新課標理念下高中人工智能課程教學模式的構建

隨著科技的飛速發展和數字化時代的來臨，人工智能領域得到了新的發展。因此，新課標理念下，高中課程中融入了各種有關“人工智能”的內容。

一、教學內容

教科版高中信息技術必修1第5單元5.2“探秘人工智能”。

二、學情分析

高中生的信息技術常識、操作已經有了一定的基礎，但是掌握的知識缺乏系統性，尤其是對前沿領域的知識認知相對匱乏。同時，這一階段的學生對“人工智能”領域內容的好奇心、求知欲較強。

三、教學目標

人工智能簡稱“AI”，其建立在各種智能化設備的基礎之上，是一種通過計算機或其他智能設備來研究、模擬和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的技術科學。本課教學目標為：

1.了解人工智能的基本概念和發展歷程。

2.掌握人工智能的關鍵技術和應用。

3.培養AI思維和創新能力。

4.培養科學研究能力和解決問題的能力。

四、教學方法

1.項目式學習：通過設計情境，讓學生主動思考和探索人工智能的原理和應用領域，培養學生的探索精神。

2.任務驅動學習：設計小型科研項目或實踐項目，讓學生親身參與到人工智能的實踐中，培養學生的問題解決能力和創新能力。

3.合作學習：組織學生進行小組合作學習，通過合作討論和解決問題進行創意設計。

4.智慧平臺：運用先進技術，直觀地展示人工智能的相關概念、技術和應用，促使學生借助軟件平臺進行設計與規劃，開展程序的運用與調試。

五、教學過程

▲環節一：課堂導入（項目情境）

【教師活動】播放視頻，引導學生感知項目情境。以提問形式引入新課，即向學生提出問題：

（1）談談對生活與學習中所使用過的人工智能技術有什么感受。

（2）智能是否為人類所特有？

（3）經過后天訓練所形成的技能算不算智能？

（4）什么是人工智能？

（5）家中常見的自動洗衣機屬于人工智能的應用嗎？

優化情境的展示，引導學生探究，如“人工智能科普營”舉辦了很多場專家講座，學校希望將專家講座的內容整理成文字稿。找找看，哪個應用可以解決這個問題？語音識別可以輕松地將音頻轉換成文字。錄制一段1分鐘以內的語音（見圖1），下載并使用語音識別App，將這段音頻轉換成文字，并對其識別的準確性進行評價。

【學生活動】觀看視頻，感受人工智能的魅力，引發回憶與思考，暢談對人工智能的初步認識。借助搜索引擎，快速從網絡獲取有關人工智能的知識，并與同桌交流。

通過上述情境，激活思維，學生自主探究和實踐操作，發掘自身潛力，提升應用能力和創新精神，為以后更好地發揮人工智能技術的應用價值提供支持。

（設計理念分析：建立在主題意義上的項目情境，往往可以實現對學生的有效啟發、帶動，幫助學生真正融入“人工智能機器人”的感知探索過程中，進而理解不同人工智能的特點以及它們的行動策略。同時，有意義的情境生成可以讓學生不斷發現問題、提出問題，從而進行相關的分析并解決，探索有關于人工智能的奧秘與具體邏輯。所以，在新時期的高中信息技術教學中，針對人工智能部分知識的實踐，我們需繼續分析學生的發展需要，生成多樣化的項目情境，助力學生的成長。）

▲環節二：開展驅動任務

以具體的任務為例，搭建以“機器人”為主題的活動。

【學生活動】自主研發機器人進行編程控制，全面學習和掌握人工智能技術。

【項目實踐】能編程控制的機器人制作、機器人的傳感器、機器人的行動策略等。（項目的實施需要有一定的實用性，讓學生在學習中感受到人工智能知識的魅力。）

【具體操作】設定問題、尋找解決方案、實施解決方案并進行探究總結。

【教師活動】扮演指導者、傾聽者、提供資源者、評估者等多種角色，為學生營造良好的學習氛圍。

（設計理念分析：就人工智能部分的教學而言，具體的驅動任務設計，往往能夠讓學生取得更好的學習效果。某種意義上來說，人工智能之中蘊含著大量的概念以及復雜的算法，更涉及很多數理邏輯知識。因此，其本身顯現出了更加明確的抽象性特點。而學生在參與學習的過程中所形成的興趣相對淡薄，形成的枯燥心理就會極為突出，往往無法取得理想的學習效果等。而在具體的嘗試操作與實踐過程之中，學生整體的體驗感會得到有效的優化，也會真正感受到人工智能本身的魅力，體驗到課程學習過程中的樂趣，并獲得更多的技能，掌握相關聯的算法與邏輯等。）

▲環節三：合作探究

以“設計一個人工智能物體識別系統”為主題。

【教師活動】將學生分成若干個小組，每一組負責研究其中一種物體的識別系統，如飲料罐、球類、家具等。教師演示使用、設計識別系統的原型，包括硬件和軟件方面的設計。

【學生活動】小組成員分別負責不同的任務，分組練習使用，如負責硬件組裝、編寫程序等（見圖2）。組長對小組成員的進度進行跟進，確保每一位成員都參與討論。小組成員針對物體識別的算法、系統性能等進行討論和交流，完成物體識別系統的設計……

（設計理念分析：在具體開展人工智能課程的過程中，為了深化學生的認知以及理解，讓學生展開更富有價值的探究性學習，教學活動可以建立在“合作”的基礎之上。從某種意義上來說，針對不同的問題解決，學生可以形成相關的思路以及想法。圍繞不同的實踐，學生可以各自發揮力量，形成合力，創造出最優的學習成果等。因此，在新的時代背景之下，圍繞新課程標準的有效倡議，在人工智能課程部分的教學中，教師需要解讀學生的個性化特點，遵循互補性原則，實現對學生的有效劃分，鼓勵學生圍繞不同的主題建構，促使學生自由選擇相關的材料進行有效的分工協作，并且在小組內進行深層次的討論與互動。這樣可以收到碰撞性效果，引導學生在有效共享中解決問題，并針對不同的問題進行有益的溝通，強化學生的團隊協作能力，使項目實施的效果上升到一個新的高度。）

▲環節四：參與創新設計

以“人工智能對人類生活的影響”為主題。

介紹“阿爾法圍棋”的關鍵技術。“阿爾法圍棋”的核心系統屬于基于神經網絡的深度學習，即通過大量數據分析學習了三千萬盤職業棋手的棋譜，借助增強學習的方法自我博弈，尋找比基礎棋譜更多的打點來擊敗對手（見圖3）。

【教師活動】將學生分成若干個小組，啟發學生聚焦具體的研究，體驗創新、創造樂趣。

【學生活動】圍繞具體的算法分析以及編程工具的應用進行巧妙建構，不斷加入一些獨特、巧妙的想法，使整體的程序變得更加智能，在潛移默化中成長。

（設計理念分析：經濟、社會以及科學技術日益進步的情況之下，社會以及國家對人才的要求越來越高，更傾向于需要具備創新性思維、創造性能力和實操性技能的人才。體現在教育教學領域，則需要教師圍繞課程的實施進行具體的改革以及轉型。而就信息技術而言，其本身所開展的各類項目活動是尤為豐富的。因此，在參與中，針對具體的規劃以及設計，學生可以進行成果的創造，并自然而然地融入更多類型的創意性想法，使整體的成果作品變得更有應用價值。）

▲環節五：發展“第二課堂”

為了促使學生參與到更多的實踐創造中，教師可以打造有意義的社團模式，或者開發“第二課堂”，以引導學生利用課余、假期參與，促使學生針對各種項目進行程序設計，幫助學生進一步實現對各類知識以及技能的綜合運用，提升學生的綜合素養。

【教師活動】介紹“機器學習”，并給學生演示游戲“plane.exe”，并將該游戲下發至學生學習平臺。機器學習是當前人工智能的核心技術之一，目的是使計算機模擬或實現人類的學習行為，獲取新的知識或技能，重新組織已有的知識結構，從而不斷完善性能……

【學生活動】認真聽講，并操作老師下發的游戲。學習理解“機器學習”的深刻內涵。

（設計理念分析：學生的學習是一個不斷建構的過程。全面鍛煉學生的信息技能，提升他們的核心素養，也需在循序漸進之中實現。僅僅依靠課堂上的項目實施以及建設，往往存在一定的局限性。因此，“第二課堂”、社團模式的搭建尤為重要。）

▲環節六：成果展示，評價與調試

在本節課“探秘人工智能”部分中，將學習活動、項目任務、科學評價進行有效整合，往往可以形成一種完整的教育機制，為學生的可持續發展提供源源不斷的助力。從更具綜合性的角度關注到學生的不同情況，以進行更好的判斷以及評價指導，則可以有效完善學生解決問題的思維，發展他們創造實踐、提升調試的能力等。

示例：自動駕駛（自動駕駛汽車，見圖4）。

【教師活動】將更有價值的評價方法等融入教學環節，實現對學生的有效啟發，鼓勵學生培養一定的批判性思維，學會回顧自己的程序設計或算法分析過程，明確自己在搭建模型中遇到的各種困境以及問題等，并從更具有針對性的角度解決問題。

【學生活動】在作品的展示以及互評過程中，發現他人身上的優秀學習品質，進而反觀自己在技能運用、創造實踐過程的各種優勢以及不足等，在有效的交互之中獲得多維度的發展以及成長。

（設計理念分析：在信息技術教育教學的過程中，評價是不可或缺的。在新的時代背景下，評價被賦予了不同的意義。具體表現在：整體的評價應更傾向于關注到學生的創造、實踐過程，明確他們在其中表現出來的各項學習品質、情感態度或者展現出來的一些創意想法，或是技能應用操作能力等。因此，整體的評價應是形成性評價與終結性評價相融合，不過度關注學生創造的成果。教師應發掘學生在學習過程中的各種閃光點，從正向的角度來予以評價、指導，鼓勵學生在有效的啟發點撥之下展開相應的創造，逐步實現在原有基礎之上的進一步發展和提升，滿足學生個體的發展需求。）

▲課后小結

【教師活動】當今時代，人工智能技術發展迅速，且趨向于大眾化和人性化。且一些研究成果已經融入人們的生活、學習以及高效的工作，產生了更加明顯的影響……

【學生活動】探討交流，分享感觸……中學生作為未來社會的棟梁之材，要培養正確的價值觀，辯證認識，負責、安全、健康地開發和利用人工智能技術……

六、教學反思

就本節課人工智能部分的教學過程而言，廣大教師應采用更加豐富的方式來優化具體的教學形式，才能夠讓學生不斷感受到人工智能在不同領域的應用，盡可能融入創造實踐的過程，展開程序的設計以及調試，在潛移默化中獲得成長。就教學步驟而言，教師需要進行全面的反思，提出更多具有可行性的計劃，并不斷地改進，才可以為學生成長提供助力，具體涉及以下維度。

1.理論聯系實際，實現知行合一

只有充分發揮學生的主體作用，讓他們邁入實踐活動中，才能夠幫助學生獲取更多的人工智能學習經驗，進而享受成功的快樂，感受人工智能知識與技能本身的應用價值，使學生在升華認知的基礎上進入創造實踐的過程之中。教師針對具體的案例展開創意性設計，引導學生在認知以及行為統一的基礎之上提升各項信息技能，掌握各類模型算法的運用方式等，使學生獲得全面進階，提升教學實效。

2.引進硬件設施，提升教師專業素養

在全面推進人工智能部分的教學中，更加有力的硬件設施是保證教學順利推進的前提等。因此，在具體的實施過程中，教師需要不斷開發相關的軟件、平臺、工具等，并融入教學，也應積極尋求學校層面的資金支持和投入，有效解決一些設備老化的問題，并且進行定期維護，以保證各類型設備的運行效果。與此同時，教師自身也應不斷學習，提升自身的專業化素質，探究更多有益的教學方法，輔助學生進行具體的實施，實現對學生的科學指導。

本節課以“探秘人工智能”為例，針對人工智能知識，選擇更加行之有效的方式以及策略，搭建不同類型的任務活動，使學生建立了明確的人工智能概念，感受其不同的應用領域，并且展開有意義的創新設計、算法分析以及成果落實等。這個過程推動了學生信息技術核心素養的提升，彰顯了學科教學的育人功能。未來，我們仍然需要設計高質量的項目、任務、活動等，指導學生進行相關問題的分析及解決，感受人工智能技術的應用價值等，體驗課程實施過程中的樂趣，自由選擇相關的材料進行有效的分工協作，掌握具體的算法分析以及編程工具的應用等，在設計與規劃創造中獲得多維度的發展。

（作者單位：永城市第一高級中學）

編輯：常超波