李燕濤 袁月麗

【摘 要】人工智能的發(fā)展，有利于數(shù)字化學(xué)習(xí)工具的教育應(yīng)用。以培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)為目標進行人工智能課程設(shè)計與教學(xué)，凸顯了人工智能時代學(xué)習(xí)工具的特色。本文結(jié)合教學(xué)實踐，以“AI天工造物”一課為例，嘗試構(gòu)建項目式教學(xué)模式，提升學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)，探討數(shù)字化學(xué)習(xí)工具評價在學(xué)校教學(xué)中的應(yīng)用策略。

【關(guān)鍵詞】人工智能；項目式學(xué)習(xí)；數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新；數(shù)字化學(xué)習(xí)工具

【中圖分類號】G434? ?【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）06-052-03

人工智能技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)規(guī)模增加、計算能力增強和行業(yè)應(yīng)用能力提升等顯著特征[1]。人工智能技術(shù)支撐下的教育生態(tài)，學(xué)生的學(xué)習(xí)邁向個性化，教師開展精準化教學(xué)，學(xué)校實現(xiàn)智能化管理。教師利用數(shù)字化工具更好地推動初中生的數(shù)字化學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在體驗中理解人工智能原理[2]；根據(jù)學(xué)生特點開展有趣味的人工智能項目式教學(xué)課程，以賽促學(xué)，設(shè)計創(chuàng)新性數(shù)字化作品，在解決問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生人工智能學(xué)科素養(yǎng)。學(xué)生通過本學(xué)科學(xué)習(xí)之后，逐步形成人工智能關(guān)鍵能力、必備品格與價值觀念，并將人工智能技術(shù)遷移到生活中以解決實際問題。

人工智能課程教學(xué)思路

人工智能課程教學(xué)概念通常界定為以人工智能作為學(xué)習(xí)內(nèi)容，體驗技術(shù)，并對技術(shù)應(yīng)用蘊含的原理、創(chuàng)新方法進行學(xué)習(xí)，借助課程配套的實驗裝備，驗證測試原理并進行創(chuàng)新性的應(yīng)用，通過機器自動對信息采集、分析、處理、執(zhí)行的一系列過程模擬真實場景問題的實踐性課程。在初中階段開設(shè)人工智能課程，借助人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)，打造一個智能化教育生態(tài)，通過線上和線下相結(jié)合的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能時代的教育教學(xué)創(chuàng)新。

1.基于項目的課程教學(xué)

何謂初中生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)？在初中階段，學(xué)生通過選用合適的數(shù)字設(shè)備、平臺和資源，有效地管理學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)資源，開展基于項目式的探究性學(xué)習(xí)，創(chuàng)造性解決真實問題，從而培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力（圖1）。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中積極參與創(chuàng)新實踐活動，理解和內(nèi)化知識技能，體驗創(chuàng)新的艱辛和成功的樂趣，注重的是項目完成過程，而不是最終的結(jié)果。

圖1? 項目式教學(xué)思維導(dǎo)圖

根據(jù)教學(xué)需求，筆者選擇AI編程，設(shè)計思路如圖2所示。從課標到教材，從內(nèi)容到方法，這樣的設(shè)計能讓學(xué)生擁有更為廣闊的探究空間。

圖2? “AI天工造物”課設(shè)計思路

2．注重學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)真實體驗

人工智能課程教學(xué)為學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)提供了新視角，根據(jù)學(xué)生體驗的深度從下而上分為本能層、行為層、反思層三個層次（圖3）。感官體驗激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源助力學(xué)生體驗資源的交互、生成等智能化功能，提高學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)素養(yǎng)。符合學(xué)生從淺層次外在感知逐步走向深層次情感認同的認知規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生從個性化發(fā)展到情感價值觀塑造。

圖3? 智能時代數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的學(xué)生體驗?zāi)Ｐ?/p>

3.提倡多元評價

教師利用問卷星、騰訊文檔在線收集、UMU互動、Storyline等搭建多維度、多主體參與的多元評價方式[3]，鼓勵學(xué)生將項目活動中編寫好的程序截圖或拍攝視頻后提交；指導(dǎo)學(xué)生錄制作品視頻時選擇容易操作的錄頻軟件，如全能錄屏助手、迅捷屏幕錄像等軟件，確保視頻畫面穩(wěn)定，用通俗易懂的語言介紹作品功能，展示亮點。多元評價采取幾種評價相結(jié)合的方式。

（1）自評。側(cè)重分析小組成員的評價策略，如何對項目頭腦風(fēng)暴，發(fā)現(xiàn)問題，對主題活動目標進行數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，如何分工，如何解決問題等，量化對比找差距。

（2）互評。要求團隊成員按照組長分工，查看和點評他組作業(yè)至少6份。從信息意識、計算思維、小組協(xié)作、數(shù)字化創(chuàng)新等方面進行多維度評價。學(xué)生通過數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺查看其他小組上傳的數(shù)字化作品，充分發(fā)揮自主及合作能力，關(guān)注作品設(shè)計亮點，提升運用數(shù)字化資源與工具解決生活中實際問題的綜合能力。

（3）師評。教師評價既要從學(xué)生信息意識和計算思維課程設(shè)計進行評價，還要從學(xué)生數(shù)字化作品的創(chuàng)作和整合能力等方面進行綜合評價，分析存在的不足及需繼續(xù)完善的方向。

人工智能賦能課堂精準化教學(xué)

如何借助數(shù)字化學(xué)習(xí)創(chuàng)造性地解決問題？通過人工智能課程的教學(xué)實踐，筆者選擇適合項目式學(xué)習(xí)的環(huán)境、創(chuàng)意、活動、交流的教學(xué)模式，學(xué)生能夠積極主動地運用數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺進行學(xué)習(xí)與創(chuàng)新活動。在活動過程中，學(xué)生專注知識創(chuàng)新和實際應(yīng)用，實現(xiàn)教學(xué)目標，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)。教學(xué)環(huán)節(jié)以人工智能項目式教學(xué)“AI天工造物之食品分類”為例來說明。

1.創(chuàng)真實情境

教師視頻導(dǎo)入：冬奧會冰雪之旅，“冰雪精靈”賽車在賽場上按照比賽路線依次抵達檢錄區(qū)，錄入人臉信息；抵達休息區(qū)，識別食品；抵達比賽區(qū)，比賽計時，完成頒獎；最終抵達終點，完成冰雪旅程。學(xué)生看完視頻后，教師設(shè)問：如何幫助“冰雪精靈”賽車在2分鐘內(nèi)按照既定路線完成各個賽區(qū)的任務(wù)呢？如果你能提前完成，每提前1秒加1分。

本項目以學(xué)生幫助冰雪精靈賽車完成比賽作為驅(qū)動，開展真實情境的學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新意識，進而解決實際問題。

2.分析問題，設(shè)計方案

教師引導(dǎo)學(xué)生使用人工智能實驗教具——Futuristic AI小車的基本應(yīng)用，對AI小車形成感性認識， 根據(jù)賽區(qū)完成的任務(wù)需求，建模并設(shè)計“冰雪精靈賽車”的創(chuàng)意雛形（圖4）。本階段是AI知識、技巧掌握的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在設(shè)計過程中，學(xué)生分析問題特征，教師幫助學(xué)生在數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺上合理地甄別學(xué)習(xí)資源，拓寬視野，引導(dǎo)學(xué)生有效地解決問題，實現(xiàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)。

圖4? 學(xué)生設(shè)計的賽車雛形

3.引導(dǎo)解惑，活動驗證

教師請學(xué)生觀察賽車前進時輪子轉(zhuǎn)動方向是怎樣的？接著示范編寫前進的程序，學(xué)生編寫后退程序。教師指導(dǎo)學(xué)生小組協(xié)作探究小車轉(zhuǎn)向的幾種方式，編寫程序測試不同轉(zhuǎn)向方式的效果，用時最短優(yōu)先選擇。學(xué)生用履帶、編碼電機及手動遙控程序，在起點、檢錄區(qū)、休息區(qū)、比賽區(qū)、終點的路程中，控制機器人移動；用超聲波傳感器和測距程序在檢錄區(qū)測量機器到目標的距離，并語音合成播報和顯示。

教師拋出問題：食品分類識別的奧秘是什么呢？學(xué)生只需要打開攝像頭并拍下方塊上的文字就可以識別食物的種類。學(xué)生用攝像頭、人臉識別程序、印刷數(shù)字文字識別程序，在檢錄區(qū)、休息區(qū)和比賽區(qū)，分別進行人臉錄入、人臉身份驗證、數(shù)字識別、文字識別。本活動中，學(xué)生編寫分類程序，建立一個訓(xùn)練模型，將類似的詞分別輸入兩個框中，然后進行“模型訓(xùn)練”，在大數(shù)據(jù)庫，訓(xùn)練模型時就從數(shù)據(jù)庫中找到同類的并分配。這樣一來，在運行時就可以隨意調(diào)用這些數(shù)據(jù)并分類。

4．拓展交流，概念轉(zhuǎn)化

教師提問：在日常訓(xùn)練中也會出現(xiàn)識別錯誤的現(xiàn)象，那么這又是為什么呢？（縱向拓展）學(xué)生各抒己見，如攝像頭拍攝方塊上的食物文字，方塊上的字與其他類別的食品名字相似度太高，如蘋果、蘋果汁，我們在模型訓(xùn)練時盡可能多地輸入詳細的詞條，避免失誤。學(xué)生經(jīng)過思考提出優(yōu)化解決方案：事先建立分類模型，再新建三個模型，在每一個模型中，首先通過輸入文本，輸入十個以上的文字數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行人工分類；之后讓計算機根據(jù)這些數(shù)據(jù)的相關(guān)特點建立模型，對于每一種模型，先根據(jù)第一個數(shù)據(jù)建立模型，再結(jié)合后面的相關(guān)數(shù)據(jù)進行矯正，最后形成一個相對準確的模型。每一類建立一個模型，然后進行模型訓(xùn)練，訓(xùn)練出準確的模型，再通過攝像機將圖像識別成文字，拍攝識別文字，將錄入的文字與這些模型進行對比，選擇相似度最高的一個模型進行模型分類，最終確定分類結(jié)果。如輸入火龍果，則輸出結(jié)果為水果，這樣完成食品分類。

在新的情境活動中，教師引導(dǎo)學(xué)生對發(fā)現(xiàn)的新問題進行矯正，訓(xùn)練準確模型，進行有效的數(shù)據(jù)模型建立，從而優(yōu)化方案，提升了數(shù)字化創(chuàng)新能力。學(xué)生在交流拓展中深化新知識和內(nèi)容，在挑戰(zhàn)中體驗成就感。

基于項目式的教學(xué)模式，從問題情境、興趣引入、活動組織、活動評價、問題解決這些環(huán)節(jié)既相對獨立，又緊密聯(lián)系，組成了人工智能課程教學(xué)的閉環(huán)。其蘊藏著由淺入深培養(yǎng)學(xué)生問題探究能力的教學(xué)理念，從深刻理解原理到逐級探索創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生由概念轉(zhuǎn)變到知識體系建構(gòu)的人工智能數(shù)字化創(chuàng)新思維提升能力。

人工智能課程教學(xué)反思

1.項目式教學(xué)激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新欲

在項目式教學(xué)實踐中，教師要將生活中人工智能應(yīng)用的事物和現(xiàn)象融入課程，拓展并豐富中學(xué)階段人工智能課程教學(xué)目標和內(nèi)容向更深層次的發(fā)展。同時，教師在課程中應(yīng)用相關(guān)人工智能硬件和成熟的智慧課堂系統(tǒng)，降低對學(xué)生人工智能知識儲備要求，更有益于教師普及性教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的探索欲望。

2.巧用教具助力培養(yǎng)學(xué)生高階思維

教師選擇適合學(xué)生的人工智能實驗教具，根據(jù)問題需求，搭建集功能性和個性化于一體的模型，如學(xué)生可以通過AI圖形化的方式實現(xiàn)程序功能，降低他們文本編程對編程能力的要求，從而將更多的注意力和精力投入到體驗和實踐人工智能作品創(chuàng)作上，力圖發(fā)展學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)能力。教師要注重從學(xué)生問題解決能力、創(chuàng)新思維開發(fā)和團隊合作等方面綜合考慮、評價，致力于提高初中學(xué)生的人工智能創(chuàng)新素養(yǎng)和項目開發(fā)能力。

結(jié)? 語

人工智能教育能夠培養(yǎng)學(xué)生“巧做事”，享受個性化教育。智能化的教育生態(tài)，讓學(xué)生領(lǐng)悟到課程學(xué)習(xí)目標的新穎和獨特，改變了教師的教育理念及教學(xué)模式。以現(xiàn)實問題的解決為導(dǎo)向，借助各種數(shù)字化學(xué)習(xí)資源開展項目式學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠輕松地參與探討、積極實踐，從而培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)。

參考文獻

盧宇. 智能時代的中小學(xué)人工智能教育：總體定位與核心內(nèi)容領(lǐng)域[J]. 中國遠程教育，2021（5）： 22-32.

謝忠新，曹楊璐，李盈. 中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計探究[J]. 中國電化教育，2019（4）： 22-27.

項慧芳. 中小學(xué)普及型人工智能課程教學(xué)實踐探究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021（12）： 31-34.