【一等奖小学信息科技AI赋能教学论文】GAI在小学信息科技教学中的应用研究——以“从编码到解码”为例

GAI在小学信息科技教学中的应用研究

——以“从编码到解码”为例

【摘要】：信息科技教学正面临学生差异化需求难以满足的困境。生成式人工智能(GAI)的技术特性与教育应用具有可行性，因此提出以学科核心素养为导向的新型教学解决方案。研究设计“从编码到解码”教学框架，旨在面向学科核心素养，采取实证研究验证效果。实践证明，GAI可为学生提供个性化指导，提高学生学习兴趣，突破学生的最近发展区，提升学生创新能力与综合能力。

【关键词】：生成式人工智能；GAI；信息科技；核心素养；编码与解码

在教育数字化转型的浪潮下，AI已走进日常教学。国务院2017年印发《新一代人工智能发展规划》提出，实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程。《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》(简称课标)强调信息科技课程要反映数智时代正确育人方向，并提出3～6年级学生应初步体验AI。教育部办公厅2024年印发《关于加强中小学人工智能教育的通知》，提出要加强中小学人工智能教育，强化人工智能赋能教育。将生成式人工智能(GAI)融入教学，或有助于破解小学信息科技教学难以满足学生差异化需求的困境。

自2022年版课标出台后，小学信息科技教育走进了教学改革的深水区。实际调查发现，信息科技教学在教育变革阶段存在三方面问题。一是教材深度不足，问题情境散乱。一方面是课时分配失衡：课标强调“大概念”和“真实性学习”，而教材中多为单元场景，使得知识内容与课时分配不均。另一方面是情境设计薄弱：教学情境与知识贴合程度不够，弱化了知识的深度与广度。二是教学资源结构性不足。新版教材虽配置了国家中小学智慧教育平台的资源，但存在过于强调学生体验、原理探究不够详细、基础操作不够扎实等问题。三是学习动机困境。课标强调培养学生的计算思维、问题解决能力，但部分教材过度简化操作技能[2]，导致学生缺乏必要的技术支撑去实现思维目标。

GAI是可以生成高质量文本、图片、视频及其他格式内容的大模型。结合现有研究，GAI在教学中具备三方面优势。一是可生成本地化情境。课标强调“真实性学习”，GAI可以快速生成贴近学生学习需求的情境案例，教师可依据教学内容选取适配度高的教学情境，保障课程的逻辑性与连贯性。二是开发多样化教学资源。GAI可辅助教师设计可视化模拟实验，如物理教学中的匀速直线运动、匀加速运动等，或制作练习程序、快速出题等。三是建立自适应学习支持。GAI可动态调整题目难度，为学生提供分步指导，分层拓展任务。GAI训练的智能体还可与学生对话，为其提供个性化拓展平台。

可见，GAI给教学带来了机遇与挑战，面对数智时代的发展趋势，教师应成为教育教学的掌控者，理智决策GAI的使用策略。

在多项政策的大力推行下，GAI应用于教学逐渐成为常态。但其将带来怎样的变革，还需在实践中进一步探索。本研究以江苏凤凰科学技术出版社《信息科技(四年级上册)》的“从编码到解码”一课为例，探寻GAI赋能信息科技教学的路径。

首先，教师通过解读教学目标、分析教学内容，发现本节课的重点是让学生理解编码与解码的内涵。教学中借助GAI，将概念的抽象化理解过程可视化，帮助学生更好地理解原理与方法。其次，教材中的情境仅涉及交警手势信号解码和像素编码游戏，与学生的连接性较弱。对此，可使用GAI创生动画情境，从而提高问题情境的吸引力。最后，本研究聚焦信息科技素养培养，结合现有数智技术，设计了教学框架(图1)，把教学内容与GAI充分融合，发散学生思维，深度挖掘编(解)码原理与作用。

图1教学过程与框架

第一，教材分析。四年级上册教材强调数据在信息社会中的重要作用，阐明了数据编码让信息得以有效利用的意义。常见的教学误区是过于侧重讲解生活中的编码方式。本节课更应侧重信息传递过程中的编码与解码过程。教师应设定情境，通过完成多次、多种传输，让学生了解编码的发展史与当前数据传输过程中常见的编(解)码方式。

第二，教学背景分析。本节课的教学对象为四年级学生。首先，调查发现，学生已初步了解数字化传输的方法，但对编码转换存在困惑。本节课需为学生提供学习支架，帮助学生理解信息编(解)码的步骤与原理。其次，学生对于从专用编码到数字化编码的关系逻辑存在认知混乱，需梳理编码的发展史与编码的分类。最后，学生正处于信息科技素养启蒙的关键阶段，可设定“抗美援朝”教学情境，借助GAI工具具象化呈现像素、音视频编码原理，既贴合学生直观认知需求，又有助于培养其信息社会责任。

本节课设计了任务主线与素养主线，两条主线相交融。具体活动如下。

1.创设情境，破解手势编码

此环节的GAI支持：创设数字人“种花匠”、AI手势编码(图2)。教师渲染情境：播放背景音乐、展示时代宣传标语，介绍主人公数字人“种花匠”出场。以“抗美援朝”背景下的情报传递为起始任务，与“种花匠”对话，体验“部队考核”。学生借助手势编码表解码指令，成功让其进入部队，引出编码、解码主题。此环节核心素养培养聚焦信息意识：学生接触、分析和处理各种形式的信息编码，可逐渐培养学生对信息的敏感度和洞察力。