淺談初中信息科技“體驗人工智能應用”

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》 明確指出，信息科技在課堂教學實踐中應重點培養學生的信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四大核心素養意識。其中，信息意識與計算思維的培養應當是首要的，也是最顯性的。作為初中生的必修課程之一 ，在互聯網日新月異地發展及數字化時代的今天，初中生學習“信息科技”是順應和滿足社會發展進步、教育進步的必然結果。當前，無論是青少年學生，還是社會工作者，學習的需要、工作的需要、社會的發展、生活的需求，越來越離不開計算機知識和計算機操作技能。正因如此，信息科技課程對提升學生信息科技核心素養越來越重要，因此，要不斷進行改編調整，優化單元知識結構框架。

然而，目前，許多初中學校的信息科技學科教學情況不盡如人意。不少鄉鎮學校和教育資源緊缺的學校，對信息科技的授課時長較少，甚至沒有。雖然也有很多初中學校投入了大量的師資與經費，非常重視信息科技教育。但是，結合實際教學情況來看，許多學校和教師重視對學生計算機操作能力的培養，忽略對學生信息科技核心素養的培養。鑒于此，本文基于核心素養指向下的初中信息科技課堂教學實例，以人工智能單元教學為例，進行了初步的探索與實踐。

一、真實情境驅動：引入應用項目

（一）明確人工智能開發主題

以八年級教學為例，關于人工智能的教學，在課時、條件、資源有限的前提下，作為信息科技教師，要盡可能提高課堂教學效率，以培養學生的信息意識、計算思維為前提，盡可能讓學生有機會多體驗、多操作，且多接觸和聯系生活中常見的情境。正如開篇所言，當前社會各領域早已離不開信息科學技術的發展，尤其是人工智能技術在社會生產、生活中的應用，極大方便了人們的工作、生活和學習。

目前，學生使用的教材中，設置了很多生活中的智能應用，而大部分學生在生活中也曾接觸過智能應用。例如：刷卡打卡系統、AI語音系統、 圖書館智慧機器人、飯店清掃衛生機器人、交通智能識別系統、城市大街小巷逐漸多起來的無人超市等。在課前的導學互動環節中，教師通過調查問卷，了解全年級學生的實際情況，根據學生的意見、反饋和相關建議，最終確定將“無人超市/自動售貨機”等 ，作為本文人工智能項目活動設計的目標任務。

（二）了解無人超市的工作流程

在授課前，教師可以讓學生們做一些準備工作。例如：給學生簡單布置一些實踐性作業，要求學生尋訪街道上、家附近的無人超市。如果沒有碰到，可以上網搜索，通過觀看視頻，對無人超市的運行模式、外觀特點、工作流程進行初步了解，并觀察記錄。在課堂教學中，教師通過播放視頻，簡單為學生演示無人超市的工作流程。

（三）合理設計人工智能應用項目

依照無人超市的工作流程、系統原理，讓學生分組討論，并進行深入分析。從而，學生系統把握人工智能無人超市的主要設計原理。這就是本次人工智能主題授課的目的，也是學生需要掌握的核心操作技能。

對此，教師可以先設置一個問題鏈，讓學生進行分組討論，匯總經驗，繼而培養學生的邏輯思維能力。教師設置問題：“它為什么叫無人超市，與其他超市相比有什么區別？”最終，大部分學生的意見基本一致，第一，無人超市，沒有人看管；第二，無人超市，沒有收銀員。

超市是售賣商品的，顧客買東西付錢天經地義，那么，顧客如何付錢呢？這必然需要一套智能化的收費系統。無人超市節省了人力，但也需要承擔一定的風險，即顧客逃單的風險。所以，無人超市必然要有一套規避風險或者減輕風險損失的防范措施，那便是監控，能代替人的監控。監控具有實時效果，即對顧客購物過程可以直接進行圖像識別、面部信息識別。不少學生建議在店門口貼出告示，寫明：“平價商品，安心選購；內有監控，祝您愉快！”學生們在短短5—8分鐘的探討辯論中，逐步理解了什么是信息社會責任。

二、合作學習探究：體驗人工智能

（一）圖像識別

學生觀看教師推薦的視頻片段后，結合教師的簡單演示，初步了解了智能技術的具體應用細節。例如：人臉識別技術，即圖像識別。在教師的指導下，各小組成員合作編寫程序，并檢查好，隨堂進行檢測。這樣做可以適當增強課堂教學的趣味性，盡可能吸引一些能力差、興趣不高、各小組里容易“拖后腿”的學生積極參與。學生們踴躍參與，親自動手操作，對知識的理解程度也會相應提升，或多或少都能取得進步。

例如：讓各小組的學生分別選擇不同的物品來進行識別檢測。鼓勵學生多參與、多觀察，有疑惑的地方可以多嘗試幾遍，并自主分析其中的原因。在此過程中，一個小組發現，先后選擇了多個不同的物品進行圖像識別檢測，計算機系統都會顯示一個概率值。比如：橘子、香蕉、黃瓜、水瓶、蘋果、茄子、文具盒等不同的物品，有的概率值較高，可達60%甚至70%，有的概率值很低，只有20%—30%，甚至為0% 。不僅如此，相同的物品，多進行識別，給出的相符概率也存在很大差距。

在這個環節中，大部分學生進一步明白和掌握了一些新規律。第一，同樣的物體，概率值存在差異，表明人工智能的圖像識別無法完全百分百地確定物品，即便該物品已經錄入到后臺數據庫，再識別一次依然如此。第二，概率值高的物品，多為長條的物品。概率值低的物品，多為圓形物品，如橘子、蘋果。由于蘋果是圓的，香蕉是長的，二者特征差異很明顯，容易識別。反之，香蕉與茄子、黃瓜，概率值則忽高忽低。

如此一來，許多學生明白了，現實中的無人超市能高效率分辨出孩子、成年人，因為他們的身高差異較大；能高效率識別區分顧客的大體年齡范圍，骨骼、膚色、皮膚光滑度、頭部特征、面部特征等；能高效識別區分性別、發型、身材、走路特征差異等。

（二）收銀系統

教師選擇具有機器學習擴展模塊的模塊化編程軟件，結合前期學生所學的相關知識，綜合運用，進一步引導學生理解“圖像識別”的過程。

依托教材，教師利用準備好的課件素材、軟件工具等進行演示，鼓勵學生創造性思考能夠提高圖像識別率的新方法、新路徑。

在整個過程中，學生通過普通超市手動收銀程序的編寫訓練和能力培養，不斷提高計算能力。教師將不同的收銀系統進行展示、分解，包括簡單與復雜的、功能單一與功能全面的、信息儲備量大與儲備量小的、低配版與高配版的。如此種種，在編程過程中，學生們從手動收銀到自動識別收銀程序改寫的過程中，深入認識到，每一個系統都是由很多個小系統構成的，且不同模塊各方面的工作性能也是千差萬別，且一代比一代強，需要不停地更新升級。

短短幾節課的學習，學生在不知不覺中，理解了數字化學習與創新的意義。

三、結束語

綜上所述，科學技術日新月異，新一代的青少年學生與信息科技、智能網絡共生共存。他們的日常生活與學習方式，衣食住行等各方面，都深受信息網絡、智能社會的影響。故此，將人工智能置入義務教育信息科技課程，已是必然趨勢。

特別是與十年前、二十年前相比，當前信息科技教育資源豐富，經費投入也相對充足，寬帶網絡與移動智能更是全民化普及，所以各地學校有條件面向全體初中生開展系統化的信息科技課堂教學，這也是非常必要的。與此同時，教師應充分結合新一代初中生的信息意識、計算機操作水平的整體現狀，適當提高和拓展學生的創新能力、計算思維。

教材中關于計算機、信息技術方面的基礎技能、操作技能，由于初中生對智能手機、電腦接觸和使用較為頻繁，大多簡單的技能都已熟知。大多數初中生欠缺的是程序編碼、智能系統等具有創造性的計算思維和創新意識。因此，在課堂教學中，教師應適當增設課時，著重進行教學。

（吳 瑩）