《和AI交朋友》教學設計
——初識人工智能

許佳潔 江蘇省無錫通德橋實驗小學

●創新整合點

①借助編程軟件的機器學習擴展，使學生初步體驗建立訓練模型，讓電腦進行學習的過程，進而感受人工智能的核心技術之一。

②借助編程軟件的人工智能服務，在編寫程序時使用語音交互模塊，增強趣味性。

③學生在修復猜拳游戲程序的過程中掌握知識，在自主探索完成“識別口罩佩戴”程序的過程中提升能力，最后發散思維，嘗試將所學知識應用到實際生活中。

●教材分析

本課的教學內容是自主整合的。首先，選取了蘇教版六年級信息技術“人工智能初步教學”單元中的《初識人工智能》一課的部分內容，讓學生了解人工智能的基本概念，并通過體驗身邊的人工智能，初步感受和了解人工智能的實現原理。其次，選取了“石頭、剪刀、布”猜拳游戲的編程實例，讓學生在和計算機對戰猜拳的過程中，再次體驗人工智能識別技術，感知機器學習的完整過程，并完善訓練模型，優化程序。最后，選取了生活中的場景運用—識別口罩佩戴情況，讓學生編寫簡易的人工智能系統，模擬解決實際問題，并實現知識遷移，提高學生利用人工智能合理改造生活的能力。在學習過程中，不斷激發學生興趣，讓他們感受人工智能的神奇，感受人工智能給人類生活帶來的快捷方便，并學會用計算思維解決生活中實際問題的方法，提高計算思維能力。

●學情分析

本節課的教學對象是四年級的學生，他們開始從被動的學習主體向主動的學習主體轉變，已具有一定的解決問題能力，可以進行復雜的分析，所以，在自學教材輔助的基礎上，鼓勵學生思考探究、交流合作，發揮主觀能動性，積極想象和創造。另外，四年級學生已有一定的生活經驗，對人工智能應用有一定的了解，但對人工智能的概念和實現人工智能系統等還是不清楚，所以在多次體驗后直觀呈現人工智能概念，還要借助游戲案例幫助學生建立表象。需要注意的是，學生是剛開始接觸慧編程軟件，而且個體間編程基礎不同，能力有差異，所以對于“識別口罩佩戴”的程序設計，實現基本功能即可。

●教學目標

知識與技能目標：①了解人工智能的基本概念，初步了解人工智能的實現原理。②通過體驗身邊的人工智能產品，感受人工智能給人類生活和學習帶來的便利。③體驗機器學習的完整過程，學會完善優化訓練模型。④初步體驗慧編程軟件中的人工智能服務，能實現基本的人機交互。⑤學習使用慧編程軟件編寫程序，實現簡易的人工智能系統。

過程與方法目標：①借助視頻和實物體驗，感受人工智能。②通過對比和游戲體驗，感知機器學習的完整過程。③借助自學教材，探索體驗人工智能服務。④在交流合作中，設計實現簡易人工智能系統，模擬解決生活中的實際問題。⑤在總結歸納后，發揮想象，運用所學進行更多項目設計。

情感態度與價值觀目標：①感悟人工智能對生活的影響，激發對人工智能的探究與學習興趣。②通過實物和游戲的體驗，初步培養計算思維，為后續的人工智能學習打基礎。③通過對比和分析，提升觀察和思考能力。④通過自主探究和交流合作，充分發揮想象，嘗試利用人工智能合理改造生活。⑤鼓勵積極動腦、動手，提升解決實際問題的能力。

●教學環境與準備

已安裝慧編程軟件的筆記本電腦、自學教材。

●教學過程

1.走近智能語音助手，了解人工智能產品

教師出示小度、小愛同學和天貓精靈的產品圖片，提問：“同學們，這些產品大家用過嗎？”根據實際情況，追問學生的使用感受。

學生可能回答：它們很智能。

師：它們到底有多能干呢？看！（播放《小愛同學宣傳片》）

總結：它們可以對話，可以操控智能家居設備，都是人工智能助手。

根據實際情況，引導學生體驗手機的語音助手。

師：（出示智能燈、智能門鎖、智能馬桶、智能手環、掃地機器人圖片）還有這些，也都是人工智能產品，人工智能已經融入我們生活的很多方面。

讓機器會思考、能感知、懂判斷，模擬人的智能行為，“人工智能”就是這樣一門用于模擬、延伸和擴展人的智能的科學技術。接下來，我們進一步體驗人工智能。

設計意圖：借助學生已有的生活經驗，感受人工智能產品帶來的快捷方便。通過圖片、視頻和手機實操體驗，激發學生的學習興趣，感性地認識什么是人工智能。最后，文字出示人工智能概念，加深印象。

2.走近機器學習，完善訓練模型，設計口罩程序

教師與學生玩猜拳游戲，提問：“你們有沒有和機器玩過猜拳？”

教師演示在慧編程軟件中打開“猜拳游戲”，請學生上臺體驗，發現計算機判斷結果有錯。引導學生仔細觀察，回答出錯的原因。

學生可能的回答：出“剪刀”后，識別顯示得不正確。

師：計算機能識別“石頭”和“布”，但不能識別“剪刀”，所以我們要教計算機認識“剪刀”。

教師指導學生在“機器學習”中找到“訓練模型”，并重置“剪刀”的樣本。

師：你們覺得怎樣可以提高識別的準確性？

學生可能的回答：使用不同人的手，換不同的角度學習樣本。學完樣本后，再玩猜拳游戲成功。

師：“機器學習”是人工智能的核心技術之一，它是從訓練模型到檢驗再到應用的完整過程，計算機可以通過這樣的學習，具備像人一樣的智能，學得越多，識別能力越強。

目前，防疫仍不可松懈，科學配戴口罩很重要，但老師在校門口執勤的時候發現，還是有同學忘戴口罩或佩戴不正確。你能不能設計智能程序，識別大家的口罩佩戴情況后發出提醒呢？（引導學生發現“識別口罩佩戴情況”和“猜拳游戲”的類似之處）

學生可能的回答：“猜拳游戲”是識別“石頭”“剪刀”“布”的手勢，“識別口罩佩戴情況”就是識別“戴口罩”“沒戴口罩”“口罩佩戴不規范”的樣子。

師：通過“機器學習”完成樣本學習，就可以讓計算機識別出這三種情況，再通過編程實現智能提醒。

學生自學教材完成程序編寫，教師巡回指導。

設計意圖：從熟悉的猜拳游戲入手，調動學生的積極性，接著引導他們觀察思考，發現問題，此時進行知識講解，學生高度關注，學得扎實。之后，引出口罩佩戴的實際問題，通過對比學習，引導學生進行知識遷移并應用，保持學習的積極性。四年級學生剛接觸慧編程軟件，所以借助自學教材，強調編程的重要性，降低編程難度，促進學習的主動性，提升學生自主探究和合作交流的能力。在整個過程中，體驗用計算思維解決生活中實際問題的方法，也為后續學習鋪墊。

3.走近人工智能，創想未來世界

師：我們了解了人工智能的應用，修復了“猜拳游戲”，還編寫了“識別口罩佩戴程序”，你們覺得，校園里有哪些地方或物品可以借助人工智能技術帶來便利呢？

學生可能的回答：智能黑板擦、教室環境的智能調節等。

師：近年來，人工智能發展迅速，已經應用到各行各業，為生產生活帶來了更多便捷。同學們大膽想象一下，未來的人工智能，會怎樣服務于我們的世界呢？

設計意圖：從課堂里向課堂外延伸，從校園里向校園外拓展，鼓勵學生活學活用，暢想未來，促進學生進一步理解人工智能，激發學生繼續學習、深入探究的積極性，提高自身信息素養。

●教學反思

《江蘇省義務教育信息技術課程綱要（2017年修訂）》在新增的人工智能模塊中明確指出：“通過此模塊的學習，學生應初步了解人工智能的基本概念及發展歷程，通過體驗及剖析生活中常見的人工智能系統應用案例，感知人工智能技術的特點，初步了解人工智能的基本工作原理與過程，嘗試設計與實現簡單的人工智能系統。”

由此，筆者自選整合了《和AI交朋友》的教學內容，使用慧編程軟件，面向四年級學生開展教學嘗試。教學目標立足于人工智能初步教學單元，以初步了解人工智能的概念、了解人工智能在生活中的應用和體驗機器學習為重點，實現編寫簡易人工智能的程序，同時引導學生結合所學，暢想未來生活。

1.立足于生活，培養提升應用實踐能力

在本課的教學中，筆者首先借助生活中常見的人工智能助手引入新知，已有生活經驗也使學生容易體會物品進化為人工智能產品的便利。通過觀看“小愛同學”的宣傳視頻，讓學生了解各類生活場景中人工智能軟件系統的應用，并在調動起好奇心后，讓學生親自與“小愛同學”對話，驗證所思所想，保有求知欲望。接著從人工智能軟件系統引出實物產品，仍然立足于學生能接觸到的生活物品，如智能燈、智能門鎖、智能馬桶、智能手環、掃地機器人等，更全面地讓學生感知人工智能的應用，拉近學生與新知的距離，持續激發他們學習和探究的興趣。在教學的最后部分，帶領學生回歸真實情境，嘗試運用人工智能技術，解決生活實際問題。從校園內到校園外，從課堂走向生活，不斷鼓勵學生暢想和表達，實現知識的拓展、思考的延伸和能力的提高，并激發學生繼續學習探究的熱情。

立足于生活的人工智能教學，借助現實生活開展教學活動，激發學生的主動參與，將知識技能轉化為學生的內在需求，讓學習從生活中來又拓展到生活中去，真正培養提升學生的應用實踐能力，提升教學效率。

2.立足于實例，培養提升創新思維能力

筆者在教學中的第二部分，首先出示實例，即與電腦比“猜拳”的程序，學生在實際體驗后，自主發現問題—電腦認不出“剪刀”的手勢，繼而引出模型訓練的知識點，再進行“機器學習”的教學。四年級學生剛接觸慧編程軟件，所以在教學時筆者細致講解了操作步驟，降低學生軟件使用方面的難度，重點放在通過實際案例的感知，了解機器是怎樣學習的，以及如何提升模型訓練的準確性。直觀的案例激發了學生的行動力，并且更易于學生探究出問題所在。在學生完善基礎的“猜拳游戲”后，筆者相機提出了新問題新任務—怎樣設計實現“識別口罩佩戴”的應用？學生通過對比手勢識別與口罩佩戴識別的異同點，輕松實現知識的遷移及應用。至此，再加入編程的教學，水到渠成，更為今后的學習做好鋪墊。最后，學生在自學教材的輔助下，小組合作，成功實現人機交互。

立足于實例的人工智能教學，在玩中學，在對比中學，相關知識點更易于學生理解，學生也在實例的模仿中不斷總結，實現突破和創新。教學過程中借助實例設置的每個問題和任務引導，都使學生的思維串成一條線，在解決完一個知識的同時引出下一個問題和任務，從感知發現問題到最后解決問題，培養了學生的信息意識，提升了創新思維能力。

3.立足于多元感知，培養提升解決問題的綜合能力

本課教學從觀看視頻、操作體驗智能語音助手開始，就給予學生自主選擇的機會。隨后，在完善游戲和編寫程序的實踐中，具體設定了多層次的任務，從易到難，循序漸進，引導學生自主選擇適合的任務，并在過程中進行多層次的評價，最終實現多維度的教學目標。在階段小結時，設計以文字形式出示“人工智能”的概念，建立表象，強化學生的基礎認知。通過體驗及剖析生活中常見的人工智能系統應用案例，感知人工智能技術的特點，初步了解人工智能的基本工作原理與過程，嘗試設計與實現簡單的人工智能系統。最后，在暢想未來生活的環節，學生對“人工智能”的概念已有所了解，并準確掌握了“機器學習”中樣本多樣化的特點，感知了相關功能模塊還能運用于解決生活實際問題，不僅實現了知識建構，形成了新的意識和技能，還滲透了計算思維，培養了解決問題的綜合能力，全面提高了信息素養。

人類是多元感知而后決定行為的，立足于多元維度的人工智能教學促思促學，相關概念在同化與順應的過程中逐步建構，學生的認知發展就在“平衡—不平衡—新的平衡”的循環中得到不斷的豐富、提高和發展。在教學時，引導學生理解各知識點之間的關系，建構符合生活實際的問題解決模型，并落實于探究活動中，在教學情境中體會實踐，促進計算思維的有效遷移。

本次教學嘗試的整體完成效果較好，但筆者反思后認為，“識別口罩佩戴”程序完成后的教學小結，還可以與前面的內容呼應并拓展。例如，向學生介紹“小愛同學屬于智能語音交互，利用的是語音識別、語義處理和語音合成三個技術環節，是對人類語言功能和聽覺的延伸，而猜拳游戲和戴口罩利用的是圖像識別技術，這是對人類視覺認知的延伸”。這樣能促使學生對人工智能的應用有進一步的感知和思考。

未來的人工智能將從多個層面滲透到我們的學習、工作和生活，而小學生學習人工智能，重點應該在“初感知”，弄清人工智能的發展會給我們的生活帶來哪些影響，人類怎樣與機器溝通對話等。教學時基于生活情境，滲透實例感知，由淺入深，在嘗試、積累和創造的過程中，促進多元發展，不斷激發學生的興趣，培養學生的計算思維和解決問題的綜合能力，提升學生的信息素養，樹立科學、正確的價值觀。

人工智能的未來，充滿可能。