摘要：本研究旨在通過“空氣溫度監(jiān)測智能管家”項目實踐活動，深入觀察和分析課堂教學的實際情況，識別并診斷可能存在的問題，總結(jié)教學過程中的常見誤區(qū)和挑戰(zhàn)，并探索有效的改進策略及實踐路徑，以期在未來的課堂教學中能夠更有效地應對即時出現(xiàn)的問題，為學生提供一個能夠自由發(fā)揮創(chuàng)造力、培養(yǎng)批判性思維和展示個人才能的環(huán)境。

關鍵詞：深度學習；信息科技；項目實踐

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）20-0000-05

課例研究背景

在人工智能課程的教學實施中，筆者根據(jù)課時安排將教學單元的主題細化為一系列微項目，以促進知識的系統(tǒng)化學習。但在教學實施過程中，遇到了若干挑戰(zhàn)，主要涉及：①中學人工智能教學實踐注重在真實情境中“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”。[1]它強調(diào)通過抽象、分解、建模和算法設計等思維活動，培養(yǎng)計算思維核心素養(yǎng)，而素養(yǎng)的深處就是“思維”，“思維”的養(yǎng)成則是深度學習的體現(xiàn)，這就需要形成一個可實施的參考路徑。②再學科實踐中，協(xié)作學習的重要性不言而喻，而如何發(fā)揮小組全員參與學習任務，讓協(xié)作學習真實、有效，是亟待解決的問題。

《深度學習：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）》一書提出了深度學習的五個關鍵特征：①聯(lián)想與結(jié)構(gòu)：經(jīng)驗與知識的相互轉(zhuǎn)化；②活動與體驗：學生的學習機制；③本質(zhì)與變式：對學習對象進行深度加工；

④遷移與應用：在教學活動中模擬社會實踐；⑤價值與評價：“人”的成長的隱性要素。[2]當前，信息科技課堂教學面臨一些問題，其中的核心問題是如何把握知識原理和體驗活動的關系。而深度學習的五個特征體現(xiàn)了如何處理教學活動各要素間的關系以實現(xiàn)深度學習。因此，筆者針對“如何在人工智能教學實踐中，真正讓學生全身心投入其中、參與其中，獲得幸福感，獲得思維的生成，獲得真學習”這一問題展開研究，以課堂教學為主陣地，在教學中踐行深度學習理念。下面，SxADeGrZd7yF8iufOpi/5Q==筆者以“空氣溫度監(jiān)測智能管家”項目實踐為例，具體談談深度學習視角下的初中信息科技學科實踐路徑。

課例研究設計思路

1.研究課例

本研究選用創(chuàng)造栗人工智能教學設備，采用語音識別套件進行教學，以創(chuàng)造栗編程軟件作為計算思維培養(yǎng)工具。選擇程序中的重難點知識——將if分支結(jié)構(gòu)作為教學內(nèi)容，本課例涉及if單分支結(jié)構(gòu)、雙分支結(jié)構(gòu)和嵌套分支結(jié)構(gòu)的運用等知識點。

2.研究對象

本研究的研究對象為筆者所在學校七年級的學生。其中，大部分學生在小學階段接觸過可視化編程，還有的學生接觸過人工智能的簡單應用，可以獨立完成一些簡單的編程作品，可以應用人工智能設備模擬場景應用并解決問題。

3.研究方法

①行動研究法。行動研究法需要經(jīng)歷“提出問題—假設—驗證—結(jié)論”幾個步驟，每一個步驟都是基于上一個步驟的螺旋上升和迭代優(yōu)化。

②課堂觀察法。課堂觀察法對課堂中教師的提問、學生的學習、師生的互動、小組合作、重難點突破等方面進行記錄、分析和研究，以通過他人視角來改善教師的教和學生的學。

課例研究實踐

1.原生態(tài)問題呈現(xiàn)，預設與生成的矛盾分析

在首輪行動研究中，教師實施了為期2課時的連續(xù)教學實踐。該實踐旨在讓學生在智能溫度傳感器的應用場景中，通過小組合作，體驗問題解決過程，深入感受程序設計的魅力。本課例的教學設計由授課教師獨立完成，而研究人員則從課堂學習效果和學生活動的角度對課堂進行了深入分析。盡管課堂氛圍活躍，學生參與度較高，但筆者發(fā)現(xiàn)預設的教學活動與實際生成的學習過程存在顯著的矛盾。

（1）教學活動設計的預設

在第一輪行動研究中，教師制訂了如表1所示的活動方案。

（2）第一輪行動研究的分析與診斷

第一，任務設計在難度遞增上連貫性不夠。在任務一“監(jiān)測冷熱溫度”中，學生依賴基本的“如果……否則……”邏輯結(jié)構(gòu)來執(zhí)行判斷，這一過程相對直接。然而，當進入任務二“實時監(jiān)測溫度并實現(xiàn)高溫預警”時，學生需要掌握嵌套分支結(jié)構(gòu)，要同時對三個不同的溫度區(qū)間進行評估，并通過流程圖來清晰地展示這些邏輯關系。這一環(huán)節(jié)是課程的核心和最具挑戰(zhàn)性的部分，學生在從簡單到復雜的過渡中表現(xiàn)欠佳。分析原因：①教師在從任務一過渡到任務二時未能提供充分且有效的指導，以幫助學生克服難點；②缺乏適當?shù)膶W習支架，限制了學生自主學習能力的提升。因此，任務設計未能有效引導學生解決問題，可能導致學生在面對挑戰(zhàn)時感到迷茫和無助，進而影響他們的學習興趣和動力。

第二，學生對溫度變化感知的局限性。學生在監(jiān)測不同溫度范圍時難以獲得直觀體驗。本任務涉及的溫度監(jiān)測范圍為：22～26℃（舒適區(qū)）、低于22℃（寒冷區(qū)）和高于26℃（炎熱區(qū)）。這種不顯著的溫度變化使得教師難以準確評估學生的學習進度和成效。此外，僅通過LED燈的顏色變化來指示溫度范圍，無法為學生提供溫度變化的直觀感受，這與實際生活應用中對精確度的需求不符，削弱了學科實踐的教育意義。

第三，問題預設與思維過程的淺層性。在任務一至任務三中，教師提供的解決方案較為單一，傾向于將學生引導至預設的教學框架內(nèi)，而非拓展其思維，實現(xiàn)深度學習。特別是在任務三——實時監(jiān)測溫度并觸發(fā)高溫報警器的設計中，學生在完成高溫警報功能時表現(xiàn)不佳。面對生成性問題，教師缺乏清晰的解決策略，未能深入挖掘問題本質(zhì)。

第四，拓展任務與語音識別原理的理解。拓展任務旨在考查學生對智能溫度監(jiān)測的理解，并為后續(xù)課程的深入探討打下基礎。然而，由于課時限制和語音識別硬件的靈敏度問題，學生的實際操作體驗并不理想。學生在嘗試激活設備時，經(jīng)常遇到設備無響應的情況，影響了對編程設計的深入體驗。

2.改進課的面貌呈現(xiàn)——環(huán)節(jié)的改進，進入深度學習

（1）改進的概況

第一輪行動研究暴露了不少問題，如缺乏評價機制、學習活動的趣味性不足、教學環(huán)節(jié)設置缺乏層次性。教師基于存在的問題對課程結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)性改進（如表2）：①引入項目式學習方法。為學生設計一份詳細的項目任務單，明確學習目標，引導學生進行項目式學習。②提升學習活動的實踐性和趣味性。采用溫度可視化技術，使學科實踐內(nèi)容與學生日常生活緊密相關。這種方法不僅激發(fā)了學生的學習興趣，而且能讓學生在實際操作中直觀地觀察溫度變化，加深對知識的理解。③增強任務之間的遞進性。教學設計采用由易到難的層次化設計更符合學生的學習規(guī)律，促進了學生認知能力的螺旋式上升。

（2）第二輪行動研究的分析與診斷

改進課的最大問題是時間嚴重不夠，教學內(nèi)容只完成了三分之二。微項目一總體能夠完成流程圖的繪制，并有多種流程設計的思考，微項目一中的任務一至任務三的平均分超過8.3分。微項目二的完成效果不大理想，平均分在7.2分左右，由于時間有限，學生沒有很好地完成微項目二的學習內(nèi)容，因此，學生總體對自己的學習滿意度評價不高。

3.延伸課的精彩呈現(xiàn)——目標的修正、生成的精彩

（1）改進的概況

第二輪行動研究有進一步改善，但由于時間有限，微項目二的升級內(nèi)容完成率一般，且此次活動缺乏實際生活場景的應用。因此，筆者基于第二輪行動研究中存在的問題做了幾點改進（如表3）：①增強學生的實踐體驗。引入教學工具和材料，如塑封袋和冰塊，模擬不同的溫度條件。這些工具不僅能幫助學生更直觀地感受溫度變化，而且促進了他們對溫度監(jiān)測原理的深入理解。②重組部分學習活動環(huán)節(jié)。為學生提供了更多的時間深入探討和理解嵌套分支結(jié)構(gòu)等復雜概念。③加強與現(xiàn)實世界的聯(lián)系。設計具有創(chuàng)意思考的課后拓展作業(yè)，如可以借助溫濕度傳感器設備賦予機器人像人一樣的感知器官，讓我們的生活更智能。為此，同學們還有什么創(chuàng)意的想法，讓人工智能服務我們的工作、生活？鼓勵學生發(fā)揮想象，以小組為單位共同構(gòu)思、繪制創(chuàng)意設計圖紙，并撰寫詳細的創(chuàng)意說明書，以深化對課程內(nèi)容的理解和應用。

（2）第三輪行動研究的分析與診斷

在第三輪行動研究中，明顯發(fā)現(xiàn)學生對情境創(chuàng)設和教具創(chuàng)設的熱情度比較高，但課堂的教學進度仍然會受影響。學生雖然總體對雙分支結(jié)構(gòu)重點內(nèi)容的掌握比較好，但對任務二難點的深度思考把握不佳，導致后面的任務總體完成情況偏低。一方面，由于班級學生的個體差異和學習習慣的差異，課堂的學習預設及推進效果不佳；沒有真正發(fā)揮小組合作的價值與意義，分工不明確，組內(nèi)“劃水”現(xiàn)象明顯。另一方面，學生被教具吸引，缺乏真正的探究精神。

4.多學科融合的學科實踐——合作的有效、生成的深度

（1）改進的概況

第三輪行動研究調(diào)動了學生的學習積極性，但學生對資源腳手架的分心導致課堂學習推進受到阻礙。微項目二沒能很好地完成升級效果，使得學生的學習跟不上進度，動力不足。因此，筆者基于第三輪行動研究存在的問題對教學設計做了幾點改進（如表4）：①整合學習活動與學習資源。設計分層學習活動，實現(xiàn)基礎任務面向全體學生，升級任務面向部分學生。對增加的教具，提前調(diào)試，加強引導，引導學生正視學習腳手架，合理運用。②明確小組成員角色和責任。確保每個學生都能積極參與探究學習，以提高小組合作的實效性。此外，特別強調(diào)了組長的領導和協(xié)調(diào)作用，以及小組成員之間的相互支持和合作。③增加學科活動的實踐價值。鼓勵學生將所學知識應用于模擬現(xiàn)實世界的場景中，實現(xiàn)創(chuàng)意物化，并將項目成果公開。

（2）第四輪行動研究的分析與診斷

在四輪行動研究中筆者發(fā)現(xiàn)，當目標確定、指向明確時，學生的專注力會聚焦。①在項目的外觀設計中，學生小組一起設計屬于自己的智能小屋，讓學生將成果物化。②課堂上，當教師以學生討論過程中的焦點問題為課堂的切入點和升華點時，學生的思維表現(xiàn)得非?；钴S。③教師對課后作業(yè)進一步跟蹤，發(fā)現(xiàn)學生的奇思妙想。美中不足的是，如果微項目二中的任務二放在微項目的任務一中，則能讓學生更直觀地感受溫度，從而引入本節(jié)課的教學重難點，有助于更好地營造學習氛圍，激發(fā)學生的學習積極性。

課例研究實踐路徑

本研究通過四輪行動研究，持續(xù)發(fā)現(xiàn)并解決教學實踐中的問題。教學實踐從純粹的編程設計轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的項目設計，實現(xiàn)了從靜態(tài)學習到動態(tài)應用的轉(zhuǎn)變。在教學實踐中，不同班級的學情和學生學習習慣的差異性導致活動設計在不同場景下的突破程度存在差異。盡管如此，總體的完成效果仍呈現(xiàn)逐步提升的趨勢。初中信息科技教學強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，通過項目實踐活動，構(gòu)建真實的學習情境，激發(fā)學生的探索精神。在此過程中，學生將理論知識應用于具體場景，通過小組合作，利用計算思維進行問題建模，結(jié)合人工智能硬件與創(chuàng)新設計，實現(xiàn)技術解決方案，從而提升實踐能力、問題解決能力和創(chuàng)新能力。因此，筆者依據(jù)以上教學實踐總結(jié)了信息科技學科的具體實踐路徑（如下圖）。

結(jié)論

1.預設有指向性的問題

在人工智能課程中，問題的設定應具有明確的目標性和挑戰(zhàn)性，以激發(fā)學生的思考和探索欲望。問題鏈的設計應圍繞核心項目問題和任務，引導學生在體驗中建立思維邏輯和知識結(jié)構(gòu)。

2.預設的問題要重思維的過程

在人工智能教學中，應重視學生的思維過程而非僅僅關注結(jié)果。需要創(chuàng)設與生活緊密相關的場景，驅(qū)動學生以問題為引導進行研究學習，以培養(yǎng)批判性思維和創(chuàng)新精神。

3.積極應對課堂上的生成性問題

在人工智能課程教學中，學生可能會隨時提出一些生成性問題。這些問題是學生在思考和探索過程中產(chǎn)生的，具有啟發(fā)性和探索性。教師應積極應對課堂上的生成性問題，鼓勵學生提出自己的想法和解決方案，促進深度學習發(fā)生。

4.注重小組合作學習

學科實踐活動是提高學生實踐能力和團隊協(xié)作能力的重要手段。教師應該重視小組合作，以培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力和解決問題的能力。

5.創(chuàng)設真實的問題情境，使人工智能課程生活化

知識的習得離不開生活，真實的情境創(chuàng)設有助于學生連結(jié)新舊知識，實現(xiàn)知識的內(nèi)化和遷移。通過創(chuàng)意作品的設計和制作，能讓學生懂得“生活是設計的基礎，設計是生活的需要”，引導學生體驗生活，總結(jié)生活中的經(jīng)驗，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育課程方案（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：14.

[2]劉月霞，郭華.深度學習：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）[M].北京：教育科學出版社，2018.

第一作者簡介：蘇秀萍，工作單位為廈門市海滄中學，一級教師。

基金項目：福建省教育科學“十四五”規(guī)劃2023年度課題“單元視角下的初中信息科技跨學科主題學習設計研究”（編號：FJJKZX23-524）。