基于學科核心素養(yǎng)的初中信息科技教學設計策略

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》明確指出，信息科技教學應重點圍繞學生信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任四大核心素養(yǎng)實施。信息科技作為初中生必修課程之一，不僅關注學生對計算機知識與操作技能的掌握，而且要求學生形成信息科技核心素養(yǎng)。目前，從我國初中學校的信息科技教學情況來看，大多存在對學生信息科技核心素養(yǎng)關注度不夠的情形，普遍重知識與技能學習，忽略信息科技核心素養(yǎng)培養(yǎng)。對此，為更好地培養(yǎng)學生的信息科技核心素養(yǎng)，本文從落實新課標精神出發(fā)，以“走進人工智能”為課堂教學實例，提出具體的教學設計方法與理念，旨在促進學生信息科技核心素養(yǎng)發(fā)展。

一、立足實際，做好教材與學情分析

人工智能是初中信息科技課程的重點內(nèi)容。目前，無論是人教版的信息科技課程，還是蘇教版或其他地方教材版本的信息科技課程，從初一或初二開始就已經(jīng)涉及人工智能的知識板塊。雖然總體上占比有限，但卻是學生初步認識與了解人工智能的重要途徑。

（一）教材分析

本次教學實例為由廣東科技出版社出版、中山信息科技教材編寫組編寫的信息科技八年級下冊第二單元第三節(jié)“走進人工智能”。該板塊內(nèi)容以講解人工智能概念、人工智能研究的基本內(nèi)容、人工智能的應用案例、人工智能的應用實現(xiàn)等知識為主。根據(jù)新課標精神與教材的要求，初中階段不要求學生掌握人工智能的專業(yè)操作技術，也不要求學生掌握人工智能的應用方法，但是重點強調(diào)學生對人工智能的正確認識、應用案例與原理的了解，同時能科學辯證地認識人工智能與人類的關系，樹立正確的人工智能觀，愛上人工智能，樂于探究人工智能。

（二）學情分析

人工智能的知識是初中生首次接觸。雖然小學信息科技課程中開展了一些人工智能教學，但是學生對人工智能的掌握僅局限于人工智能的概念科普，超過80%的初中生都不能夠全面、正確地了解人工智能的技術類型，尤其是人工智能的實現(xiàn)案例與原理。因此，從基本學情來講，學生對人工智能的了解程度有限，基礎知識積累不足，在教學上需要關注學生的理解差異性。

二、明確教學目標和重難點，做好教學準備

（一）教學目標

1.使學生了解智能的含義和基本表現(xiàn)，了解人工智能的概念和人工智能研究的基本內(nèi)容，能夠舉例說出人工智能在現(xiàn)實生活中的具體應用。

2.能夠引導學生樹立正確的人工智能觀，以科學發(fā)展態(tài)度正確審視人與人工智能。

3.激發(fā)學生對人工智能的興趣，幫助學生形成樂于探究人工智能的積極性。

（二）教學重難點

教學重點：人工智能的應用原理和人工智能的應用案例。

教學難點：人工智能的現(xiàn)實應用案例及其原理。

（三）教學準備

教學課件、計算機設備、多媒體顯示屏、板書、任務學習單、小型的人工智能玩具設備及人工智能系統(tǒng)軟件。

三、多措并舉，科學實施教學過程

培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)，教學方式的采用尤為重要。經(jīng)過長期的探索，筆者認為采用小組合作法、體驗探究法、學習反思法等進行教學活動，能夠取得理想的效果。

（一）導入：多媒體演示，加深對人工智能的認識

數(shù)字化學習與創(chuàng)新是初中生信息科技學科核心素養(yǎng)之一，代表著學生對計算機技術、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術等先進數(shù)字化技術的學習，并認識到各種數(shù)字化技術的創(chuàng)新方式與應用邏輯，強調(diào)學生對數(shù)字化技術的基礎理論掌握。因此，此次教學運用多媒體設備導入了人工智能概念知識。

問題導入：同學們，你們聽說過人工智能嗎？你們知道什么是人工智能嗎？人工智能有哪些代表性技術呢？

學生根據(jù)教師提問，依據(jù)自身對人工智能的了解與課本上的提示，回答人工智能的概念，發(fā)表自己對人工智能的見解。

內(nèi)容引入：教師根據(jù)學生的回答情況，針對性補充或糾正學生的認知，使用多媒體設備直接展示有關智能、人工智能的動畫與圖片，講解智能、人工智能等概念。

深入講解：教師運用多媒體設備為學生講解人工智能的機器感知、機器思維、機器學習、機器行為、知識表示等基本內(nèi)容，促使學生全面認識人工智能。在此基礎上，教師介紹人工智能的實際應用情況，如手機拍照搜題、小區(qū)門禁人臉識別或體溫檢測、智能機器人掃地、智能音響等。

（二）合作學習，分析人工智能案例

計算思維是初中生信息科技學科核心素養(yǎng)之一，主要是指學生運用計算機科學領域的思想方法進行現(xiàn)實問題的解決或案例分析。以“走進人工智能”為教學案例，指導學生拓展思維，列舉生活中的人工智能案例，并運用上一環(huán)節(jié)已學的人工智能理論知識、原理去分析與解釋人工智能在實際案例中的實現(xiàn)邏輯，這本身是對學生計算思維的訓練。

問題導入：同學們，通過對人工智能的概念認識、技術要素及實現(xiàn)原理的學習，相信大家都對人工智能有了全新的認識。那么，你能列舉一些生活中見過的、聽說過的或了解的人工智能應用實例嗎？請小組探討，并由小組代表分享案例。

小組討論：教師指導學生以班級學習小組為基本單位（4～6人一組），圍繞“人工智能在現(xiàn)實生活中的應用案例”進行廣泛討論，小組成員積極發(fā)表觀點，分享自己了解、見過或聽說過的人工智能應用案例，并利用已學的知識進行應用案例技術原理分析。

案例解讀：教師邀請每一個小組的組長或代表進行案例分享。小組A認為：汽車上的智能網(wǎng)聯(lián)車機系統(tǒng)就運用了人工智能，汽車上的車機系統(tǒng)顯示屏帶有AI助手功能，可以直接喊AI助手的代號名字，喚醒AI助手，AI助手本身就是一個人工智能機器人，可以與人進行互動，并自動識別人的語音信息，完成各種自動化、智能化的操控。包括代替人打開汽車天窗、播放音樂、打開汽車空調(diào)、打開汽車遮陽簾等。人工智能在汽車車機系統(tǒng)中的運用，其實現(xiàn)原理是語言智能交互技術、ASR（語音識別）技術，讓語音交互系統(tǒng)更具人類的親和力特質(zhì)和邏輯思維能力，能帶給用戶更具情景化、更有溫度的用車體驗。小組B認為：機器人是人工智能的應用體現(xiàn)，如家用機器人（智能掃地機），它可以根據(jù)人的語音喚醒，在房間里自動打掃衛(wèi)生，而且可以根據(jù)人的指令，不斷變換打掃衛(wèi)生的方法與強度，實現(xiàn)房間內(nèi)清掃、吸塵、拖地等清理工作的一體化。智能機器人實現(xiàn)的原理就是語言處理系統(tǒng)、AI算法等技術的結合，機器人中集成了處理器、傳感器、控制器、執(zhí)行器等系統(tǒng)，同時搭載了智能語音交互系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，以此完成對人類語言加工與信息指令的操控。

延伸評價：教師根據(jù)每一個小組的分享，做好課堂的評價，每一個小組分享完案例后，教師都應給予簡單的評價與延伸，既幫助學生從案例中認識人工智能的現(xiàn)實應用，也激發(fā)學生對人工智能的興趣，確保學生以正確的見解去學習人工智能知識。

案例展望：教師根據(jù)學生的分享，做最后的案例匯總，列舉現(xiàn)實生活中經(jīng)常出現(xiàn)的人工智能實現(xiàn)方式與案例。如近些年人工智能熱潮的興起給我們的生活帶來了巨大的改變。無人駕駛、機器翻譯、語音識別、圖像識別，這些都是人工智能的產(chǎn)物。如 AlphaGo Zero 經(jīng)過幾天的自我博弈成為世界第一的圍棋大師；“風格多變 ”App能自動將用戶上傳的照片轉變?yōu)榫哂兴囆g風格的照片；“機器翻譯”可以在很短的時間內(nèi)將一種語言翻譯成另外一種語言，以及 “AI 智能醫(yī)生”能夠使病情診斷變得更加精準等。人工智能逐漸改變著人類社會，推動著智慧社會的形成。

（三）直觀體驗，理解人工智能原理

計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新等核心素養(yǎng)，均強調(diào)在實際的計算機技術實踐中進行知識運用，在知識運用與技能實操中形成實際的計算思維、數(shù)字化創(chuàng)新能力。因此，在“走進人工智能”教學中，我設計了一個富有體驗性的實踐活動，以此讓學生既體驗人工智能，又進一步加深其對人工智能原理的理解，從而真正認識人工智能的實現(xiàn)邏輯。

活動準備：教師提前準備了一個搭載AI系統(tǒng)的機器小車，現(xiàn)場給學生講述機器小車的零部件組成與AI系統(tǒng)的聯(lián)系，通過模型展示，講解AI是如何在機器小車中實現(xiàn)智能控制的，讓學生了解人工智能在實際案例中的應用原理，從而真正加深對AI的認識。

主題活動：在學生觀看學習基礎上，開展一個“AI機器人智能挑戰(zhàn)搭建紅藍碰碰車”的活動，活動主題以AI機器小車設計為主，每組3人，一起搭建機器小車，設計出帶有2個傳感器、能夠前后左右運動的機器小車，同時也要設計隊名、思維導圖等。活動最后在規(guī)定場地中進行1V1對抗賽和2V2團隊賽，比賽時間1分鐘，在30秒時交換遙控器，成功將對手撞停視為勝利。還用搭建的機器人進行了吸球大挑戰(zhàn)，學生簡單規(guī)劃了路線，學會遙感控制機器人前后左右運動，以及用按鈕控制機器人吸取和釋放小球，設計出專屬的機器人操控路線，更高效地完成操控任務。通過實驗設計活動，學生不僅體驗了人工智能，而且初步運用人工智能知識進行了實際操作，學習AI機器小車的內(nèi)部結構和原理，訓練了計算思維、數(shù)字化創(chuàng)新能力，學習編程，立志將來為人工智能技術發(fā)展出一份力。

活動反思：教師組織學生對實踐活動進行反思，表達對人工智能的應用感悟。通過實踐活動，學生的計算思維得到發(fā)展，能夠初步運用計算機知識、人工智能知識等進行簡單的動手設計，有利于開發(fā)學生的大腦，也激發(fā)了學生對人工智能的興趣。

（四）深度反思，形成正確的人工智能觀

“走進人工智能”重點涉及人工智能與智慧社會之間的關系分析，旨在引導學生正確審視人工智能，正確認識人工智能與人類的關系，讓學生形成正確的人工智能觀，這與信息科技學科核心素養(yǎng)強調(diào)的信息意識、信息社會責任相契合，即要求學生樹立正確的人工智能意識與責任心、態(tài)度、價值觀。

問題導入：同學們，人工智能的出現(xiàn)與發(fā)展給人類社會帶來了翻天覆地的變化，目前人工智能在生活中各個領域的應用，極大地方便了人們的生活，給人們提供了無限可能。那么，人工智能為人們帶來更多便利的同時，又會對人類社會產(chǎn)生哪些影響呢？

學生思考：學生在教師的提問下對人工智能進行全面思考與審視。教師重點引導學生從科學辯證的角度對人工智能的利弊進行分析，既要全面認識到人工智能的益處，又要客觀認識到人工智能可能會帶來的危機，如人工智能的大范圍應用，可能會引發(fā)誠信危機、削弱人的主體作用、出現(xiàn)虛假信息誤導甚至出現(xiàn)人工智能機器人代替人類顛覆社會倫理等。帶領學生進行客觀審視的目的就是讓學生樹立正確的人工智能觀，認識人工智能與人的正確關系，以正確的觀念與思想進行人工智能創(chuàng)造。

學習展望：教師帶領學生進行展望，在強調(diào)和體現(xiàn)人工智能技術價值之外，應更多地看到技術對社會的轉型升級和促進作用，尤其要把數(shù)字化時代社會群體在信息安全、道德規(guī)范、交往與合作等方面趨利避害的選擇作為智慧社會建構的一個核心關鍵加以重視。

總而言之，初中信息科技核心素養(yǎng)主要體現(xiàn)于信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任四大板塊。整個“走進人工智能”的教學實施，應重點圍繞如何培養(yǎng)學生信息科技核心素養(yǎng)，通過采取小組合作、體驗探究、學習反思等教學方法，引導學生自主、合作參與到課程知識學習與實踐中，幫助學生實現(xiàn)信息科技學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

編輯：趙飛飛

作者簡介：禹榮學（1978—），男，侗族，廣東中山人，本科，初中信息科技一級教師，研究方向：初中信息科技教學。