新课程改革背景下人工智能技术在中小学信息科技教学中的应用研究

摘"要：面对新课程改革，为进一步推动中小学信息科技学科教学质量的提升，应积极探索人工智能技术在教学中的应用。首先，分析应用人工智能技术推动中小学信息科技学科教学的动因。其次，采用案例法，从学习方式、教学手段、教学内容和教学评价四个方面分析人工智能技术的实践应用。最后，对应用人工智能技术促进信息科技学科教学改革提出建议。在中小学信息科技学科教学中运用人工智能技术，能有效应对教学条件发展不均衡、课程内容设置差异大、教师对人工智能技术认识不足、学生个性化和差异化学习需求无法满足等问题，对促进中小学信息科技学科教学改革具有重要意义。关键词：新课程改革；人工智能技术；中小学；信息科技；核心素养0"引言2022年4月，教育部发布《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，将中小学信息课程名称定名为“信息科技”，并加入与人工智能（AI）技术相关的课程内容，包括“人工智能与智慧社会”“互联智能设计”等[1]。将人工智能相关技术充分应用到信息科技学科教学实践，对丰富教学内容、拓展教学思路、满足学生教学需求、提升教育质量等具有重要作用。目前，将人工智能技术融入教育教学实践已成为研究领域关注的焦点。随着人工智能技术在教学领域的应用不断拓展和深化，对人工智能教育应用[2]的研究逐渐展开，为人工智能技术在中小学信息科技学科教学中的应用研究提供了理论基础。那么，运用人工智能技术推动中小学信息科技学科教学的动因有哪些？人工智能技术的应用会给信息科技学科教学改革注入哪些新活力？本文将围绕这些问题进行探讨，并给出应用人工智能技术促进信息科技学科教学改革的建议，希望对一线教师教学提供一定的实践指导作用。1"应用人工智能技术推动中小学信息科技学科教学的动因应用人工智能技术推动中小学信息科技学科教学是互联网环境下教学转型的新样态。基于人工智能技术的教学可以为学生提供个性化的学习机会，重视学生的个性差异，提高学生对信息科技学科的学习兴趣。从学校、教师和学生三个方面，分析将人工智能技术融入信息科技学科教学存在的问题，结合现状归纳教学问题产生的原因，总结应用人工智能技术推动信息科技学科教学的必要性。1.1"将人工智能技术融入信息科技学科教学存在的问题1.1.1"学校层面1）教学条件发展不均衡。人工智能技术应用于中小学信息科技学科教学需要良好的教学设备支持。然而，部分学校，尤其是偏远地区的学校，受经济条件和教学环境限制，在教学中应用人工智能技术存在一定的障碍。同时，教学基础设施不完善，如缺少人工智能技术支持的指纹识别、语音识别、文字识别、VR视频等技术，学生因缺乏亲身体验，无法留下深刻印象，无法真切感受人工智能已经融入生活的各个方面。2）课程内容设置差异大。不同学校对于人工智能课程的内容（如图像识别、语音合成、语音识别、人工智能编程等重点内容）设置存在较大差异，导致学校全面开展应用人工智能技术的学科教学比较困难。3）人工智能技术教学平台不成熟。很多学校虽然尝试开设人工智能课程，借助人工智能技术实现智能化教学，提高学生的学习效率和兴趣，但是很难找到专供学生体验、适合中小学的人工智能技术教学平台。1.1.2"教师层面1）教学观念转变不及时。在传统教学模式中，教师教学的主要任务是教授学生知识，教会学生一些计算机基本技能[3]。目前，在新课程改革背景下，一些教师仍然沿用传统的教学观念和教学方法，对新颁布的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》理解不准确，学生主体地位很难体现，导致学生学习缺乏积极性和主动性。这种被动学习导致学生学习质量和效率不佳，影响教学质量和效率的提高。总之，传统的教学理念已经不能满足新课程改革背景下学生个性化学习的需求。2）专业理论和教学培训不足。由于教学过程缺乏案例研究，教师在备课时没有足够的案例参考，只能依靠自己探索，导致教学难度较大。部分教师难以精准掌握人工智能技术教学的理论知识，无法引领学生科学、深入探究相关内容。同时，中小学信息科技教师大多缺乏人工智能技术的相关培训，对人工智能技术的了解较为片面，无法很好地将人工智能技术应用于学科教学，导致教学内容不明确，阻碍人工智能技术在学科教学中的应用。3）对人工智能技术的了解不深入。由于人工智能是一个新兴行业和领域，很多中小学教师对人工智能技术的了解不深，对前沿应用缺乏实践经验，导致人工智能技术教学在信息科技学科中的开展不顺利。1.1.3"学生层面一方面，中小学生在课堂行为上往往展现出较强的表现欲望，同时在自我控制能力方面相对较弱，容易在课堂上交头接耳、做小动作等，影响学习效果。另一方面，学生兴趣爱好、学习习惯、自身能力各不相同，学习接受程度也有所不同。根据面向核心素养的教学设计理论，对中小学生一般特征进行分析可知，小学生在情感方面的自居作用、模范趋势的自我意识有较快发展，学习动机倾向兴趣型。同时，信息科技学科学习内容专业性较强、知识分散，学生处于被动的学习状态，容易丧失学习兴趣[4]。到了中学阶段，学生思维能力迅速发展，自我意识逐渐明确，抗诱惑能力日益增强，抽象逻辑思维能力占有优势。但是，中学生在很大程度上还属于经验型学习者，需要感性经验的直接支持。但目前信息科技学科教学中实践机会较少，导致教学内容滞后，影响学生对信息科技的理解和掌握，影响教学质量和学习效果。1.2"在信息科技学科教学中应用人工智能技术的必要性1.2.1"信息科技学科教学应用人工智能技术是时代发展的必然要求人工智能技术作为全新、系统的教育技术应用，能够在一定程度上提高教育质量，还可以促进学生更好地适应未来社会的发展，增强学生综合素养。与普通的信息技术相比，人工智能技术的独特性有助于信息科技学科培养适应未来社会需求的人才。1.2.2"信息科技学科教学应用人工智能技术是新课程改革的必然要求随着新课程改革的不断深入，各级教育部门对中小学生课程学习越来越关注，要求必须实现学生德智体美劳全面发展[5]。人工智能技术是学校基础教育改革大力发展的对象，不仅可以提高学生学习信息科技的兴趣，还可以培养学生的创新思维，提高逻辑思维能力。在部分农村、偏远山区学校，人工智能技术的应用有利于推动学生思维创新，提升学生的学习积极性，开阔学生视野，对学校基础教育教学质量的提升具有显著作用。城区学校具备良好的教学条件，人工智能技术在信息科技学科教学中的应用要拓展学习内容，如人脸识别、学生动作识别等，都是人工智能技术在中小学信息科技学科教学中的典型应用。1.2.3"信息科技学科教学应用人工智能技术是提升教学质量和增强学习效果的必然要求对教师来说，将人工智能技术运用到信息科技学科教学中，能够极大地节省教学时间，缓解教学压力，快速解决教学问题，提高教学质量。教师通过人工智能技术可以对学生的学习情况进行有针对性的分析，为学生提供及时、有效的学习指导。对学生来说，他们可以直观地感受人工智能技术给学习带来的便利，产生真实客观的学习体验。学生通过学习和掌握生活中的人工智能技术应用，体会人工智能技术为人们的学习、工作和生活带来的便捷，感受人工智能技术的发展给人类社会带来的深刻影响，从而有效提升学科核心素养。2"人工智能技术在信息科技学科教学改革中的应用在H市D中学信息科技学科的教学实践和学校教学改革过程中，教师结合案例讲解人工智能技术，积累了丰富的优质教学案例，促进了信息科技学科的教学改革。同时，人工智能技术带来的个性化学习改变了传统教学模式，推动了信息科技学科的教学改革。一方面，大数据挖掘和智能分析将学生分析、学习需要分析等与教学目标、教学手段进行匹配；另一方面，智能互动终端采集学生学习的实时数据，方便教师动态调整教学内容和教学方法。通过对学生线上线下学习数据的收集和分析，能够准确、全面地评估学生对每一个知识点的掌握情况，为每一位学生构建知识图谱，提高学生对知识点查缺补漏的精准性，实现传统授课模式下难以开展的个性化教学。人工智能技术对中小学信息科技学科教学模式的变革，具体体现在学习方式、教学手段、教学内容和教学评价四个方面。2.1"学习方式由被动到主动中小学阶段的学生已经具备一定的学习经验，在学习过程中有自己的想法和认知。人工智能技术应用于信息科技学科教学中，教师结合学生学习的不同经历，充分尊重学生差异，让每一位学生都展现出自己不同的学习能力和学习兴趣。同时，教师在运用人工智能技术构建课堂学习环境时，充分尊重每一位学生的个性需求，保证学生主动、积极地参与人工智能课堂学习，真正实现学习方式由被动到主动的转变。在“AI写诗——在线助力学习体验”一课中，基于真实的情境——写诗，引导学生经历“发现问题—提出问题—分析问题—解决问题”的过程。教师通过写、读、赏、画、思、悟、辨等环节，引导学生在体验AI写诗的同时，思考和理解AI写诗的过程，并迁移到其他问题的解决上。AI写诗人工智能技术在信息科技课堂上的应用，促使学生的学习方式由被动转变为主动，极大地提升了学生探索、学习信息技术的积极性，让课堂变得更加生动有趣，取得很好的教学效果。2.2"教学方式由单一到多元人工智能技术的应用给中小学信息科技学科教学带来许多教学方式的变革，包括人工智能的教学自动化[6]、精准诊断、自适应学习[7]、个性化学习等[8]。人工智能技术的不断进步与发展，为教师的教学提供了多种选择，例如，智能导学系统为学生提供的智能辅导功能，可以极大地提高教学质量。智能导学系统是借助人工智能技术，让计算机扮演虚拟导师向学生传授知识、提供学习指导的适应性学习支持系统[9]。借助信息技术智能系统，将人工智能技术嵌入学校机房电脑中，并通过互联网和大数据等技术实时追踪、搜集并处理数据。学生在机房学习过程中，信息技术智能系统会自动判断学生操作是否正确、基础知识的掌握是否牢固等情况，进而提出辅导建议。信息技术智能系统帮助信息科技教师摆脱重复的机械劳动，更好地实现教学方式从单一到多元的转变。跨学科项目化教学是信息科技课主流的一种教学方式，基于生成式人工智能技术的跨学科教学可以促进信息科技学科教学方式从单一到多元的转变。例如，在“人人都是艺术家”的项目教学中，基于生成式人工智能技术开展跨学科项目化教学。首先，根据项目要求确定漫画故事，学生通过赏析中外优秀作品，了解漫画的创作方法，确定自己的风格；其次，基于生成式人工智能应用网站开始创作剧本、绘制画面；再次，通过明确小组成员分工，协同制作漫画，成员体验不同生成式人工智能算法下的作品差异性，利用云存储实现小组协作办公；最后，评价漫画作品的艺术性，探究技术与艺术的关系，完成基于生成式人工智能技术的跨学科学习。2.3"教学内容由单调到多彩中小学信息科技的教学内容应与学生的日常生活息息相关，如果教学内容都是书本上的基础知识，没有和学生的生活实际相联系，信息科技学科的教学会非常枯燥，会导致无法充分培养学生信息科技学科核心素养。在教学中，教师可以借助图片、视频等展示生活中的智能产品，如智能家居等。学生通过观看图片或视频资料，能够更形象地认识到人工智能技术在生活中的应用，增强对人工智能技术的了解和认识。教师结合教材内容，将实际生活与教学内容相结合，如在教学“个性水杯展”时，引入实际生活中的智能产品，引导学生认识智能产品背后的原理。通过这种生动的教学方式，学生不仅能够更好地完成学习任务，还可以提升信息科技学科核心素养。同时，教师从学生的实际生活出发，讲述人工智能技术的发展，如从数字密码到指纹锁、声音锁、面部锁的发展过程，让学生在信息科技课堂上直观感受人工智能技术给生活带来的便利。2.4"教学评价由同质到个性在信息化教育推进过程中，信息科技教师应制定更合理的教学计划和目标，与学生建立起更紧密的互动关系。这就需要教师及时了解学生对课堂学习内容的接受情况。人工智能技术应用于学科教学之后，借助智能化反馈平台能够实现智能、个性、及时的学习评价，教师可以随时查看每个学生的学习情况，及时帮助学生解决学习中的难题。这样一来，教师和学生之间就可以建立实时、高效、全面的信息传递机制，优化课堂教学机制，实现教学评价由同质向个性的转变。教师在课堂中引入智能测评方法，可以自动生成评估报告。如在教学“机器人奶茶店——探秘函数”时，教师可以全面分析学生的表现，包括学生对程序性知识和操作性知识的掌握情况、动手操作情况等。教师在学生完成机器人奶茶店的项目后，利用智能技术为学生提供整体性的评估，针对具体的项目学习环节为学生提供个性化的评价和指导反馈，从而取得理想的教学效果。3"应用人工智能技术促进信息科技学科教""学改革的建议针对人工智能技术融入中小学信息科技学科教学存在的问题，需要进行理性反思。本文结合人工智能技术在中小学信息科技学科教学中的应用情况，从专业知识研究层面和教学实践层面为教学改革提供一些建议。3.1"专业知识研究层面3.1.1"学习人工智能技术相关的专业知识将核心素养培养和人工智能技术融入信息科技学科教学中，加深学生对人工智能技术的了解与掌握。定期组织教师培训，鼓励教师适应信息科技的快速发展，了解信息科技发展历程，深入领会发展特点，及时关注发展动态，增强积极应变意识。在把握育人要求和学科原理基础上，注重体现最新科技成果，优化教学内容，更新教学手段，创新教学模式。3.1.2"深入研究人工智能技术在信息科技学科教学中的应用充分认识人工智能技术在中小学