人工智能實驗場景的設計與構建

潘艷東

【摘 要】本文介紹在信息科技課堂中，引入人工智能相關內容，促進人工智能實驗場景的設計與構建，實現課堂的數字化轉型。教師引導學生批判性地學習，建立知識之間的聯系，培養他們遷移運用知識的能力，并加強體驗、實踐和反思，進而提高他們的問題解決能力。

【關鍵詞】人工智能;深度學習;信息科技

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）04-017-03

教育數字化轉型已成為當前中小學的研究熱點，也是未來教育創新的發展趨勢。人工智能正在成為當前和未來信息科技發展的關鍵技術。2017 年 7 月，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，提出要在中小學階段設置人工智能相關課程。華東師范大學出版社初中信息科技第二冊于2020年1月重新修訂后，增加了“人工智能體驗”一節課的內容，筆者根據校情和學情，開發了“感受人工智能魅力”項目，并通過項目學習的方式開展教學。

我們通過設計具有開放性、挑戰性的學習內容，引導學生主動參與，提高學習興趣，并在此過程中獲得知識與技能的深層次提升。在整個項目學習中，學生主動探究人工智能的相關原理和技術。在內容設計上，我們將人工智能的相關概念和內容做了整合，將語音合成、圖像識別、機器學習等融入具體的每個課時的學習內容中。學生在解決問題的過程中，將機器與人做類比，逐步揭開相關的人工智能技術和原理。

設計構建人工智能實驗場景

1.創設真實問題情境，類比遷移學習內容

人工智能進課堂，能夠幫助學生解決實際生活中遇到的問題。學生學會觀察，發現真實世界的真實問題。在“制作鮮花識別機器人”一課中，學生自己發現問題。每天中午，上實東校生態園有很多學生去探究。這天，琦琦發現了一株奇特的花，很好奇地問同伴玲玲：這是什么花呢？因為已經有了人工智能學習經歷，學生馬上想到可以通過手機里“形色”APP的識花功能找到答案。不僅如此，她們還想自己開發一個識花程序。

教師在進行教學設計時，應以與新舊知識有聯系的、與學生經驗相契合的真實問題為主線。教師不能局限于這一課時的教學內容，而應該有高屋建瓴的課程觀，放眼整個章節，乃至整個單元，找到新舊知識之間的關聯，關注學生的“前概念”及生活經驗，找到教材內容與現實生活世界的關聯點及契合點，并將這些內容進行有效和精細的深度加工，使它們有機地整合在一起。

信息時代，網絡上也有豐富的人工智能內容，但我們認為，唯有當教師對教學資源進行仔細篩選和整合后，才能最大化地發揮資源的價值。因此，初中信息科技引入人工智能可以選擇項目學習方式開展學習。例如，“制作鮮花識別機器人”一課中，我們從識別桃花入手，引導學生優化完善程序，從而可以識別更多的鮮花，引導學生體會機器學習的數據越多，機器越智能，再進一步將知識進行遷移，如從識花到識別植物，再遷移到識別動物等。從項目設計的內容及知識的內在邏輯來看，學生從自己發現問題到最后開發識花機器人來解決問題，激發了學生主動參與的意識。不僅如此，我們還啟發學生將所學知識與自己的學習和生活聯系起來，開發出更多的圖像識別相關程序。

2.學以致用，深度實踐

在人工智能教學中，教師要催生學生的深度實踐，不僅要引導學生融入認知，更要引導學生融入情意、融入行動。換言之，學生的深度學習，不僅要求學生思維的深度參與，更要求學生全方位、沉浸式感受和體驗。

在“會說話的校園”項目中，我們設計的目標是讓學生親自探尋校園場景背后的故事，并開展相關的訪談和調查，促使學生學會愛自己、愛團隊、愛校園，催生深度實踐，引發學生情感投入。課時安排為5周/10課時，授課對象為七年級學生。我們設計的驅動性問題是：在智慧校園背景下，如何讓校園場景或物件“開口說話”，方便來訪者和新同學了解校園？活動的流程是：創設真實問題情境→入項活動→前期調研（問卷星等）→文案撰寫、語音識別→音頻制作、視頻制作→二維碼制作、語音合成→項目發布。項目的評價從作品質量和學習品質兩個方面明確成功標準。項目成果包括：調研報告、短視頻文案、相關音頻、相關視頻、相關二維碼和發布會PPT;學習品質包括：熟悉主要軟件（問卷星、“形色”APP、訊飛有聲、剪映、草料二維碼等）使用方法，了解語音識別、語音合成、機器學習等人工智能技術和原理，形成合作、參與、傾聽、溝通等基本技能。

在“會說話的校園”項目中，入項活動為制作一份特別的賀卡。引入：贈送賀卡是節日里人們表達祝福的一種常見方式。賀卡的種類有很多，紙質賀卡能傳達文字或圖片信息，電子賀卡能傳達包括文字、圖片、音頻、視頻在內的多媒體信息，二者各有千秋。通過引入，啟發學生思考如何制作一份“會說話”的賀卡，引出人工智能語音識別、語音合成和機器學習等相關技術，為后續的學習奠定基礎。

在情境導入環節中，教師首先拋出問題：有沒有最近過生日的同學？引導學生關愛自己身邊的同學，并通過小組團隊合作，制作一份特別的賀卡。在小組合作完成生日賀卡后，舉行了短暫而充滿溫情的贈送儀式，讓學生沉浸在和諧友愛的課堂氛圍中。另外，我們在課堂中還通過播放生日歌來營造溫馨的氣氛，更好地引發學生的感情投入，讓課堂中的深度學習自然發生。

3.聯系生活，關注熱點

教學中要引導學生聯系真實生活，指導他們關心、關注社會熱點。如在教學中實施的“自動駕駛”項目，通過學生自主設計方案、合作探究、實地測試和內化遷移，促進學生深度學習。

（1）開放問題，自主設計方案，激活學生主動探究意識

學習的最高境界就是創新。學生設計出展示方案。方案一：車輛轉彎、倒車入庫;方案二：經過紅綠燈、側方位停車;方案三：避障、調頭、側方位停車。綜合以上方案，學生通過“自動駕駛”項目，經歷分組探究，自己設計自動駕駛場景和展示方案、現場公開測試和展示，提高了主動性和動手實踐能力。同時，在自動駕駛的現場公開測試活動中鍛煉表達能力，增強自信心，激活學生積極主動的探究意識。

“自動駕駛”以OpenMV攝像頭作為機器視覺，運用Python語言進行編程，識別路線和標志，模擬了生活中最常見的駕駛行為，希望能用自動駕駛解放司機，便利生活，助推上海城市數字化轉型。

（2）設計活動，小組現場測試，提升學生解決問題能力

在最后的“自動駕駛”項目展示環節中，開展了一場別具一格的現場測試活動，并邀請到相關的專家老師、家長和同學。在測試中，一位同學現場解說，小組全體同學現場測試。在測試活動前，學生自己撰寫解說詞，設計自動駕駛道路場景，研討和設計展示方案。在整個項目學習過程中，同學之間相互協作，不斷深入地探究。在學習中，學生2～4人一組，進行Python語言的學習、自動駕駛小車的設計與搭建、方案設計和撰寫現場測試解說詞等。不僅如此，學生還負責項目的開發和運行，通過分工來界定他們各自的角色和責任。在項目學習中的多個階段，學生能夠全力投入，完成項目任務。

通過設計開放的、富有挑戰的活動，小組進行實踐探索，從而激發學生的探究欲望。在項目實踐過程中，慢慢提高學生學習的主動性和遷移能力，引導學生學會問題解決的方法，從而提高學生解決問題的能力。

（3）批判辨析，持續深度反思，激發學生遷移應用水平

“自動駕駛”項目結束后，學生進行了自我反思：我們初步實踐了自動駕駛，讓單一型號的自動駕駛小車能在簡單的車道上正常行駛。我們將會繼續探索與學習，試著讓不同車型的車能夠在比較復雜的道路上行駛，嘗試讓小車識別不同的交通標識。我們還將更深入地探究人工智能圖像識別相關技術背后的原理。在這次活動中，我們分組實現不同項目，互相幫助，體會到了團結的重要性。同時，我們也學到了Python編程語言，與團隊共同開發方案，并在探究的過程中不斷地迭代優化。在此期間，我們遇到了許多問題，并通過請教老師或者互相討論加以解決。項目開闊了我們的思維，激發了我們創新的熱情，讓我們受益匪淺。我們希望通過探究人工智能自動駕駛，為人們的生活提供便捷，為實現上海城市數字化轉型貢獻力量。

人工智能教學中，我們著力人工智能實驗場景的設計與構建，讓學生在真實的環境中感受充滿生機和樂趣的課堂，激發學生的深度學習，破解信息科技學習興趣假象。

人工智能教學實踐的思考

教育要面向未來，而人工智能教育更要瞄準未來，培養學生對人工智能的濃厚興趣。在課堂中，我們將人工智能與現有信息科技教材有機融合，激活信息科技課堂，破解信息科技學習興趣假象，激發學生反思精神、解決問題的能力和遷移運用能力，讓深度學習在課堂上真實發生。人工智能的教學實踐助推了人工智能實驗場景的設計與構建，以教育的創新探索，推進數字化轉型。

參考文獻

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