計算思維導向的人工智能教學

普通高中信息技術新課程標準將計算思維列為學科核心素養。課標要求采用項目式學習，將人工智能知識構建、技能培養以及計算思維發展融入運用數字化工具解決問題和完成任務的過程中。本文以項目案例“追本溯源”的設計與制作為例，對計算思維導向的人工智能教學開展實踐探究。

一、設計原則

（一）學習情境真實化

創設真實的問題情境，將學生置于真實的學習環境，親歷實踐探究、合作等獲取知識和技能的過程，培養學生分析問題和解決問題的能力。

（二）實踐探究任務化

圍繞課標設計具有挑戰性和趣味性的實踐任務，引導學生有目的、有計劃地開展實踐，讓學生在實踐中學習、應用和創新，從而更好地掌握知識和技能。

（三）學習過程項目化

項目式學習是一種基于問題解決的探究式學習方式，通過引導學生將理論知識與實際應用結合，提高學生知識運用能力和團隊協作能力。

（四）學習成果作品化

項目作品是項目式學習總結性評價的重要依據，應鼓勵學生將學習成果作品化，提升其知識轉化的能力。

二、設計模型

基于計算思維培養的人工智能教學設計模型應以真實問題為基礎，以數據和算法為核心，以計算思維為連接現實世界和虛擬世界的紐帶。

三、“追本溯源”項目式學習

（一）創設問題情境

創設“超市購物”的問題情境，引導學生發現超市的部分商品存在來源信息不透明、缺乏有效的售后反饋機制等問題。

（二）設計解決方案

1.對商品實施“一商品一專碼”，只需掃描商品上的二維碼，即可查看商品的產地、供應商等信息。

2.通過手機App收集消費者對所購商品的評價信息，完善售后反饋機制。

（1）利用Appinventor軟件，開發便于消費者接收和反饋信息的程序。

（2）通過物聯網模塊，實現物聯網平臺和手機App的同步更新。

（3）消費者可通過手機App將對商品的評價上傳至物聯網平臺，便于后續的數據分析和處理。

（三）提供學習支架

通過視頻向學生介紹物體識別的原理及應用場景；通過文檔資料向學生介紹二哈視覺傳感器、物聯網等模塊的使用方法；通過技術指導手冊向學生介紹Siot本地服務器的部署和通信，以及Appinventor手機App開發等。

（四）開展項目制作

根據項目設計方案，學生選擇適當的硬件設備，進入模型搭建、線路連接、物聯網平臺部署和程序編寫等項目制作過程。

（五）測試驗證結果

在項目驗證階段，學生需根據驗證結果對作品進行程序、功能升級和模型改進等方面的優化，其中，建立Arduino與手機App間的通信是項目制作的難點。在此過程中，學生在不斷試錯、學習、優化、多次迭代中鞏固并重構了知識體系，提升了解決問題和計算思維的能力。

[本文系中國自動化學會“青少年人工智能創新后備人才培育工程”教科研項目“面向高中生計算思維培養的Arduino人工智能校本課程設計及其實施方案的研究”（課題立項號：HBRC-JKY-2023-202）成果之一]

（欄目編輯" 方郁芝）