三維聯動人工智能教育實踐研究

摘要：本文構建了“課程·空間·活動”三維聯動的人工智能教育模式，該模式以“課程”為基礎，以“空間”為支撐，以“活動”為提升，通過三者的相互融合，有效提升了人工智能教育的效果。

關鍵詞：人工智能教育；三維聯動模式；視覺識別；智能閘機；實踐研究

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）14-0104-03

為了培養適應未來社會需求的創新型人才，越來越多的學校開始將人工智能納入課程體系，并開始探索有效的實施模式。而如何有效地整合課程資源、構建學習空間、設計實踐活動，以形成系統、高效的人工智能教育體系，是當前教育領域亟待解決的問題。[1]在此背景下，“三維聯動模式”應運而生，該模式強調課程、空間與活動的有機結合。下面，筆者以“基于視覺識別的智能閘機”項目為例，深入探討基于三維聯動模式的人工智能教育實踐。

人工智能教育三維聯動模式的確立實施

筆者經過多年的實踐研究發現，“課程”“空間”“活動”三要素在人工智能教育中發揮著重要的作用。

課程：在人工智能教育中，課程是培養學生創新力的基礎。人工智能課程不僅要重視大班教學的普及課程，還要關注社團、校隊的課程，為培養拔尖創新型人才打下堅實的基礎。

空間：學習空間是支撐師生開展教學活動的重要場所。在人工智能教育中，學習空間應包括物理空間和虛擬空間。[2]物理空間應配備相關的人工智能教具和器材，如開源硬件等；虛擬空間則應提供豐富的數字資源和學習平臺。

活動：活動是激活學生創新力的關鍵。在人工智能教育中，活動不應局限于課堂活動，還應包括與人工智能教育相關的競賽活動、科創節活動與體驗式活動等。

經過文獻分析、案例研究和實證研究等，筆者確立了“課程·空間·活動”三維聯動的人工智能教育實施模式（如下頁圖1）。具體為：根據人工智能課程的教學目標、課程內容設計合理的學習空間，同時，空間的建設為人工智能課程的進一步優化提供了更大的可能性。人工智能教育的活動則是貫穿于課程和空間的主要內容。人工智能課程的相關知識需要以項目活動為載體，而空間則是活動開展的物理支撐和保障。形成“課程+空間+活動”全面融合的人工智能人才培養模式，能夠達到以學促教、以教促建、以學促建的良好教學生態。

項目設計簡述

1.基于三維聯動模式的項目框架設計

課程設計：本項目采用大概念、大單元、大項目和學歷案的教學方式，將人工智能知識與實際生活場景相結合，通過項目驅動的方式激發學生的學習興趣和探究欲望。同時，注重跨學科融合，將數學、物理、生物等多學科知識融入課程中，拓寬學生的知識視野。

空間構建：本項目通過引入信息化工具，如點名系統、評價系統、直播投屏系統等，改善師生互動效果，提升學生參與度。同時，采用圓桌排列的方式提高小組內的交流效果，營造積極向上的學習氛圍。

活動實施：本項目通過小組合作、自主探究等多樣化的學習方式培養學生的問題解決能力和創新能力。同時，關注過程評價和能力培養，指向深度學習的學習理念。

項目模型分別為環境支撐層、教學準備層、活動設計層和目標導向層，如圖2所示。活動設計層是模型的關鍵部分，是師生共同體在項目驅動下面向教學目標的活動，本項目采用了項目式學習、“做中學”學習模式、小組合作學習、支架式學習。首先，以學生熟悉的“校門口的出入閘機檢查”這一真實場景引出本項目課題，讓學生探究并嘗試解決生活中的真實問題。其次，學生進行自主探究，理解“訓練模型”的概念，教師提供學習支架。再次，學生以小組合作的形式完成素材采集及模型訓練。最后，學生運用數字化工具進行創意的展示和分享。[3]

2.以學生為中心的活動設計

在人工智能教育的“課程·空間·活動”三維聯動模式中，活動作為一個重要維度，在提升學習效率、促進學生參與、增強學習體驗、培養實踐能力等方面都有著重要的作用。本項目以學生學習為中心，采用項目式學習、小組合作學習、支架學習和“做中學”的學習模式進行活動設計。如下頁圖3所示。

（1）創設情境，提出問題

播放值日教師在校門口反復檢查學生有沒有佩戴口罩的視頻，引導學生思考能否在簡單閘機的基礎上，實現“閘機檢查學生是否佩戴口罩”，讓“口罩檢查”實現自動化。通過創設真實的問題情境，明確關鍵問題，確定本項目研究的主題：基于視覺識別的智能閘機—口罩識別。

（2）自主探究，分析問題

在確定項目研究主題之后，引導學生思考教師在校門口檢查學生是否佩戴口罩的過程中，是怎樣利用眼睛、大腦、嘴巴協調完成這一任務的，從而類比到機器應該采用哪三個步驟來實現識別判斷。在這一環節中，教師提供學習支架，在Moddle平臺上提供“訓練模型”的微課，讓有需要的學生進行自主學習。

（3）合作探究，解決問題

學生以小組合作的形式完成素材采集及模型訓練。學生將采集的圖片根據戴口罩和不戴口罩進行分類并將分類好的照片導入，接著，進行模型測試，以驗證模型的有效性。學生借助程序流程圖，正確理解分支結構，實現當識別到戴口罩的時候做出合適的反應，并適當增加樣本的復雜性以實現不同場景的識別，培養邏輯思維能力和計算思維。

（4）展示作品，分享評價

學生在完成口罩識別閘機的設計后，進行作品展示，師生對遇到的困難或難點進行討論分析，幫助學生進一步完善作品。在這一環節中，學生能從程序編寫、語言表達、作品分享等方面綜合評價各小組的展示，提升運用數字化資源實現創意表達的能力。

（5）歸納總結，拓展延伸

教師采用知識搶答的方式，鞏固本節課的重難點，并對本節課進行總結，接著拋出問題引發學生思考：“怎樣才能讓閘機識別到具體是哪些同學沒戴口罩呢？”“閘機如何才能實現體溫自動測量？”通過這一系列問題讓學生舉一反三，遷移應用所學知識，在主題的延伸中繼續深入思考和探索，從而培養科學探究精神。[4]

結束語

實踐研究表明，三維聯動模式將課程、空間和活動三個維度有機結合起來，有助于打破傳統教育的界限，實現跨學科、跨領域的學習，從而更好地培養學生的創新思維和實踐能力。對“基于視覺識別的智能閘機”項目的實踐分析表明，基于三維聯動模式的人工智能教育實踐在強化學生學習成果、改善教師教學效果以及促進教育創新等方面具有顯著效果。這種效果不僅體現在學生的知識掌握上，還體現在他們的思維能力、情感態度以及價值觀念等多方面。未來，筆者將繼續深入研究三維聯動模式在不同類型的人工智能教育項目中的應用和推廣策略，以期為一線教師提供更全面有效的借鑒。

參考文獻：

[1]袁中果.新技術下中小學人工智能教育的現狀[J].中國科技教育，2023（04）：23-25.

[2]陳明陽，陽亞平，陳明，等.智慧教育視域下混合式學習空間的構建與實踐研究[J].中國遠程教育：綜合版，2019（11）：79-85.

[3]范仁俊.淺談“數字化學習與創新”素養的培育[J].教育研究與評論：中學教育教學版，2019（07）：78-82.

[4]李俊.三維聯動人工智能教育[M].長春：東北師范大學出版社，2022：124-126.