摘要：本文探討了高中信息技術(shù)教材在使用過程中的主線設(shè)計(jì)，提出要結(jié)合學(xué)生需求、真實(shí)情境和科技發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)項(xiàng)目范例和教學(xué)環(huán)節(jié)主線，并以《剖析領(lǐng)域知識(shí)智能問答機(jī)器人》一課為例，設(shè)計(jì)了“識(shí)、明、智、審”的教學(xué)流程，旨在增強(qiáng)學(xué)生對(duì)智能問答系統(tǒng)的理解和應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù)；教材研用；教學(xué)主線；智能問答系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）15-0068-03

研讀教材的主要目的是幫助教師構(gòu)建完整的學(xué)科邏輯體系，從而深入理解不同模塊、單元內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)，把握教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，確保教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。而高中信息技術(shù)教師在應(yīng)用教材開展教學(xué)時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)“過分拘泥于教材”“完全脫離教材”等問題。筆者根據(jù)教學(xué)實(shí)踐提出，在“使用”教材時(shí)，教師不僅要考慮學(xué)生的實(shí)際學(xué)情和需求，還要結(jié)合科技發(fā)展的現(xiàn)狀，選擇科學(xué)的教學(xué)方法和策略優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容及實(shí)施路徑，進(jìn)而更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率。下面，筆者以“主線創(chuàng)建”為視角，以《剖析領(lǐng)域知識(shí)智能問答機(jī)器人》一課為例，探討高中信息技術(shù)教材研用的做法與收獲。

問計(jì)于生，設(shè)計(jì)真實(shí)情境的項(xiàng)目范例主線

本課例出自粵教版高中信息技術(shù)必修一《數(shù)據(jù)與計(jì)算》“6.1.2剖析領(lǐng)域知識(shí)智能問答機(jī)器人”。教材以“剖析空調(diào)企業(yè)智能客服機(jī)器人”作為項(xiàng)目范例，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)人工智能典型應(yīng)用，并通過剖析，了解智能信息處理的巨大進(jìn)步和應(yīng)用潛力，認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用。在實(shí)際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)“客服”機(jī)器人的情境認(rèn)同感和興趣并不高。如何更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知水平和真實(shí)情境的項(xiàng)目范例呢？

筆者采用了“問計(jì)于生”的方式，即在前期通過問卷調(diào)查和訪談的形式，收集學(xué)生最感興趣的話題，并據(jù)此設(shè)計(jì)項(xiàng)目范例主題。在實(shí)際教學(xué)中，根據(jù)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，筆者將教材中原來的“企業(yè)智能客服機(jī)器人”調(diào)整為學(xué)生提出的“智能學(xué)習(xí)助手”，這樣不僅能提升更多學(xué)生的體驗(yàn)興趣，還可以在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合其不同的愛好與需求將“領(lǐng)域”進(jìn)行聚焦重構(gòu)。此外，在“6.2 人工智能的應(yīng)用”案例中，筆者仍以智能教育為重點(diǎn)，延續(xù)AI在學(xué)習(xí)領(lǐng)域的剖析，讓本章的探究與學(xué)習(xí)有統(tǒng)一的項(xiàng)目主線，從而將問答系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、認(rèn)識(shí)人工智能、人工智能的應(yīng)用等單元知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行有序串聯(lián)，讓項(xiàng)目范例更具示范性和實(shí)效性。

跨學(xué)科融合，設(shè)計(jì)能啟發(fā)思考和引導(dǎo)實(shí)踐的探究問題

要想提高學(xué)生項(xiàng)目探究的積極性和實(shí)效性，還要輔以具體的探究問題。例如，“智能學(xué)習(xí)助手”仍然是一個(gè)比較“泛”的概念，在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生的起點(diǎn)和興趣不同，教師要找到一個(gè)深淺適度的探究問題，讓學(xué)生都感興趣，并適合用AI問答系統(tǒng)提問和分析。在此過程中，筆者嘗試跨學(xué)科融合，結(jié)合語文、英語、歷史等學(xué)科具體問題，引導(dǎo)學(xué)生使用AI問答系統(tǒng)去提問。通過不斷嘗試，筆者最終設(shè)計(jì)了“我國秦朝以來歷朝都城變遷有何規(guī)律”這一探究問題，激發(fā)了學(xué)生興趣。同時(shí)，AI系統(tǒng)的回答也具備多樣性，比較適合進(jìn)行對(duì)比分析。

目標(biāo)導(dǎo)向，設(shè)計(jì)張弛有度的教學(xué)環(huán)節(jié)主線

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的具體要求和教材的內(nèi)容在落實(shí)到每節(jié)課時(shí)，有著不同的教學(xué)目標(biāo)與實(shí)施重點(diǎn)。例如，在設(shè)計(jì)“剖析領(lǐng)域知識(shí)智能問答機(jī)器人”項(xiàng)目時(shí)，筆者將目標(biāo)聚焦于幫助學(xué)生了解并體驗(yàn)智能問答系統(tǒng)，剖析其工作原理，明白智能問答系統(tǒng)如何通過數(shù)據(jù)（知識(shí)庫）和算法（相似度計(jì)算）等實(shí)現(xiàn)對(duì)自然語言問題的處理，從而理解問答系統(tǒng)的基本模塊及其作用。同時(shí)，在內(nèi)容上，本節(jié)課的知識(shí)密度較高，因此，如何根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的重要性、難度，設(shè)計(jì)一條清晰的課堂教學(xué)主線，保障目標(biāo)在探究實(shí)施活動(dòng)中逐步達(dá)成，成為本課面臨的一大難點(diǎn)。筆者的做法是以目標(biāo)為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)張弛有度的教學(xué)環(huán)節(jié)主線，即將重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)和算法上：數(shù)據(jù)以知識(shí)庫的內(nèi)容體現(xiàn)；算法則主要結(jié)合教材中的Jaccard相似度系數(shù)算法。在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)了體驗(yàn)AI應(yīng)用、剖析相關(guān)算法、了解工作過程、理解AI問答系統(tǒng)等環(huán)節(jié)，最終提煉出“識(shí)、明、智、審”作為教學(xué)環(huán)節(jié)的主線，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，通過教學(xué)環(huán)節(jié)的不同時(shí)間分配，讓課堂的探究活動(dòng)有清晰的線索，最終解決兩個(gè)重難點(diǎn)問題，落實(shí)教學(xué)目標(biāo)。

基于教材，開展教學(xué)

1.識(shí)—問題導(dǎo)入、體驗(yàn)分析

情境導(dǎo)入：高中生小涵想構(gòu)建一個(gè)歷史知識(shí)問答機(jī)器人CHAI博士，請(qǐng)幫小涵剖析如何讓CHAI博士實(shí)現(xiàn)歷史知識(shí)的人機(jī)問答？

活動(dòng)一：認(rèn)識(shí)智能問答系統(tǒng)。

①人機(jī)共答問題：“我國秦朝以來歷朝都城變遷有何規(guī)律？”（這也是測(cè)試“CHAI博士”問答能力的問題）

②學(xué)生思考：AI能回答這類開放性的問題嗎？

③教師演示。

④學(xué)生體驗(yàn)：打開“CHAI博士.py”程序→運(yùn)行程序→開展人機(jī)問答→分析AI的回答，思考它需要具有哪些知識(shí)才能回答此類問題。

⑤師生分析：對(duì)比人的思維過程，分析CHAI博士從接收問題到給出答案之間可能的“思維過程”：獲取問題→提取問題關(guān)鍵信息→搜尋知識(shí)庫→分析數(shù)據(jù)尋找規(guī)律→做出回答。

2.明—知識(shí)為基、原理剖析

活動(dòng)二：剖析智能問答系統(tǒng)—剖析CHAI博士的知識(shí)庫及其重要性。

①教師展示，學(xué)生觀察：提供“CHAI博士的知識(shí)庫.txt”資料，查看已有知識(shí)。

②教師演示，學(xué)生實(shí)驗(yàn)：運(yùn)行“CHAI博士問答機(jī)器人一代.py”程序，提問知識(shí)庫中已有的問題、沒有的問題及測(cè)試問題，分析“CHAI博士問答機(jī)器人一代.py”回答問題的“水平”、原理、不夠智能的表現(xiàn)。（結(jié)論：CHAI博士一代只能回答與知識(shí)庫中一模一樣的問題）

③學(xué)生思考并回答：根據(jù)CHAI博士現(xiàn)在的知識(shí)庫內(nèi)容，它可以將測(cè)試問題回答到哪種程度？（結(jié)論：能部分回答“我國秦朝以來歷朝都城”，但是缺少各都城詳細(xì)的數(shù)據(jù)與知識(shí)，無法總結(jié)變遷規(guī)律）

④教師講授新知：介紹專家文檔庫相關(guān)知識(shí)，提供可以構(gòu)建歷史領(lǐng)域知識(shí)的專家文檔庫，從而讓CHAI博士具備歷史知識(shí)問答的知識(shí)基礎(chǔ)。

3.智—算法優(yōu)化、智能問答

活動(dòng)三：剖析如何優(yōu)化算法，讓CHAI博士更“智能”。

①啟發(fā)思考：如何讓CHAI博士可以尋找相似的問題進(jìn)行解答，或找到相關(guān)問題用于學(xué)習(xí)分析？

②引出算法：學(xué)生閱讀教材，了解Jaccard算法。

③新知講授：相似度系數(shù)的作用；用Jaccard算法計(jì)算相似度系數(shù)的方法。

④教師演示，學(xué)生實(shí)驗(yàn)：打開“CHAI博士的知識(shí)庫.txt”，找一個(gè)庫存問題（如“漢朝的首都是哪兒？”，記為QN），并記住它的答案→打開“分詞并計(jì)算相似度.py”程序，用程序計(jì)算QN及其相似問句（如“漢朝的首都？”，記為QA）的Jaccard相似度系數(shù)→運(yùn)行“CHAI博士問答機(jī)器人二代.py”程序，修改判斷用戶提問QA和庫存問題QN是否相似的判斷條件，運(yùn)行并觀察程序是否會(huì)輸出相似問題的答案，分析如何結(jié)合相似度系數(shù)讓比對(duì)條件設(shè)置得更合理。（例如，if jac≥0.5就是程序中設(shè)定的判斷語句，jac變量值就是實(shí)際計(jì)算得到的QA和QN的Jaccard相似度系數(shù)）

結(jié)合問題，理解新知：結(jié)合活動(dòng)三中發(fā)現(xiàn)的問題（如即使找到相似問題進(jìn)行回答，也依然存在不篩選所有符合條件的候選問句等不足），進(jìn)一步思考還可以怎樣讓問答系統(tǒng)更智能，加深對(duì)相似度計(jì)算、答案抽取、問題理解等模塊和問答系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理解（如下圖）。

4.審—勤疑善問、合理使用

活動(dòng)四：思考如何合理使用智能問答系統(tǒng)。

利用問答案例，啟發(fā)學(xué)生思考：通過對(duì)CHAI博士幾個(gè)程序在本節(jié)課中的回復(fù)分析，提醒學(xué)生對(duì)智能問答的結(jié)果要在知識(shí)、數(shù)據(jù)、算法、程序等方面進(jìn)行驗(yàn)證，合理使用，保持獨(dú)立的思考和辨析，即勤疑善問、合理使用。

反思

一是要明確教學(xué)理念，融入更多信息社會(huì)責(zé)任思辨環(huán)節(jié)。相比教學(xué)生體驗(yàn)和使用各種AI，讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)審辨式思考，并培養(yǎng)其探究意識(shí)和探究能力更為重要。

二是要與時(shí)俱進(jìn)，選用或搭建適合的數(shù)字化工具。

該課例需要體驗(yàn)和分析智能問答系統(tǒng)，在實(shí)際教學(xué)中，由于各AI平臺(tái)都需要驗(yàn)證登錄，筆者沒有直接使用AI平臺(tái)，而是借助模型調(diào)用，結(jié)合本課內(nèi)容重點(diǎn)編寫便于調(diào)用和體驗(yàn)的智能問答程序。這體現(xiàn)了信息技術(shù)學(xué)科與時(shí)俱進(jìn)的時(shí)代特征，也體現(xiàn)了提升數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力的學(xué)科價(jià)值。

三是要根據(jù)目標(biāo)，合理設(shè)計(jì)教學(xué)支架和教學(xué)環(huán)節(jié)。由于課堂條件有限，學(xué)生不一定有足夠的時(shí)間從頭到尾完整編寫程序，因此，如何合理設(shè)計(jì)教學(xué)支架和環(huán)節(jié)顯得尤為重要。在本課例中，將四個(gè)知識(shí)點(diǎn)均衡分配時(shí)間顯然是不合理的，所以，為了讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中感受到數(shù)據(jù)與算法的重要性，筆者提供了不同版本的簡(jiǎn)易AI程序作為學(xué)習(xí)支架，這既可以為后續(xù)讓學(xué)生完善程序開展探究做鋪墊，也能夠滿足教材中對(duì)于智能問答系統(tǒng)的要求。

參考文獻(xiàn)：

胡長權(quán).新課程背景下的信息技術(shù)新教材初探[J].中國教育信息化，2010（22）：31-32.