項目式學(xué)習(xí)在中小學(xué)人工智能課程中的實踐

張加莎

【摘 要】本文基于項目式學(xué)習(xí)，探究中小學(xué)的人工智能課程，并根據(jù)自己的教學(xué)實踐，給出了教學(xué)實例，以期為中小學(xué)人工智能課程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】項目式學(xué)習(xí);人工智能;中小學(xué)課程;人臉識別

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2021）09-065-03

從國家政策和目前人工智能的發(fā)展趨勢來看，在中小學(xué)開設(shè)人工智能課程已成為必然。雖然目前人工智能沒有統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)校或教師在開設(shè)相關(guān)的課程時沒有統(tǒng)一的指導(dǎo)，但一些專家學(xué)者給出了自己的建議。如樊磊教授指出：“在中小學(xué)開設(shè)人工智能課程，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和智能社會意識，才能為他們適應(yīng)智能社會、駕馭智能技術(shù)做好提前準(zhǔn)備”。筆者在進(jìn)行人工智能課程探索時，結(jié)合樊磊教授給出的建議，以信息技術(shù)課程的四大核心素養(yǎng)為指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生智能社會的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任為目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)。

人工智能課程實踐模式探索

項目式學(xué)習(xí)注重實踐性與參與性，注重問題的解決，從真實情景出發(fā)，以學(xué)生為中心開展教學(xué)。2017年教育部發(fā)布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》也指出信息技術(shù)課程的教學(xué)要基于項目式的學(xué)習(xí)。因此，筆者在進(jìn)行人工智能課程進(jìn)小學(xué)的相關(guān)探索時，以項目式學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，采取“認(rèn)識—體驗—實踐—總結(jié)”的模式，結(jié)合硬件進(jìn)行教學(xué)，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也提高了學(xué)生基于實際情況解決問題的能力。

項目式學(xué)習(xí)過程中，教師是指導(dǎo)者、協(xié)調(diào)者和組織者，幫助學(xué)生更好地參與學(xué)習(xí)。由于筆者所教的班級是第一次采用項目式學(xué)習(xí)的方式，學(xué)生們剛開始并不能很好地進(jìn)入狀態(tài)，所以筆者根據(jù)學(xué)生的具體情況，結(jié)合學(xué)生感興趣的樂高，制定了人工智能課程項目式學(xué)習(xí)流程（圖1）。

筆者課堂上的項目式學(xué)習(xí)流程，包括啟動階段、實施階段和總結(jié)階段。啟動階段主要是向?qū)W生講解基本知識，幫助學(xué)生認(rèn)識和體驗人工智能，學(xué)生在掌握基本知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行小組討論、確定主題、制定方案。其中，教師作為指導(dǎo)者參與各小組討論，協(xié)助制定和判斷方案是否可行，若可行，則小組進(jìn)入實施階段，若不可行，小組需重新討論制定方案。實施階段，學(xué)生進(jìn)入實踐環(huán)節(jié)，需要設(shè)計作品、搜集資料、設(shè)計算法、調(diào)試和修改，直到完成作品的制作。在此過程中，教師要發(fā)揮主導(dǎo)作用，幫助學(xué)生更好地參與小組學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生在動手實踐能力提升的過程中，提高信息素養(yǎng)。最后是總結(jié)環(huán)節(jié)，此階段學(xué)生進(jìn)行匯報展示，師生之間、生生之間要進(jìn)行評價和及時反饋，進(jìn)而使學(xué)生提高總結(jié)能力，學(xué)會問題遷移。

教學(xué)案例：人臉識別的智能門

為了探究項目式學(xué)習(xí)的人工智能課程，筆者以“人臉識別的智能門”項目為例進(jìn)行實踐。本案例中利用基于Scratch3.0開發(fā)的Mind+軟件，方便學(xué)生實現(xiàn)人臉識別相關(guān)功能。本課涉及信息的收集和加工處理、程序設(shè)計、人臉識別、PPT與Word等文字處理以及樂高機(jī)器人的相關(guān)知識。從啟動到總結(jié)階段，總共用了6課時，涉及培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會責(zé)任的核心素養(yǎng)能力。

1.啟動階段：確定項目主題，制定項目方案

啟動階段是基礎(chǔ)，主要通過創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行討論，確定項目主題，制定項目方案，以保證學(xué)生的項目式學(xué)習(xí)順利進(jìn)行。

本項目中，首先，教師講解人臉識別相關(guān)知識，幫助學(xué)生認(rèn)識到人類識別人臉和機(jī)器識別人臉的區(qū)別，了解機(jī)器進(jìn)行人臉識別的過程，并利用人工智能機(jī)器人幫助學(xué)生體驗人臉識別的過程，繼而引導(dǎo)學(xué)生小組討論，思考“利用所學(xué)的人臉識別知識，能夠解決什么問題”“希望做一個關(guān)于人臉識別的什么項目”等問題。在這里，如果學(xué)生能力有限，教師可以給定一些項目，供學(xué)生選擇，也可以組織全班學(xué)生討論，做大多數(shù)學(xué)生感興趣的項目。

接著，小組學(xué)生討論并制定項目方案。方案是整個項目關(guān)鍵的文字性材料，對于學(xué)生完成整個項目至關(guān)重要，也是學(xué)生條理性思維、信息意識養(yǎng)成的過程。教師引導(dǎo)學(xué)生寫出合理的方案，包括整個項目的實現(xiàn)步驟、小組分工、作品結(jié)構(gòu)、匯報展示等。大部分學(xué)生在此會有問題，教師此時可引導(dǎo)學(xué)生逆向思維，以終點(diǎn)為起點(diǎn)，先想一想最終的匯報階段要呈現(xiàn)什么樣的作品，用什么方式匯報。在學(xué)生完成方案之后，教師要參與學(xué)生小組討論，幫助學(xué)生一起分析方案的可行性，并進(jìn)行修改。

2.實施階段：分工合作，完成作品

在實施階段，學(xué)生需要綜合利用所學(xué)的人工智能基礎(chǔ)和編程等知識，制作出作品。同樣，學(xué)生要始終想著要以什么方式呈現(xiàn)什么樣的作品。小組的每名學(xué)生都要在小組中找到事做，發(fā)揮作用。在此階段，可以看到每個學(xué)生身上的亮點(diǎn)，如有的學(xué)生繪畫很好，負(fù)責(zé)畫出小組作品草圖;有的學(xué)生有樂高EV3的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)小組智能門的搭建工作（圖2）;有的學(xué)生程序設(shè)計基礎(chǔ)好，負(fù)責(zé)編寫人臉識別程序（圖3），并負(fù)責(zé)向組內(nèi)學(xué)生講解;有的學(xué)生負(fù)責(zé)收集和處理資料，并制作展示階段需要用的PPT等。在這個階段，教師要起到組織者和協(xié)調(diào)者的作用，幫助每一個學(xué)生很好地參與小組合作，指導(dǎo)小組順利完成作品的制作。

3.總結(jié)階段：成果匯報，開展評價

學(xué)生在此階段進(jìn)行成果匯報和展示，教師組織其他組進(jìn)行評價，同時也要針對學(xué)生在整個項目中的表現(xiàn)給出自己的評價。教師和組內(nèi)成員評價的是整個項目實施的過程中組內(nèi)學(xué)生的表現(xiàn)，包括學(xué)生在整個過程中的團(tuán)隊協(xié)作、作品完成度和質(zhì)量、匯報的效果和方式三部分;他組評價包括作品和匯報展示兩部分。教師要采用鼓勵性和正向的語言，對學(xué)生的作品和匯報進(jìn)行評價，同時應(yīng)該制作評價細(xì)則（表1），讓其他組的學(xué)生評價更客觀。教師還要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和延伸，幫助學(xué)生總結(jié)項目式學(xué)習(xí)過程中存在的問題，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)的遷移能力。

項目式學(xué)習(xí)從真實情景出發(fā)、從學(xué)生的興趣出發(fā)，注重問題的解決，注重實踐性和參與性，能夠給予學(xué)生更多的發(fā)揮空間和發(fā)展的可能。在中小學(xué)，人工智能課程還處于初步發(fā)展和探索階段，未來，人工智能課程可能會成為全面育人、素質(zhì)教育不可缺少的學(xué)科。如何在中小學(xué)開展好、開設(shè)好人工智能課程，是我們目前需要思考和進(jìn)一步探究的問題。筆者采用項目式學(xué)習(xí)的方式，以信息技術(shù)課程核心素養(yǎng)為指導(dǎo)，在小學(xué)高年級的課堂上對人工智能課程進(jìn)行初步探索，其中還有很多不足，筆者將繼續(xù)做出更多的嘗試和探究，以進(jìn)一步改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

樊磊. 中小學(xué)人工智能課程的設(shè)計與實施建議[J]. 中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2020（9）.