信息科技學(xué)科實施人工智能教學(xué)的途徑與策略

【摘 要】本文探討了初中信息科技教學(xué)中實施人工智能教育的途徑與策略。通過強化學(xué)生非結(jié)構(gòu)化思維、開展項目式教學(xué)活動、趣味化引入編程教育體系等方法，旨在提升學(xué)生對人工智能的理解與應(yīng)用能力，培養(yǎng)他們創(chuàng)新思維和解決問題的能力，為初中信息科技教育與人工智能教育的融合提供有效指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】初中教學(xué)；信息科技；人工智能；途徑與策略

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）011-062-02

在科技日新月異的當(dāng)下，人工智能猶如一顆璀璨的新星，引領(lǐng)著時代的變革與進(jìn)步。它不僅重塑了我們的生活方式、工作模式，還對教育領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。初中信息科技課堂作為培養(yǎng)學(xué)生科技素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的重要陣地，引入人工智能教育已成為必然趨勢。這不僅是順應(yīng)時代發(fā)展的需要，更是為學(xué)生開啟未來科技之門的關(guān)鍵鑰匙[1]。

初中生正處于好奇心旺盛、思維活躍的成長階段，在這個時期開展人工智能教育，能夠激發(fā)他們對未知世界的探索欲望，培養(yǎng)其邏輯思維和解決問題的能力。然而，在初中信息科技教學(xué)中實施人工智能教育并非坦途。缺乏系統(tǒng)完善的課程體系、適配的教學(xué)設(shè)備不足、專業(yè)師資力量薄弱等問題，都給這一教育實踐帶來了重重挑戰(zhàn)。正因如此，深入研究如何在初中信息科技教學(xué)中實施人工智能教育的途徑與策略，顯得尤為重要。這不僅有助于解決當(dāng)前教育教學(xué)面臨的困境，更能為學(xué)生提供高質(zhì)量的人工智能教育，讓學(xué)生在科技的浪潮中站穩(wěn)腳跟，茁壯成長。

強化學(xué)生的非結(jié)構(gòu)化思維，幫助學(xué)生了解信息技術(shù)

非結(jié)構(gòu)化思維是理解和應(yīng)對人工智能中復(fù)雜、多樣問題的關(guān)鍵之一。在初中信息科技教學(xué)中，強化學(xué)生的非結(jié)構(gòu)化思維能幫助他們更好地掌握人工智能知識，提升解決實際問題的能力，適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展需求。作為教師，在初中信息科技教學(xué)中實施人工智能教育時，應(yīng)注重強化學(xué)生的非結(jié)構(gòu)化思維，幫助學(xué)生了解信息技術(shù)。

以蘇科版初中信息科技八年級上冊第三單元“智能處理與應(yīng)用”第5課“圖像識別技術(shù)的應(yīng)用”為例，在教學(xué)過程中，教師首先要通過展示豐富多樣且有趣的圖像識別應(yīng)用案例導(dǎo)入課程，如利用智能手機的人臉解鎖功能、超市的自助結(jié)賬系統(tǒng)通過商品圖像識別進(jìn)行結(jié)算、警方通過監(jiān)控圖像識別追蹤犯罪嫌疑人等，引發(fā)學(xué)生的濃厚興趣，并提出相關(guān)問題——圖像識別是如何做到快速準(zhǔn)確的，進(jìn)而再詳細(xì)講解圖像識別技術(shù)的基本概念和原理，強調(diào)圖像數(shù)據(jù)的非結(jié)構(gòu)化特點，并與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如表格數(shù)據(jù)，進(jìn)行鮮明對比。教師可以展示一個包含學(xué)生成績的表格，解釋其結(jié)構(gòu)清晰、規(guī)則明確的特點，再展示一張包含多種物體的復(fù)雜圖像，說明圖像中物體的形狀、顏色、大小等特征的不確定性和復(fù)雜性。

教師進(jìn)行案例分析，如以人臉識別為例深入講解其工作流程，從攝像頭采集人臉圖像，到圖像的預(yù)處理去除噪聲、增強特征，再到提取人臉的關(guān)鍵特征點，如眼睛、鼻子、嘴巴的位置和形狀，最后進(jìn)行特征匹配和識別。在此過程中，教師讓學(xué)生思考可能遇到的非結(jié)構(gòu)化問題，如不同光照條件下人臉的陰影、佩戴眼鏡或口罩對識別的影響、表情變化導(dǎo)致的面部特征改變等。之后，學(xué)生進(jìn)行實踐操作，親身體驗圖像識別實驗，使用簡單的圖像識別軟件，對不同場景下的動物圖像進(jìn)行識別，觀察識別結(jié)果并分析原因。最后，教師總結(jié)回顧本節(jié)課的重點內(nèi)容，再次強調(diào)非結(jié)構(gòu)化思維的重要性，并布置課后作業(yè)拓展思考，如讓學(xué)生調(diào)研當(dāng)前最先進(jìn)的圖像識別技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域，思考如何進(jìn)一步優(yōu)化圖像識別算法以應(yīng)對更復(fù)雜的場景。通過這樣精心設(shè)計的教學(xué)過程，逐步強化學(xué)生的非結(jié)構(gòu)化思維，使學(xué)生能夠更好地理解和應(yīng)用人工智能技術(shù)。

開展項目式教學(xué)活動，以人工智能為項目主題

項目式教學(xué)是一種有效的實踐方式，能讓學(xué)生在實際操作中深入理解人工智能，培養(yǎng)其創(chuàng)新和解決問題的能力。以蘇科版七年級下冊第二單元“智能機器人”第6課“設(shè)計智能機器人的任務(wù)”為例，教師播放一段豐富多彩的智能機器人工作的視頻進(jìn)行導(dǎo)入，如工廠中精準(zhǔn)焊接的工業(yè)機器人、餐廳里送餐的服務(wù)機器人、醫(yī)院中消毒清潔的防疫機器人等，以此引發(fā)學(xué)生的思考。教師可以詳細(xì)講解智能機器人的組成部分，包括各種傳感器（如視覺傳感器、觸覺傳感器、距離傳感器等）、控制器（如微處理器、單片機等）和執(zhí)行器（如電機、舵機等），以及它們的工作原理。同時，結(jié)合實際案例，深入闡述人工智能在智能機器人中的廣泛應(yīng)用。然后，教師布置項目任務(wù)，將學(xué)生分成若干小組，每個小組可以從校園、社區(qū)、家庭等不同場景中選擇其一。選擇校園場景的小組，設(shè)計一個能夠協(xié)助教師進(jìn)行圖書管理的智能機器人；選擇社區(qū)場景的小組，可以構(gòu)思一個能夠進(jìn)行垃圾分類并運輸?shù)闹悄軝C器人；選擇家庭場景的小組，可以設(shè)想一個能夠照顧老人生活起居的智能機器人。教師為各小組提供豐富的資源和工具，如相關(guān)的編程軟件、技術(shù)手冊、模型材料等。

在實踐操作環(huán)節(jié)，教師讓各小組根據(jù)之前的設(shè)計方案，使用編程軟件對智能機器人進(jìn)行編程，并連接硬件設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化。在這個過程中，學(xué)生不斷嘗試、改進(jìn)，解決遇到的諸如程序錯誤、傳感器不靈敏、執(zhí)行器動作不準(zhǔn)確等問題。最后，教師進(jìn)行總結(jié)回顧，再次強調(diào)智能機器人設(shè)計中的關(guān)鍵知識點和技術(shù)要點，突出項目式學(xué)習(xí)對于掌握人工智能知識的重要性。同時，教師布置課后作業(yè)拓展，讓學(xué)生進(jìn)一步完善自己小組的設(shè)計方案，或者思考如何將智能機器人的應(yīng)用拓展到更廣泛的領(lǐng)域。這樣精心設(shè)計的項目式教學(xué)活動，以人工智能教育為核心，能夠讓學(xué)生在親身實踐中深入理解和應(yīng)用人工智能知識，全面提升綜合能力。

引入趣味化編程教育體系，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維

趣味化編程，能夠激發(fā)學(xué)生對編程的興趣，為學(xué)生理解和應(yīng)用人工智能打下基礎(chǔ)，幫助學(xué)生提升邏輯思維和解決問題的能力。以蘇科版八年級下冊第四單元“Python編程基礎(chǔ)”第3課“有趣的猜數(shù)字游戲”為例，教師可以在課堂上與學(xué)生玩猜數(shù)字游戲。教師心中想一個1到100之間的數(shù)字，讓學(xué)生輪流猜測。每次猜測后，教師給出提示“大了”“小了”或“猜對了”。通過幾輪猜測，學(xué)生充分體驗到了游戲的樂趣。這時，教師引發(fā)學(xué)生思考：如果讓計算機來和我們玩這個游戲，它會怎么實現(xiàn)呢？這成功激起了學(xué)生對計算機實現(xiàn)該游戲的強烈好奇心。接著，教師詳細(xì)講解Python編程的基本環(huán)境，包括如何安裝Python解釋器、選擇合適的編程工具（如IDLE、PyCharm等），以及運行Python程序的方法。同時，教師深入淺出地介紹Python編程的基礎(chǔ)知識，如變量的概念、數(shù)據(jù)類型，重點講解條件判斷語句的邏輯和用法。在編程環(huán)境中，教師可以逐行敲出實現(xiàn)猜數(shù)字游戲的核心代碼，每寫一行代碼就詳細(xì)解釋其作用和原理。如創(chuàng)建一個變量來存儲要猜測的數(shù)字，使用隨機數(shù)函數(shù)生成一個1到100之間的隨機數(shù)；通過循環(huán)讓玩家不斷輸入猜測的數(shù)字，并使用條件判斷語句根據(jù)輸入與隨機數(shù)的大小關(guān)系給出相應(yīng)的提示。之后，教師可以讓學(xué)生自己動手實踐操作，讓他們可以模仿教師的示例，在自己的電腦上編寫猜數(shù)字游戲的代碼。這種趣味化的教學(xué)方式，可以營造輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生在不知不覺中學(xué)習(xí)編程知識，為進(jìn)一步的人工智能教學(xué)作好充分的鋪墊。

總之，在初中信息科技教學(xué)中實施人工智能教育是時代發(fā)展的需求，也是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要舉措。教師需要通過不斷探索和實踐有效的途徑與策略，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，為學(xué)生的未來發(fā)展打開更廣闊的天地。同時，教師應(yīng)不斷更新教育理念，提升自身專業(yè)素養(yǎng)，以便更好地引導(dǎo)學(xué)生在人工智能的世界中探索前行，為培養(yǎng)適應(yīng)未來社會的創(chuàng)新型人才貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

黃桂琳. 信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)下的初中人工智能教學(xué)實踐探究[J]. 信息系統(tǒng)工程，2024（5）： 80-83.