初中階段信息技術學科中人工智能課程的實施建議

楊青清

摘要：教育是為學生的未來發展做準備，在人工智能時代普及人工智能教育，對于信息技術教師來說是機遇更是挑戰，有效地推進人工智能教育既是責任更是使命。新形勢對信息技術學科的課程設計、教學策略和學習方式等提出了新的要求，本文圍繞信息核心素養培養目標，從初中階段信息技術課程實際情況出發，結合具體教學案例，從課程內容開發、教學活動設計、課程融合、評價方式、經驗方法等方面進行了大膽嘗試、深入研究和細致總結，提高了人工智能教育的科學性與可操作性，以期為相關教學提供可借鑒的教學資源和經驗。

關鍵詞：信息技術課程;人工智能;創客教育;機器人

中圖分類號：G642 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2022）03-0093-04

● 時代背景和現實環境

1.時代背景

人工智能給世界和人類帶來了勢不可擋、潛移默化的變化和影響，目前，已逐步走向教育市場，線上平臺提供的虛擬人工智能體驗服務、線下以開源硬件或機器人等方式開展的人工智能體驗和教育服務等，都給學生帶來了全新的感受和體驗。2017年，國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》報告指出，“實施全民智能教育項目”，“在中小學階段設置人工智能相關課程”，鼓勵學校和社會逐步推廣人工智能教育，其愿景目標是“設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育、建設人工智能學科，培養復合型人才，形成我國人工智能人才高地”。同年，我國發布基礎教育人工智能教材，內容涵蓋人工智能發展歷史、基本概念及應用案例。與此同時黑龍江省初中階段信息技術教材中也大幅增加了反映信息技術新技術、新發展方向的內容，尤其是增加了人工智能及其相關技術的內容。但要真正達到良好的教育教學效果，還需要一線教師主動參與其中，開動腦筋，真正結合實際情況開展行之有效的形式多樣、內容豐富的教育教學工作。

2.現實環境

教材內容：筆者所在學校使用的是黑龍江教育出版社出版的義務教育信息技術教材，其中人工智能內容集中出現在六年上冊第一單元和八年下冊第一單元，其又與教材中創客課程和應用軟件內容緊密聯系、互為補充，因此可以國家教材為依據，對課程內容進行適當的補充和拓展。

學生情況：筆者所在學校學生對現代信息技術在生活中的應用有一定的了解和認識，普遍接觸過人工智能產品，但受年齡及知識儲備的影響，對人工智能的理解多為碎片式的，更多的是感性的、直觀的認識。同時，在知識儲備、眼界視野、語言表達以及綜合能力方面，學生之間差異性較大，普遍缺乏深入的思考和分析意識，欠缺小組合作的方法和技巧。

師資情況及學校硬件配置：專職信息技術教師目前為6人，均具有多年信息技術教育、STEAM教育和創客教育經驗。同時，學校自2017年9月購置多批創客課程教具后，又于2020年創建了創客空間，擁有人形機器人、多足機器人、無人機、機械臂、智能小車等多種人工智能產品。

● 人工智能教育目標的確定

基于以上情況，筆者所在學校已具備全面開展人工智能課程的條件，因此確定以普惠式課程為主要形式開展人工智能教學活動，同時確定了“強化立德樹人、培育科學精神、激發創新意識、提升信息素養”的教育理念。人工智能教育目標確定如下：

（1）了解人工智能的概念、發展歷程、相關技術、實現原理、應用方向和發展趨勢;

（2）了解簡單的傳感器、運動、控制知識，體驗技術應用，并對技術應用蘊含的原理、創新方法等有所體悟，繼而延伸至能夠創造性地應用和改進技術;

（3）掌握計算機和編程知識，能夠使用編程語言進行人工智能學科項目實踐，提升對編程與人工智能關系的認識，培養計算思維和工程思維，養成敢于探索和大膽創新的科學習慣;

（4）滲透人工智能倫理和法律，逐漸形成正確的人工智能發展觀，形成遵守智慧社會道德、法律的意識，增強維護社會信息安全、促進人工智能健康發展的責任意識;

（5）培養創造力、設計能力、動手實踐能力、語言表達能力、溝通協作能力等。

● 人工智能教學的探索過程

1.初期：教學對象為六學年學生，重點工作為課程資源開發與重組

初中階段開展人工智能課程的初期，教學活動形式主要是科普課程、大班集體活動，以體驗感受為主。依據此目標，在學校現有教學資源基礎上，結合現實環境，筆者所在教研組圍繞教材內容整合和開發了一系列人工智能課程內容，如《疫情下人工智能的應用》《認識大數據》《解密大數據》等。通過淺顯準確的內容和實際具象的體驗，幫助六學年學生初識人工智能知識，領會人工智能的基本思路，啟發思維，培養興趣。

以《疫情下人工智能的應用》一課為例，該主題內容以線上線下混合式教學形式進行。

線上主題教學活動是在2020年初新冠疫情期間開展的，主要包括了三部分：人工智能初識、實踐操作體驗、反饋檢測交流。

人工智能初識：廣泛搜集和整理相關視頻資料，結合學情進行素材重組，從知識和應用兩個層面，引導學生初步理解人工智能的發展歷史和基本概念，再圍繞新冠疫情中人工智能產品的具體應用，明確人工智能給社會和人們生活帶來的便利，促進學生對生活、對周圍事物的觀察和思考。

實踐操作體驗：選擇易理解易操作的人工智能技術——視覺識別，鼓勵學生動手實踐，體驗百度AI中“人臉識別”和“人流量統計”功能，讓學生在與人工智能技術的互動體驗中感受人工智能的技術魅力。

反饋檢測交流：設計反饋調查問卷，在線調查與測評，促進學生及時反思學習內容，實現線上基于數據的客觀評價。

開發重組后的教學內容巧妙且有效利用了“新冠疫情”這一特殊的學習契機，既有聯系實際生活的感性認知，又有動手體驗的主觀感受，培養了學生主動觀察、實踐體驗、分析和理解現實生活的信息意識。

當學生重返學校后，適當地調整線上課程內容（如下頁圖1），調整后的線下課程內容能夠充分發揮線下教學實時互動的優勢，促進學生更客觀、更深入、更科學地看待人工智能。例如，體驗活動中增加了班級人數識別、語音識別等多種應用，讓學生更充分體驗當前人工智能技術應用的廣泛性。又如，在分析探尋“AI產品分布比例不均衡”的原因時，適時選用“華為禁令”這一新聞事件，引發學生討論交流，了解華為事件對祖國的綜合科技國力、外交政策和信息安全的深層影響，從而激發學生“以天下復興為己任”的愛國情懷，樹立為科技復興、民族復興而積極進取、努力學習的社會責任感。

2.中期：教學對象為六學年學生，重點工作為教學活動設計與實施

隨著人工智能課程的推進，教學活動形式逐漸向綜合性活動、小組深入研討、能力培養方面轉變。學校開展了“智能機器人舞蹈創編”主題活動，并開發了前端課程——《智能機器人》《人形機器人》，具體內容如圖2所示。

以上的教學安排讓學生從理論到實踐，適度地拓展學習深度，引導學生先學習機器人基本知識，再進行編程和應用;在概括和明確核心要素的基礎上，掌握簡單傳感器、反應器（舵機）、控制方法;在了解機器人的使用現狀和發展趨勢后，通過討論交流人與機器人關系的活動，使學生正確面對人工智能發展帶來的前所未有的挑戰，樹立正確的社會倫理和責任意識。

在實施機器人舞蹈創編活動時，考慮到大部分學生沒有參與類似活動的經歷，課前又從合作交流、音樂選擇、評價標準、實踐注意事項等方面進行細致引導、明確要求，保障了創編活動的順利開展。

3.發展階段：教學對象為六、七學年學生，重點工作為人工智能與創客課程融合

結合教材中創客課程的內容，筆者所在教研組將人工智能技術融入到常規教學中，使學生在學習和使用開源軟件與相關硬件的同時，掌握基本的編程技術，實現對人工智能設備的操控，并掌握基本的工程設計思想，了解工程設計的基本規范，掌握核心技能，繼而提升學生工程設計思維和創意思維能力。

目前，課程內容從主題內容拓展和難易程度調整兩方面開展，力爭生活化、層次化設計。同時在普適教育的基礎上，充分考慮學生的差異性和興趣點，遴選對人工智能和高新科技感興趣，同時有較強的技術基礎和項目開發經驗的學生，以校本課程為主，部分學生在教師的帶領下深入學習技術，由模塊化編程全面轉為代碼化編程，積極為各級各類科技競賽做準備。

● 課程評價多樣多元

在評價內容上，根據課程的過程性和任務的完成度進行綜合評價，如學科基礎知識和技能、創新創造能力、問題解決能力、團隊合作、溝通交流能力、自我學習能力等課程目標的實現;在評價方式上采取評價主體多元化（學生、教師和家長），線上線下混合式，將線下的學科活動與創新成果在互聯網平臺上淋漓盡致地呈現與共享。同時，制訂具體可執行易評價的量規引導學生的學習活動，下頁表為智能機器人舞蹈評價量規。

● 經驗方法與階段收獲

1.學科間滲透和協助

人工智能技術不是孤立的，而是綜合的、涉及很多其他學科的內容，如果能實現有效的學科橫向聯系和協助，則能更好地幫助學生理解與應用。例如，《解密大數據》課程中的“滴滴出行星云圖”與地理學科的“人口分布線（胡煥庸線）”完美重合，用現代信息技術證明了人口分布線的地理價值。《信息與信息技術》課程中信息的容量單位中蘊含著許多數學知識，如多種進制在生活中的應用及相互轉換等，讓學生感受到數學知識與信息技術的緊密聯系。《智能機器人》課程中，于千變萬化的外形結構中探尋功能與結構的關系，概括得出機器人最核心最本質的特征，讓學生真正使用了工程知識和語文能力。《機器人舞蹈創編》活動中，讓機器人在音樂中翩翩起舞，體驗科技與藝術的巧妙配合，也讓學生感受到了科技之美。

2.重視信息社會責任教育（德育目標）

人工智能技術的使用是把雙刃劍，在開展人工智能教育時，絕不能忽視人工智能教育中的社會責任教育，必須引導學生認識到其推動科技進步、促進社會發展、改善人民生活的價值，同時，不合理地應用人工智能技術可能造成的負面影響或危害。筆者在每一課都深度挖掘相關內容，通過討論、交流等各種形式進行引導和規范。

例如，《認識大數據》教學內容挖掘的德育目標為：①通過交流分享身邊大數據的具體應用，體會大數據給人們生活帶來的巨大變化，進一步體驗科技的強大力量;②從“安全與隱私”的問題出發，對安全與隱私進行思考，正確認識信息安全和隱私安全之間的關系，提高個人隱私保護意識;③通過星云圖的展示與分析，從數字化的角度了解祖國、了解家鄉，深刻體會大數據的用途;④提升數字化學習和創新能力，為未來的數字化生活做準備。

人工智能教育中的社會責任教育是一個不斷發展、不斷完善的過程，維護這個過程的科學性、維護人工智能教育的健康發展任重道遠。

3.取得的階段收獲

學校開展的人工智能課程，讓學生理解和深刻感知到科技的變化，增長了相關知識，學會用一種全新、客觀的視角去了解科技。為促進和提升學生的思考和反饋，筆者設計了如下題目：結合生活實際，如果你打算設計一個作品，說說你的設計思路。學生呈現的作品創意無限。

學習類：“聽寫閱讀器”“智能黑板”“自動監考器”“緩解疲倦的臺燈”“智能書包（分類整理、記錄提醒）”“課堂小助手（糾正和提醒不良習慣）”“自動感應筆”“萬能筆（各種類型和顏色筆的集合體）”。

生活類：“智能眼鏡（自動調整度數）”“動漫耳機”“自動溶解垃圾器”“智能滅蚊寵物”“健康衛士（生活規律、飲食健康）”“園藝機器人”“導航助殘輪椅”“智能衣柜（搭配服裝）”“感應移動柜（避障）”“家門衛士（住宅防盜）”。

同時經過一年多的課程學習，學生更適應和喜愛小組協作這種組織形式。在學習活動調查問卷中學生明確表示：合作學習過程讓自己受益匪淺，掌握了與人交往的能力，增強了凝聚力，收獲了友誼，感受到并肩作戰的樂趣，還總結了如何帶動組內學習能力弱的同學共同進步的若干方法。

● 結語

中小學階段開設人工智能相關的創客課程，可以提升學生解決問題的能力和創新素養，創設合作的學習氛圍，使學生更好地適應未來社會發展的需求。當前，以人工智能技術為載體的課程設計和教學實踐尚處于摸索階段，如何從課程目標、課程結構、教學模式、課程評價等方面構建體系化的創客課程，還需要一線教師進行更深入的思考。

參考文獻：

[1]深圳市教育局.深圳市中小學創客教育課程建設指南（試行）[DB/OL]. http：//www.szjky.edu.cn/index.aspx.

[2]中華人民共和國教育部.中小學綜合實踐活動課程指導綱要[DB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201710/t20171017_316616.html.