初中信息科技人工智能課程的開發與實踐

謝萬榮 江蘇省南京市溧水區第一初級中學

隨著科技的快速發展，人工智能技術的廣泛應用對人們的工作和生活方式產生了深遠影響。初中階段是學生發展信息科技人工智能技能的重要時期，開發與實踐信息科技人工智能課程，可以提高學生的科學素養、創新思維和問題解決能力，為他們未來的學習和職業發展奠定堅實基礎。[1]本文提出的信息科技人工智能課程是筆者所在學校基于實際情況開發的校本課程，旨在培養初中學生在人工智能領域的核心能力和素養。通過該課程的學習，學生將掌握人工智能的基本概念、原理和應用，以及相關的工具和技術。

●初中信息科技人工智能課程開發

1.課程目標

理解人工智能；掌握使用工具和技術；發展創新思維和解決問題的能力；培養團隊合作和溝通能力；培養倫理和社會責任意識。

2.課程內容

人工智能基礎：介紹人工智能的基本概念、分類和發展歷程。

數據與算法：學習數據的獲取、處理和分析方法，以及常用的機器學習算法和技術。

工具與技術：掌握使用工具的基本應用，如數據處理工具、編程語言和開發環境。

人工智能應用領域：探索人工智能在圖像識別、自然語言處理、機器人技術等領域的應用案例。

倫理與社會責任：討論人工智能的倫理問題，思考人工智能的社會影響和應用的社會責任。

3.課程結構

初中信息科技人工智能課程旨在逐步引導學生從基礎概念到實踐應用進行全面掌握[2]，以下是課程的主要模塊。

基礎知識模塊：學習人工智能的基本概念、原理和基礎技術，包括機器學習、深度學習、數據處理和算法基礎等。

技術應用模塊：學習并應用信息科技工具和技術，如編程語言、開發環境和數據處理工具，通過實踐項目掌握技術應用的方法和技巧。

應用案例模塊：學習人工智能在不同領域的應用案例，如圖像識別、自然語言處理和機器人技術等。通過實際案例的學習，培養應用思維和創新能力。

倫理與社會責任模塊：思考人工智能的倫理問題和社會影響，討論如何正確應用人工智能技術，并培養社會責任意識和道德判斷能力。

4.教具選擇

開展初中信息科技人工智能課程的教學，教具的選擇至關重要。筆者根據實際情況選擇了適合本校初中學生使用的教學工具。

教學資源：利用開放的在線資源，如教育平臺、人工智能學習網站和虛擬實驗平臺，提供豐富的學習資料、實踐機會和交流平臺，拓展學習渠道。

編程工具：選擇適合的編程工具，如Python等，通過編程實踐理解和應用人工智能技術，同時培養計算思維和問題解決能力。

相關硬件：Arduino控制板、傳感器（超聲波、聲音、溫度、氣體、語音識別傳感器等）、通信模塊、數據連接線等。

5.項目設計

為了增強學生的實踐能力和應用能力，課程開發引入了一系列實踐項目，如：①圖像識別項目。使用圖像處理技術和機器學習算法，開發一個簡單的圖像識別程序，用于識別物體或進行圖像分類。②聊天機器人項目。設計和開發一個簡單的聊天機器人，利用自然語言處理技術進行對話和回答問題。③數據分析項目。收集實際數據，并運用機器學習算法進行數據分析和預測，從中獲取有價值的信息。④創新設計項目。鼓勵提出創新的人工智能應用想法，并實現自己的創意項目等。

●初中信息科技人工智能課程實踐

1.優化課堂教學方式

不同教學內容應采用不同的教學方式、方法，在人工智能教學中教師可采用的教學方法如下。

探究式學習：通過引導學生提出問題、探索和實踐，激發他們的學習興趣，提升他們的自主學習能力。

跨學科項目式學習：組織學生參與實際項目，如設計人工智能程序或開發簡單的應用，讓學生在實踐中運用所學的各科知識和技能。

小組討論與合作學習：通過小組討論、合作項目等形式，促進學生之間的交流與合作，培養團隊合作和溝通能力。

2.加強項目實施指導

實踐項目是初中信息科技人工智能課程中的核心環節，要讓學生通過設計和實施具有實際應用場景的項目，能夠將所學的知識與技能應用于解決真實世界的問題。例如智能機器人控制項目，要求設計和編程一個智能機器人，讓其能夠執行特定任務，如尋找物體、避障或進行環境監測。在實際教學中，教師可引導學生使用Arduino控制板和傳感器組裝一個小型機器人，通過編寫程序實現其自主導航和任務執行的功能。又如數據分析與預測項目，要求學習數據分析和機器學習的基礎知識，并選擇一個實際數據集進行分析和預測。教師可引導學生使用Python的數據分析庫和機器學習算法，對社交媒體數據進行情感分析或對銷售數據進行銷量預測。通過這些實踐項目，學生能夠將課堂所學的理論知識與實際問題解決相結合，提高了他們的動手能力、創新思維和解決問題的能力。

3.引導學生自主學習

調動學生的參與積極性和學習興趣是初中信息科技人工智能課程成功開展的關鍵。在教學實踐中，教師可采用多種方法激發學生的學習興趣。例如，在學習機器學習算法時，給學生提供一個真實的數據集，引導他們使用算法預測和分析數據，引導學生觀看與人工智能相關的紀錄片、TED演講或參觀科技公司的展覽，拓寬他們的視野；在學習深度學習算法時，引導學生選擇感興趣的主題，并自主學習和研究相關的論文和資源，以探索更深入的理解和應用；組織編程比賽，讓學生在限定時間內完成特定的編程任務，并評選出最佳解決方案等。

4.多元評估與反饋

初中信息科技人工智能課程需要建立合適的評估與反饋機制，以有效評估學生的學習成果和進步，并提供及時的反饋和指導。在實踐中，教師可采用項目評估、作業和考試、口頭報告和展示、同行評價等評價方式，從多個角度對學生的學習成效進行評價。同時，還定期提供個別和集體反饋，指導學生改進和進一步發展。通過評估與反饋機制，學生能夠了解自己的學習進展和表現，并得到及時的指導和支持。同時，評估與反饋也為教師提供了了解學生學習情況的依據，有助于調整教學策略和課程內容，以滿足學生的學習需求。

5.培養創新思維與問題解決能力

信息科技人工智能課程實踐應重視培養學生的創新思維和問題解決能力。在教學中，教師可采用多種方法來培養學生的創新思維和問題解決能力。[3]

例如，給學生設計一系列挑戰項目，要求他們通過創新思維和合作解決實際問題，如設計智能交通系統、開發智能家居等。又如，引導學生采用設計思維方法，從用戶需求出發，通過觀察、理解、思考和反饋，提出創新的解決方案。再如，引導學生面對開放性問題，鼓勵他們從多個角度思考和分析問題，并提出自己的獨特見解和解決方案。

6.培養學生團隊合作與溝通能力

在信息科技人工智能課程中，培養學生團隊合作與溝通能力是非常重要的。教師在課程實施中，可采用諸多方式培養學生的團隊合作能力與溝通能力。例如，組織學生進行項目展示和評審，讓學生從其他小組中學習和借鑒經驗，促進彼此之間的學習和成長；在小組合作中，給每個成員分配不同的角色，如項目經理、程序員、設計師等，讓學生在團隊中發揮各自的優勢和專長；組織合作學習活動，如討論會、問題解決小組等，鼓勵學生在小組中相互討論、分享思路和解決方案。通過團隊合作和合作學習，學生學會了傾聽他人意見、協商解決問題、共同合作完成任務，這不僅有助于培養團隊合作能力和社交技能，還為將來的職業發展打下基礎。

7.培養倫理和社會責任意識

人工智能的應用涉及倫理和社會責任問題，因此在課程實踐中培養學生的倫理和社會責任意識至關重要。教師可以引導學生討論使用人工智能技術應遵守的倫理原則，如探討人工智能在隱私保護、數據安全和公平性方面的挑戰，并鼓勵他們提出解決方案。通過培養倫理和社會責任意識，使學生能夠更加全面地理解和應用人工智能技術。

●結束語

初中信息科技人工智能課程的開發與實踐是一項重要而有意義的工作。通過本課程的實施，學生在跨學科學習中不斷進行多學科知識的融合，不僅全面發展了信息科技能力與素養，培養了計算思維、創新思維和問題解決等能力，而且提升了對多學科知識的理解與綜合應用能力。