基于人工智能平臺的信息科技實驗教學設計與實施

摘要：本文分析了初中信息科技教學現狀和人工智能平臺的教學優勢，并以《語音識別技術》一課為例，重點探索了基于人工智能教育平臺的信息科技實驗教學策略及步驟，以期創新教學方式，培養學生核心素養。

關鍵詞：人工智能平臺；實驗教學；信息科技

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）08-0061-04

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）明確提出：遴選科學原理與實踐應用并重的課程內容，從信息科技實踐應用出發，注重幫助學生理解基本概念和基本原理，引導學生認識信息科技對人類社會的貢獻與挑戰，提升學生知識遷移能力和思維水平，體現“科”與“技”并重。而實驗教學是信息科技教學過程中實現“科”與“技”并重的重要途徑，是鼓勵學生“做中學”“用中學”“創中學”的主要教學方式，是落實課程育人的重要保障。因此，針對當前教學實踐中存在的問題，本文嘗試以人工智能平臺為研究載體，結合實驗教學案例，探討人工智能教育平臺支持下的信息科技實驗教學設計與實施策略，以期創新信息科技教學方式，培養學生核心素養。

挖掘人工智能平臺優勢，突破教學困境

1.依托海量資源，激發學生的學習主動性

人工智能平臺構建了系統化的教學資源庫，為教師提供了包括課程資源、教學工具、互動平臺在內的全方位的支持，如某些人工智能教育平臺不僅提供了系統的課程，還通過智能系統實現了教學資源的優化配置和高效利用。這不僅提升了教師的教學效率，還有效激發了學生的學習興趣和探索欲望。

2.借助仿真環境，彌補學生的實踐短板

人工智能平臺通過虛擬仿真技術，有效突破了傳統信息科技教學中硬件設備限制、平臺權限約束等瓶頸，如某些人工智能教育平臺提供了編程模擬器、虛擬硬件實驗室等交互式工具，以及批量賬號注冊、免注冊文檔編輯等功能，為學生打造了高度仿真的實踐環境。這種虛擬仿真的學習環境，不僅確保了每位學生都能獲得充分的實踐機會，而且通過即時反饋和智能指導，顯著提升了學生的實踐操作能力和問題解決能力。

3.運用多元教學方式，沖破學生的思維局限

人工智能平臺為信息科技教學方式的創新提供了有力支撐，通過人工智能平臺的輔助，教師可采用各種新的教學方式開展教學，如項目式學習、游戲化學習、互動式教學、翻轉課堂等。

基于人工智能平臺環境，創新信息科技實驗教學實踐

在《中小學實驗教學基本目錄（2023年版）》中，初中信息科技學科有31個基礎實驗，主要包含互聯網、物聯網、人工智能及跨學科等四個領域。根據內容特點，魏雄鷹老師將基礎實驗分為驗證性實驗、探究性實驗、創新應用實驗及虛擬仿真實驗。本文以探究性實驗教學為例，結合實驗教學案例探索人工智能平臺在實驗教學方面的應用，并提出“實驗準備—提出問題—經驗猜想—實驗論證—應用遷移”的信息科技實驗教學實施策略（如下圖）。該策略不僅能充分滿足學生實踐需求，強化“科”與“技”并重，專注于培養學生的科學精神和科技倫理，提升全體學生的數字素養與技能，還可以解決或改善信息科技教學中存在的實際問題。下面，筆者以浙江教育出版社出版的八年級下《信息科技》第二單元第5課《語音識別技術》為例闡述具體實施過程。

1.課前準備：圍繞新課標，精細設計實驗活動

（1）明晰目標，預設實驗流程

在實驗教學設計中，首先，應以新課標為指引，準確把握內容要求和素養目標，確保實驗設計與課程目標高度契合；其次，要立足核心素養要求，設計“感知-探究-應用”的邏輯主線，促進學生計算思維和數字化學習能力的提升；最后，應注重“科”“技”并重，通過虛擬仿真實驗和平臺創新設計，實現科學原理理解與技術實踐應用的深度融合。

《語音識別技術》在新課標中屬第四學段“人工智能與智慧社會”模塊，本課學習目標是通過對語音識別應用的體驗，理解語音識別的基本過程和原理，了解聲學模型和語音模型，感受語音識別帶來的便利。其中，語音識別的基本過程和原理是實驗所要探究的內容。基于學生對語音識別技術的生活感知和體驗基礎，本課實驗設計注重在真實問題情境中引導學生理解技術原理。學生從生活場景中的語音識別應用出發，通過類比人類語音識別過程推測機器識別機制。在虛擬仿真實驗環境中，學生以小組合作形式開展AI案例體驗，通過觀察、對比和記錄等科學方法探究語音識別原理。最終，借助創新實驗平臺，學生將所學原理應用于項目實踐，完成從原理理解到創新應用的學習閉環。

（2）精選內容，搭建實驗環境

新課標倡導選用合適的數字化平臺、資源創設虛擬仿真的學習環境，開展探究性學習，創造性地解決問題。針對不同的原理探究，所需人工智能平臺、資源、工具也不同。為此，教師需根據實驗內容，充分挖掘資源，選擇支持學生開展探究性學習和創新實踐的人工智能教育平臺和資源，搭建虛擬仿真實驗環境。

本課選用了騰訊青少年人工智能教育平臺開展實驗教學。首先整合平臺的人工智能案例庫，提供多樣化的語音識別應用實例，幫助學生理解技術原理的實際應用；其次，構建可交互的語音識別實驗場景，支持學生觀察聲波特征，幫助學生開展原理探究；最后進行創新設計，為學生提供將所學知識應用于項目實踐的機會，培養創新思維和實踐能力。

2.課中實施：聚焦核心素養，精心組織實驗過程

（1）情境感知，發現探究問題

新課標倡導真實性學習，以真實問題或項目任務驅動，引導學生經歷計算思維過程，提升問題解決能力，鼓勵學生“做中學”“用中學”“創中學”。本實驗以平臺的人工智能案例聊天機器人的對話導入，將學生融入真實生活場景，結合學生的應用體驗引導其思考“機器人為何能夠和我們對答如流”，并組織學生討論生活中還有哪些類似的應用，從而揭示探究主題——語音識別技術。

（2）經驗猜想，擬定實驗方案

學生基于已有知識、經驗和觀察結果，對實驗結果或現象進行預測或假設。這不僅有助于激發學生的學習興趣和好奇心，還能引導學生主動思考和探索，從而加深對實驗原理、操作步驟和實驗結果的理解。語音識別的過程和原理相對較抽象，這給學生的猜想增加了難度。教師可以引導學生通過實驗活動開展“老師說你來寫”聽寫活動，結合生活經驗，梳理人類識別語音的過程。同時，借助人識別語音過程猜想機器識別語音的過程，分組對教師提供的聲音數字化、特征提取、模式匹配、音速序列、語音處理、識別結果、聲學模型、語言模型等模塊進行順序連接，確定實驗探究方案。

（3）實驗對比，建構新知邏輯

為支持學生開展探究學習，教師可以組織學生經歷語音識別過程，并通過觀察現象、記錄數據、比對結果和分析原因，加深對信息科技原理的理解，促進對新知識的構建與內化。在實驗對比中，學生依托學習支架（如下表），利用平臺人工智能案例《語音識別》開展實驗過程。

（4）實驗論證，梳理結論脈絡

在實驗中，各小組借助可視化工具展示探究成果，闡釋語音識別的過程。同時，基于實驗數據和觀察結果，學生運用計算思維進行深入分析和驗證，開展多輪實驗論證，并在教師的組織下，利用平臺中的AI實驗室“聲紋識別”驗證語音識別的過程。最后，通過建立聲音庫、對比分析、邏輯推理和集體研討，構建完整的知識體系，提煉出科學結論。

（5）實驗評估，促成應用遷移

在本環節設計中，教師組織學生總結實驗結果，并引導學生將原理轉化為具體的應用，以此發展學生的思維品質，提升學生解決問題的能力。在實驗中，教師組織小組討論，總結回顧機器識別語音的過程，并引發思考：“生活中你見過哪些語音識別應用？對你的生活產生了哪些影響？”小組討論、匯報結果，包括語音識別的過程及其在生活中的應用。最后，每位學生完成平臺提供的“隨堂練習”，以檢驗對語音識別技術原理及其應用的掌握情況。為了實現原理的內化與遷移，教師組織學生完成“AI聽到”任務，通過編程實踐將抽象原理轉化為具體應用，促進學生深度理解，激發學生的創新思維并體會“科技改變生活”的理念。

3.課后跟蹤：著眼能力提升，精準鞏固實驗效果

（1）布置開放性任務，強化信息素養

課后環節是鞏固實驗效果、提升學生思維品質的重要階段。教師應設計具有挑戰性和開放性的綜合實踐任務，引導學生將課堂所學遷移到實際問題的解決中。這不僅可以鞏固學生對原理的理解，還能鼓勵學生利用人工智能平臺提供的資源庫和開發工具進行創新學習，在完成任務的過程中提升信息獲取、處理和應用的能力，從而強化信息素養。本實驗課后任務，要求學生結合平臺人工智能案例，利用平臺功能設計一個基于語音識別的綜合應用，如智能家居控制系統、智能聊天機器人等。

（2）收集多元化反饋，拓展綜合能力

有效的課后跟蹤需要建立多元化的反饋機制。教師可以利用平臺的學情分析功能，收集學生任務完成的過程性數據，包括代碼質量、項目創新性、問題解決策略等，并通過多元化的反饋機制全面評估學習效果，促進學生綜合能力的提升，為后續學習奠定基礎。

結語

實驗教學不僅能夠幫助學生將抽象的理論知識轉化為具體的實踐操作，還培養了學生的計算思維、創新能力和團隊協作精神，為信息科技教學的轉型提供了有力支持。當然，在實踐過程中仍存在一些挑戰，如部分學生對虛擬仿真環境的適應能力不足、教師在實驗設計與資源整合上的專業能力不足等，這些仍需進一步提升。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022．

[2]倪俊杰.指向信息科技原理的實驗教學設計——以“文本數據處理”為例[J].實驗教學與儀器，2024，41（07）：100-102.

本文系浙江省教育信息化研究課題專項類“面向計算思維培養的初中Python問題解決教學探索與實踐”（項目編號：2021ETC041）的研究成果。