法表达数据之间的关系，利用技术工具设计活动方案等；另一方面通过“智能化+古诗背诵”方式激发学生学习古诗文的兴趣，帮助他们解决古诗文背诵难、默写难的学习问题，感受一种新的背诵古诗的方法；最后通过智能编程作品反映自己对古诗文的记忆和相关信息技术知识的运用。
1．分解任务，理清思路
学生了解项目的功能需求后，不知如何具体分析。根据“你说古诗题目，我来背诵”，教师通过具体的视频现实模拟，帮助学生形成在特定场景中进行智能古诗背诵的画面。从而引导学生把任务逐个分解，再逐步解决每一个小任务。根据计算思维解决问题的方法，分解思想可以帮我们把复杂的问题或任务分解成一个个小的任务和问题，便于解决。
在《古诗背诵》中根据需求分析，分解出两个子任务：
任务1：主角小可是如何登台亮相的？
任务2：如何识别古诗题目，进行相关古诗的背诵？
2．制定方案，设计算法
为了突出教学重点，突破教学难点，教师通过提问、讨论等方式引导学生探究，促使学生思考“之前是否解决过类似问题？可以用哪些方法来完成这些任务？”在这基础上，做出分析思维导图制定方案，进而将抽象的问题转化为具体的思维导图。如图2：
图2“古诗背诵”解决方案
抓住问题的特征，设计算法：
任务1：学生需要知道编程猫中声音的播放、一个角色多个造型之间的转换；学会合理设置其中的等待时间，以及掌握声音和文字同时出现的操作方法。
任务2：学生需要掌握语音模块的使用，包括录音和语音识别。
3．探究学习，解决问题
（1）依据方案，搭建智能编程
学生在智能编程前，根据方案大概知道创作所涉及的积木模块。但由于学生的计算思维和逻辑思维较为薄弱，教师引导学生具体问题具体分析。如：录音语音时，我们常常除了说出古诗题目外，可能说出多余的字，还有可能把周边的声音录入。这时如果在语音识别时继续采用模块，就会导致识别难以成功。需要改为使用模块。
（2）优化算法，解决问题
学生初步完成程序后，“古诗背诵”可以正常运行，但是只能识别一首古诗。为了让这个项目内容更加丰富，表现形式更加有趣生动、更加人性化，小组合作交流、讨论，修正方案。教师引导学生从计算机解决问题的角度分析，列出编程猫可以执行的操作，对应的抽象模型如表1。
表1修正方案对应的抽象模型
修正方案 抽象模型
识别多首古诗 重复执行、多重判断模块。
计算古诗背诵量 全局变量，背诵1首，变量加1。
计算时间 全局变量，计时器或等待时间。
中间休息 计时，播放音乐。
学生在数据模型的基础上，进一步优化算法，使得作品具有不同特色。如：
创建全局变量“背诵古诗量”，当语音识别成功后，每当背诵完一首古诗，变量就加1，使得玩家非常清楚自己背诵了多少首古诗。
创建全局变量“计时”，从录音开始计时，当计时等于10分钟时，暂停背诵，播放一首音乐放松。
（4）交流展示，总结提升
教师要求学生根据相关主题总结智能编程的具体做法和隐藏在其中的计算思维，通过自评、互评，合理表达自己的计算思维观念，激发学生的新想法、新观点，在一个作品中实现最优算法中的所有功能。此外，为了拓展学生的思维，有效促进知识迁移，鼓励学生学以致用，运用所学知识不断创造新作品，加强学生的计算思维的迁移应用。如：在《古诗背诵》主题基础上，建议学生按照解决“古诗背诵”的方法进一步探究，制作《知识竞赛》、《听读单词》等作品。
四、人工智能编程教学效果分析
（一）通过人工智能编程教学实践，发展学生的计算思维。
《古诗背诵》主题反映了初中学生的学习经验和学习内容，他们对这个项目比较感兴趣，积极参与项目制作，作品完成效率高。该项目较好地融合了初中人工智能编程教学和计算思维思想。在项目实施过程中，较好体现了计算思维的分解、抽象、算法、概括和评价。使学生在潜移默化中学会用计算思维的思想解决实际问题。
（二）通过人工智能编程教学实践，促进教师的专业化成长。
《古诗背诵》教学过程中构建并实施了“分解任务——制定方案——探究学习——交流展示”的教学策略，找到一个面向计算思维培养开展智能编程教学的应对措施；同时提醒老师需要在实践中不断探索人工智能编程教学中发展学生计算思维的新策略。这在一定程度上促进教师的专业化成长。
五、研究结论与展望
计算思维是初中信息技术学科核心素养的重要组成部分，人工智能编程作为有效发展学生计算思维的方式，日益备受关注。要想高效开展人工智能编程教学，教师应结合学生特点与学习内容，进一步探讨其教学策略。
【参考文献】
[1]熊璋，陆海丰.信息系统与社会·情境与案例[M].北京：人民教育出版社，2019.
[2]熊璋，李锋.信息时代·信息素养[M].北京：人民教育出版社，2019.
[3]李锋.中小学计算思维教育：STEM课程的视角[J].中国远程教育，2018(02).
[4]曹杨璐，谢忠新.面向计算思维培养的人工智能教学模式构建与实践[J].中小学信息技术教育，2020(11).
[5]李颖.利用游戏化编程培养学生的计算思维能力——以高中“算法与程序设计“教学为例”[J].中小学信息技术教育，2020(11).