基于真實情境的初中人工智能微項目課堂教學(xué)探索

【摘 要】本文以“AI守護(hù)校園安全：探秘機(jī)器學(xué)習(xí)”一課為例，結(jié)合信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)，發(fā)掘基于真實情境的人工智能微項目案例，積極探索初中人工智能教學(xué)路徑，對如何在初中信息科技課程中創(chuàng)設(shè)真實情境、合理設(shè)計微項目進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】真實情境；微項目；人工智能；機(jī)器學(xué)習(xí)

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）08-047-02

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）提出，信息科技課程核心素養(yǎng)包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會責(zé)任[1]，課程內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)時代性，注重理論和實踐并重，倡導(dǎo)基于項目的學(xué)習(xí)方式，通過真實情境，讓學(xué)生參與信息科技知識的溝通、共享、合作與協(xié)商，體驗知識的社會性構(gòu)建，提升信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)。新課標(biāo)人工智能模塊的內(nèi)容要求是初步了解人工智能的基本概念和應(yīng)用，描述典型人工智能算法的實現(xiàn)過程，搭建簡單的人工智能應(yīng)用模型，感受人工智能實現(xiàn)過程，運(yùn)用算法解決問題，關(guān)注人工智能帶來的環(huán)境和人文問題，具備人工智能安全防護(hù)能力，并增強(qiáng)利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感和使命感。

真實情境與微項目

1.真實情境

基于真實情境的教學(xué)是一種以真實的場景、事件和問題為基礎(chǔ)的教學(xué)方法，有助于學(xué)生理解人工智能。在人工智能課程教學(xué)中，選取學(xué)生生活中常見的真實情境，并合理設(shè)計項目，通過可操作、可實現(xiàn)的項目給學(xué)生直接的學(xué)習(xí)體驗，讓學(xué)生更深入地了解學(xué)科知識的應(yīng)用和實踐[2]，不僅能夠促進(jìn)學(xué)生對人工智能理論的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和操作能力，還能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力，從而更好地適應(yīng)人工智能時代的發(fā)展。

2.微項目

微項目學(xué)習(xí)是“項目式學(xué)習(xí)”的延伸和發(fā)展，將知識分散為多個小項目，把抽象的知識情境化、項目微小化，保證每個微項目學(xué)習(xí)能在規(guī)定的課時內(nèi)完成，具有使用靈活、易解決、用時短、見效快的特點。微項目既保留了“項目式學(xué)習(xí)”的優(yōu)勢，又克服了“項目式學(xué)習(xí)”耗時長、流程復(fù)雜、評價難等問題，項目式學(xué)習(xí)通過微項目學(xué)習(xí)得以具象化，微項目學(xué)習(xí)聚焦后形成完整的項目式學(xué)習(xí)框架，兩者互為補(bǔ)充、相互支持[3]。

人工智能微項目課堂教學(xué)案例

基于真實情境、問題導(dǎo)向的設(shè)計理念，結(jié)合微項目學(xué)習(xí)理論和教學(xué)實踐，筆者設(shè)計了一個基于真實情境的初中人工智能項目“AI守護(hù)校園安全”，根據(jù)學(xué)習(xí)者特征和人工智能相關(guān)知識點，分解項目，挖掘項目背后蘊(yùn)藏的知識，并進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)的制定和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計：項目需求分析、語言識別技術(shù)、語言合成技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、綜合應(yīng)用和項目迭代等，共用6個課時。現(xiàn)選取其中一個微項目，以“AI守護(hù)校園安全：探秘機(jī)器學(xué)習(xí)”一課為例，詳述其教學(xué)流程如下。

1.情境導(dǎo)入，激發(fā)興趣

新課標(biāo)倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)，要求以真實問題或項目驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過程、計算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，構(gòu)建知識，提升問題解決能力[4]。本節(jié)課，筆者以“校園安全預(yù)警”為真實情境導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從已有知識和生活經(jīng)驗出發(fā)，引出機(jī)器學(xué)習(xí)的定義和生活中的應(yīng)用案例，形成對機(jī)器學(xué)習(xí)的初步認(rèn)知。

2.學(xué)習(xí)新知，提出問題

本環(huán)節(jié)引入多元化數(shù)字資源，在UMU平臺上提供文檔和微課資源，引導(dǎo)學(xué)生對比人類學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)的異同點，掌握機(jī)器學(xué)習(xí)的過程。以課時1提出的項目和需求分析為基礎(chǔ)，并以“你想設(shè)計什么樣的機(jī)器學(xué)習(xí)模型應(yīng)用到你的AI守護(hù)機(jī)器人”為問題導(dǎo)向，以“設(shè)計個性化的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用作品”微項目活動為主線，引導(dǎo)學(xué)生借助新知識，結(jié)合生活和社會現(xiàn)象提出問題，確定研究微項目。結(jié)合教師點評，借助新知分析提出的問題，進(jìn)一步厘清哪些屬于機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用，充分發(fā)揮評價的導(dǎo)向作用，做到“教－學(xué)－評”一體化，將機(jī)器學(xué)習(xí)的過程和應(yīng)用貫穿整節(jié)課，在解決實際問題中理解機(jī)器學(xué)習(xí)的定義，經(jīng)歷機(jī)器學(xué)習(xí)原理運(yùn)用過程。

3.操作實踐，探究問題

初中階段的學(xué)生喜歡動手探索，人工智能課程具有較強(qiáng)的動手實踐特性和學(xué)科融合性，讓學(xué)生在“做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)”。通過設(shè)計和開發(fā)人工智能作品，體驗人工智能解決問題的過程，在項目實踐探索的過程中不斷迭代發(fā)展計算思維。本環(huán)節(jié)組織學(xué)生小組合作，自學(xué)微課資源“AI訓(xùn)練平臺的使用方法”，完成微項目任務(wù)三“訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型”。小組成員自主探索完成模型訓(xùn)練，深入理解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程和分類模型。機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練基于英荔AI訓(xùn)練平臺（https：//train.aimaker.space/train/），將機(jī)器學(xué)習(xí)的過程具體化，讓學(xué)生真實體驗如何訓(xùn)練一個分類模型，并闡述機(jī)器學(xué)習(xí)的實現(xiàn)過程。

4.學(xué)以致用，解決問題

本環(huán)節(jié)是完成微項目的任務(wù)四，目的是讓學(xué)生通過綜合運(yùn)用所學(xué)編寫程序，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)模型實現(xiàn)作品功能，引導(dǎo)學(xué)生欣賞優(yōu)秀范例作品，啟發(fā)學(xué)生可以通過完善數(shù)據(jù)和功能，并優(yōu)化程序來完善作品。學(xué)生通過多輪實驗探究提出問題、探究問題、解決問題，在解決實際問題中進(jìn)一步理解機(jī)器學(xué)習(xí)的定義。本環(huán)節(jié)，筆者著重增強(qiáng)學(xué)生積極探索的創(chuàng)新意識，通過設(shè)置彈性任務(wù)滿足不同學(xué)生的需求，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)原理解5IdltiD3W5k4DbnTD+ft4A==決實際問題及運(yùn)用計算機(jī)解決問題的意識。

5.作品展示，交流評價

在微項目學(xué)習(xí)中，項目的匯報展示和評價是非常重要的環(huán)節(jié)，這是成果驗收階段，也是反思階段，通過評價促使學(xué)生進(jìn)行反思、總結(jié)。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)素養(yǎng)導(dǎo)向的多元評價，信息科技課程要注重評價育人，強(qiáng)化素養(yǎng)立意，堅持過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)習(xí)結(jié)果的評價和應(yīng)用，堅持自評和他評相結(jié)合，實現(xiàn)三個維度的綜合評價，增強(qiáng)學(xué)生的參與意識。本環(huán)節(jié)學(xué)生通過作品成果展示、分享交流、回顧解決問題的過程，多角度思考問題，在評價中反思，并不斷完善和迭代自己的作品。

6.總結(jié)拓展，感悟本質(zhì)

最后，筆者對本節(jié)課知識點進(jìn)行總結(jié)提煉，強(qiáng)調(diào)技術(shù)應(yīng)回歸并服務(wù)于生活的理念，倡導(dǎo)人機(jī)協(xié)作，實現(xiàn)良好共處。

結(jié) 語

將人工智能應(yīng)用轉(zhuǎn)化為課堂中能夠?qū)嵤┑捻椖浚瑢ο嚓P(guān)概念、原理、使用的平臺工具等進(jìn)行“降維”設(shè)計，采用基于真實情境的微項目，將項目線和知識線有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生逐步從感性的直觀經(jīng)驗走向理性的抽象概念建構(gòu)，真正理解人工智能的概念與原理。

“AI守護(hù)校園安全：探秘機(jī)器學(xué)習(xí)”是一節(jié)基于真實情境、虛實結(jié)合的初中人工智能課程，在現(xiàn)有人工智能硬件設(shè)備不能完全滿足課程教學(xué)的條件下，本節(jié)課學(xué)生利用人工智能輔助平臺完成人工智能課程的學(xué)習(xí)，并達(dá)到較好的效果。此外，筆者結(jié)合微項目學(xué)習(xí)理論和特點，精心設(shè)計微項目內(nèi)容，讓學(xué)生能在一節(jié)課完成一個既定的目標(biāo)。從信息科技實踐應(yīng)用出發(fā)，注重幫助學(xué)生理解人工智能的基本概念和基本原理，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識信息科技對人類社會的貢獻(xiàn)與挑戰(zhàn)，提升學(xué)生知識遷移能力和學(xué)科思維水平[5]，促進(jìn)學(xué)生的綜合能力發(fā)展，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，體現(xiàn)“科”與“技”并重。

參考文獻(xiàn)

[5] 熊璋.“科”“技”并重： 義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)解讀：訪義教信息科技課標(biāo)組組長熊璋教授[J]. 中國信息技術(shù)教育，2022（5）.

王世達(dá). 基于真實情境的人工智能項目活動設(shè)計與實施：以初中信息科技“無人超市的實現(xiàn)”為例[J]. 中國信息技術(shù)教育，2022（6）.

張海燕. 微項目學(xué)習(xí)在初中信息科技教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]. 中國信息技術(shù)教育，2022（9）.

中華人民共和國教育部. 義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S]. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

編 輯：徐靖程