彭蓉霞
【摘 要】本文主要闡述筆者在開發(fā)“智能移動應(yīng)用開發(fā)”校本課程的過程中,如何將人工智能與App Inventor融合創(chuàng)新,設(shè)計(jì)課程內(nèi)容,構(gòu)建教學(xué)模式并進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐,從而探索出一條人工智能課程教學(xué)的有效途徑。
【關(guān)鍵詞】人工智能;課程教學(xué)模式;融合創(chuàng)新
【中圖分類號】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
【論文編號】1671-7384(2023)04-055-02
《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出:“實(shí)施全民人工智能教育項(xiàng)目,在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程,逐步推廣編程教育”;《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》將人工智能納入課程模塊。廣大一線教師面臨有新課標(biāo)、沒有新教材的難題。目前,已經(jīng)發(fā)布的一些人工智能教材中,有的教材內(nèi)容有些重理論輕實(shí)踐,制約了學(xué)生創(chuàng)造力,不利于提升學(xué)生解決問題的能力以及創(chuàng)新思維等高階思維能力;有的教材雖然有實(shí)踐模塊,但是需要硬件支撐,這給資金不足的學(xué)校帶來了困難。App Inventor是一款手機(jī)在線圖形化編程軟件,內(nèi)含人工智能組件,支持API的調(diào)用和導(dǎo)入從其他人工智能實(shí)驗(yàn)平臺訓(xùn)練好的模型,以及實(shí)時(shí)的測試。該軟件是一款非常適合開發(fā)人工智能課程的軟件。
筆者結(jié)合本校“科學(xué)教育創(chuàng)新求真”的辦學(xué)追求,將人工智能與App Inventor進(jìn)行融合創(chuàng)新,開發(fā)了“智能移動應(yīng)用開發(fā)”校本課程,課程內(nèi)容理論與實(shí)踐并重,并且不需要昂貴的硬件設(shè)備支撐。
創(chuàng)新課程內(nèi)容
在《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》和《中小學(xué)人工智能課程開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》的指導(dǎo)下,筆者設(shè)計(jì)了校本課程。課程目標(biāo)是進(jìn)行人工智能與App Inventor的融合教育,讓學(xué)生掌握人工智能技術(shù)的基本原理、具備開發(fā)人工智能App的基本技能和樹立適應(yīng)智能社會發(fā)展的責(zé)任意識。
課程內(nèi)容以“移動智能”為主題,融合人工智能技術(shù),以“聽單詞App”“背單詞App”“智能翻譯App”“拍圖識花App”“人臉檢測App”“文字識別App”為項(xiàng)目設(shè)計(jì)了六章內(nèi)容。每章內(nèi)容由人工智能產(chǎn)品體驗(yàn)、人工智能技術(shù)原理、人工智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)、人工智能App設(shè)計(jì)與開發(fā)、人工智能技術(shù)應(yīng)用前景與倫理等部分組成。
創(chuàng)新課程教學(xué)模式
筆者結(jié)合《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》中的人工智能核心素養(yǎng)框架四個(gè)領(lǐng)域的內(nèi)容和項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)施步驟,設(shè)計(jì)了課程教學(xué)模式。該教學(xué)模式分四大環(huán)節(jié)。一是感知智能。體驗(yàn)是基礎(chǔ)教育階段最重要的學(xué)習(xí)方式,也是創(chuàng)新的基礎(chǔ)和前提。在感知智能環(huán)節(jié)教師設(shè)計(jì)體驗(yàn)活動,讓學(xué)生體驗(yàn)人工智能技術(shù),感知人工智能技術(shù)在生活中的應(yīng)用。二是揭示智能。人工智能技術(shù)原理較為抽象,教師可以通過類比人類活動或者利用人工智能實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,從而揭示與驗(yàn)證基本原理。三是創(chuàng)新智能。教師創(chuàng)設(shè)項(xiàng)目情境,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案,利用App Inventor開發(fā)人工智能App,對App進(jìn)行測試與優(yōu)化,小組間進(jìn)行成果展示與評價(jià)總結(jié)。此環(huán)節(jié)是教學(xué)過程中最為重要的環(huán)節(jié),旨在讓學(xué)生在動手、動腦的實(shí)踐過程中,加深對所學(xué)知識技能的理解和掌握,學(xué)以致用,融會貫通。此環(huán)節(jié)著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新精神、計(jì)算思維能力,提升學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)。四是思辨智能。人工智能技術(shù)雖然能服務(wù)于人類和社會,但也帶來了一些負(fù)面影響。教師通過案例引導(dǎo)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)與生活中合理、規(guī)范地使用人工智能技術(shù)和評估人工智能技術(shù)帶來的法律風(fēng)險(xiǎn)。
創(chuàng)新課程實(shí)施案例
筆者在七年級15個(gè)班進(jìn)行了大班教學(xué),本文以“拍圖識花App”一課為例闡述課程的實(shí)施過程。
1.感知智能:體驗(yàn)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)
學(xué)生三人一組,每組發(fā)放一臺平板電腦,各組打開“曠視AI體驗(yàn)中心”小程序,體驗(yàn)其中的功能。體驗(yàn)完后,教師引導(dǎo)學(xué)生思考:計(jì)算機(jī)猶如我們?nèi)祟惖氖裁聪到y(tǒng)呢?它之所以能夠獲取和識別外部世界信息是依賴于什么技術(shù)呢?進(jìn)而引出計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的概念。教師繼續(xù)提問:在日常生活和學(xué)習(xí)中還有哪些產(chǎn)品應(yīng)用了計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)呢?提升學(xué)生對計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的敏感度與理解力。最后教師播放“計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用場景”的視頻,使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的巨大潛力,擴(kuò)寬學(xué)生的見識。本案例通過人工智能體驗(yàn)小程序,讓學(xué)生親身感受計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的魅力,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)的興趣,并引發(fā)學(xué)生思考,進(jìn)而引出計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。
2.揭示智能:理解計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)原理
教師引導(dǎo)學(xué)生思考小孩是怎么認(rèn)識狗的,然后讓學(xué)生類比小孩認(rèn)識狗的過程,探究計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的基本原理,提供學(xué)生計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的工作流程圖。在此過程中學(xué)生深度學(xué)習(xí),自主構(gòu)建知識,得出計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的工作流程由圖像采集、特征提取、模型訓(xùn)練、模型輸出四個(gè)基本環(huán)節(jié)構(gòu)成。接下來,教師指導(dǎo)學(xué)生利用Personal Image Classifier人工智能實(shí)驗(yàn)平臺訓(xùn)練雞蛋花與龍船花的特征模型并進(jìn)行測試,通過此任務(wù)驗(yàn)證學(xué)過的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)原理。
3.創(chuàng)新智能:開發(fā)“拍圖識花App”
教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)的生活情境:小馨跟媽媽爬山時(shí)看到山上開滿了各種花,可是很多花名小馨都不知道,如何幫助她快速地認(rèn)識這些花呢?進(jìn)而引出項(xiàng)目任務(wù):開發(fā)一款拍圖識花App。App Inventor并沒有自帶花的特征模型,學(xué)生需要將Personal Image Classifier人工智能實(shí)驗(yàn)平臺生成的模型導(dǎo)入App Inventor里。教師提供將模型導(dǎo)入App Inventor的操作方法、邏輯設(shè)計(jì)程序流程圖和挖空的半成品代碼作為腳手架,引導(dǎo)學(xué)生小組合作,根據(jù)真實(shí)需求設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)解決問題的方案,并利用App Inventor編程實(shí)現(xiàn)應(yīng)用方案,對功能進(jìn)行測試與優(yōu)化,最后在小組間進(jìn)行展示交流,聽取其他組的意見再優(yōu)化App。學(xué)生在界定問題—分析問題—制定方案—實(shí)現(xiàn)方案—反思優(yōu)化的過程中提升了解決問題的能力,發(fā)展了計(jì)算思維。學(xué)生利用人工智能實(shí)驗(yàn)平臺與App Inventor開展協(xié)同創(chuàng)新,設(shè)計(jì)和開發(fā)具有應(yīng)用價(jià)值的App,在此過程中提高了數(shù)字化合作與探究能力。
4.思辨智能:分析計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的利弊
教師引導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料,通過正反兩面的案例,分組思考、討論計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的利弊,并分享討論成果,引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的智能社會發(fā)展意識。
創(chuàng)新課程教學(xué)實(shí)踐效果
筆者應(yīng)用AI微認(rèn)證人工智能素養(yǎng)測評系統(tǒng)分別在校本課程實(shí)施前和實(shí)施后對全校七年級15個(gè)班共計(jì)612名學(xué)生進(jìn)行了人工智能素養(yǎng)測評。該測評從推理能力、編程能力、分析能力、運(yùn)算能力、知識儲備(人工智能基礎(chǔ)知識和原理)等五個(gè)維度對學(xué)生的人工智能素養(yǎng)進(jìn)行量化評估。為了反映相同樣本在課程實(shí)施前后的變化程度,筆者用SPSS 22軟件對測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行“配對樣本t檢驗(yàn)”[1]。結(jié)果顯示:通過校本課程的實(shí)施,學(xué)生的總平均成績有所提高;在校本課程實(shí)施之前和實(shí)施之后得到的數(shù)據(jù)之間有顯著性差異,本次數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)真實(shí)有效;經(jīng)過校本課程的實(shí)施,學(xué)生的人工智能素養(yǎng)得到了提升。今后,筆者將針對實(shí)踐效果中的不足進(jìn)一步優(yōu)化,將五育融合、跨學(xué)科、教學(xué)評一體化理念融入課程開發(fā)與實(shí)踐中,不斷探索人工智能與App Inventor融合創(chuàng)新的方式。
注:本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題“基于App Inventor的初中人工智能校本課程開發(fā)與實(shí)施”(課題批準(zhǔn)號:FJJKZX21-410)研究成果
參考文獻(xiàn)
楊希. 基于STEAM理念的高中App Inventor創(chuàng)意編程課教學(xué)研究[D]. 石家莊:河北師范大學(xué),2019.
作者單位:福建廈門雙十中學(xué)海滄附屬學(xué)校
編? ?輯:馮艷艷