韓思瑤

人工智能的迅速發(fā)展對人工智能的教育教學(xué)提出了新的要求。2017年7月，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。2018年，教育部發(fā)布普通高中課程標準，在高中信息技術(shù)選擇性必修模塊里單獨列出人工智能初步模塊。新課標指出，普通高中信息技術(shù)課程需圍繞信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)（信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任），構(gòu)建具有時代特征的學(xué)習(xí)內(nèi)容，鼓勵學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境中學(xué)習(xí)與實踐，倡導(dǎo)基于項目的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生參與到信息技術(shù)支持的溝通、共享、合作與協(xié)商中，培養(yǎng)信息意識，理解信息技術(shù)對人類社會的影響，提高信息社會參與的責(zé)任感與行為能力。因此，如何設(shè)計人工智能相關(guān)課程，在落實課程內(nèi)容的同時提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)就成為一個值得探索和實踐的課題。

基于核心素養(yǎng)的項目教學(xué)設(shè)計

本文以北京市十一學(xué)校校本課程“人工智能技術(shù)與應(yīng)用”的第三單元“AI助力垃圾分類”主題項目為例，來分析如何通過人工智能項目式教學(xué)設(shè)計來提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

首先，根據(jù)課程內(nèi)容及學(xué)情我們重構(gòu)了選擇性必修模塊4人工智能初步的主要內(nèi)容，將計算機視覺技術(shù)、語音技術(shù)、自然語言處理的知識用一個真實項目承載，學(xué)生在解決實際問題的項目過程中學(xué)習(xí)知識，通過合作探究等活動，提升核心素養(yǎng)。

此單元任務(wù)為：利用人工智能技術(shù)幫助師生更高效地進行垃圾分類，維護校園環(huán)境。包含3個子任務(wù)，具體內(nèi)容以及教學(xué)活動、學(xué)生活動如圖1所示。

整個單元的學(xué)習(xí)即為整個項目的實踐，學(xué)生在教師引導(dǎo)、新知學(xué)習(xí)、自學(xué)探索、實踐反饋的過程中進行學(xué)習(xí)實踐。在項目推進的過程中，教師會提供多樣化的資源腳手架、工具平臺以及評價量規(guī)輔助整個學(xué)習(xí)過程。課后會根據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)進行過程性評價（表1）。

教學(xué)活動與實踐

接下來以任務(wù)1“看圖分類”的第一節(jié)課為例，展示具體課程活動設(shè)計的情況。

綜合課程內(nèi)容以及學(xué)生情況調(diào)研，我們制定了本課的教學(xué)目標：了解圖像識別的概念及簡單原理;了解數(shù)據(jù)多樣性對分類模型準確率的影響;設(shè)計一個簡單的垃圾分類方案。從而提升用人工智能技術(shù)解決實際問題的能力，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

1.學(xué)習(xí)活動設(shè)計

本節(jié)課的學(xué)習(xí)活動主要包括四個部分：確定任務(wù)、學(xué)習(xí)新知、探究實驗、設(shè)計方案。整個過程中培養(yǎng)了學(xué)生計算思維以及數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的素養(yǎng)。

（1）確定任務(wù)。從“靈魂拷問”出發(fā)，引出垃圾分類熱點，學(xué)生通過“垃圾大作戰(zhàn)”的小游戲，隨機點名來分辨垃圾類別，在游戲中體會垃圾分類的困難，從而引出單元主題。在此過程中，教師通過隨機點名、參與獎勵分的方式提高課堂活躍度。之后，學(xué)生通過觀看自動垃圾識別的視頻，思考拍照進行垃圾分類運用到的技術(shù)，并通過教師引導(dǎo)建立單元目標以及本節(jié)課學(xué)習(xí)任務(wù)（圖2）。

本環(huán)節(jié)以熱點話題引起學(xué)生關(guān)注，引出本節(jié)課的任務(wù)，提高學(xué)生的目標感和積極性。

（2）學(xué)習(xí)新知。學(xué)生從人類識別過程出發(fā)通過類比理解圖像識別概念，并運用Teachable Machine工具教會機器識別廢紙、塑料瓶，讓學(xué)生對訓(xùn)練分類器有了更加直觀的認識（圖3）。在此過程中，學(xué)生通過dojo平臺提交探索任務(wù)單，教師通過平臺實時進行反饋及點贊，使課堂互動更加順暢，也提升了學(xué)生的積極性。最后，在體驗探索中總結(jié)整個計算機識別圖片的過程，探究分類模型以及準確率概念。也為有興趣的學(xué)生提供計算機領(lǐng)域綜述論文，輔助他們課下深入學(xué)習(xí)。

本環(huán)節(jié)通過類比人類識物的流程，體驗訓(xùn)練機器識別的過程，幫助學(xué)生了解圖像識別的基本原理，引導(dǎo)學(xué)生運用工具探究新知，培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的素養(yǎng)。

（3）探究實驗。提供探究實驗?zāi)_手架，引導(dǎo)學(xué)生探索什么樣的訓(xùn)練數(shù)據(jù)能讓識別效果更好。學(xué)生在分組探索實驗中通過數(shù)據(jù)的多少、物體的角度形態(tài)變化，得到結(jié)論：數(shù)據(jù)的種類需要豐富、角度形態(tài)需要多樣。強調(diào)在算法一定的情況下數(shù)據(jù)很關(guān)鍵，訓(xùn)練分類模型，需要“見多識廣”， 需要收集能盡量覆蓋真實情況的大數(shù)據(jù)。教師提供探索實驗的腳手架（圖4），輔助和引導(dǎo)學(xué)生進行探索實驗，通過學(xué)生分享進行實時的評價和總結(jié)。

本環(huán)節(jié)的探究實驗中，學(xué)生體驗數(shù)據(jù)對結(jié)果的重要性，為后期訓(xùn)練分類模型、采集數(shù)據(jù)提供方法指導(dǎo)。學(xué)生能從提出問題、分析問題、探究原理、得出結(jié)論的過程提升計算思維素養(yǎng)。

（4）設(shè)計方案。本環(huán)節(jié)利用所學(xué)原理解決實際問題，檢驗課堂學(xué)習(xí)成果。教師提供設(shè)計表和垃圾分類一覽表引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計任務(wù)，親歷從想法到實踐的過程，為后期實踐提供方法指引，培養(yǎng)解決問題的能力。

本環(huán)節(jié)提供給學(xué)生詳細的設(shè)計表以及相關(guān)垃圾分類的資料供參考，在設(shè)計之后有學(xué)生互相分享，進行互評和反思（圖5）。

2.學(xué)習(xí)評價設(shè)計

教師點評：通過平臺隨機點名方式提問，進行加分獎勵，對學(xué)生課堂表現(xiàn)實時點評;在分享環(huán)節(jié)進行口頭點評;在dojo平臺對提交的任務(wù)單進行反饋以及點贊。

學(xué)生自評：在探究實驗及設(shè)計方案時通過腳手架學(xué)生實現(xiàn)自評，自我調(diào)整方案。

過程性評價：課后根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)進行過程性評價，總分60（課堂任務(wù)25、課堂表現(xiàn)10、資源利用10、創(chuàng)新與進步5、出勤10）。

3.特色學(xué)習(xí)資源說明

Class dojo平臺：課堂項目平臺，幫助更好地組織項目開展。

Teachable Machine：基于瀏覽器端的訓(xùn)練工具，任何學(xué)生都能在不編寫代碼的情況下，體驗如何訓(xùn)練一個分類模型。

百度Easy DL定制化訓(xùn)練工具：百度提供的定制化訓(xùn)練工具，只需要有基本的圖像識別知識，通過上傳數(shù)據(jù)即可獲得模型。

學(xué)習(xí)任務(wù)單：任務(wù)單和設(shè)計表幫助學(xué)生更好地了解課堂任務(wù)并更好地完成。

項目式教學(xué)里核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

在項目的設(shè)計及實踐中，我們結(jié)合真實情景，在整個課程項目開展的過程中落實學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（1）信息意識。本單元的設(shè)計來源于垃圾分類、環(huán)保話題，基于一個真實問題。學(xué)生在整個過程中了解人工智能的新進展，并能適當(dāng)用在學(xué)習(xí)生活中。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考方法、主動獲取知識、運用信息技術(shù)解決問題的習(xí)慣，形成用信息技術(shù)解決問題的思維模式，培養(yǎng)信息意識。

（2）計算思維。整個項目本質(zhì)是一個大問題：如何運用信息技術(shù)提高垃圾分類效率。在教師的引導(dǎo)下，將大問題分解為三個子任務(wù)，分別從能識圖、能聽懂、能回復(fù)三個角度運用技術(shù)的力量助力垃圾分類。在項目中學(xué)生自然地學(xué)習(xí)了人工智能三大領(lǐng)域的知識，并運用知識解決了實際問題。從界定問題、抽象建模、組織知識、運用合理的算法形成解決方案的過程中，訓(xùn)練了計算思維。

（3）數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。項目學(xué)習(xí)的開展，離不開學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、協(xié)作分享。本單元的項目式學(xué)習(xí)開展，運用了多種在線工具，幫助學(xué)生體驗探究。我們還引入了項目管理平臺，教師能發(fā)布任務(wù)，小組成員能實時完成并提交，同時學(xué)生還能在班級圈里實時發(fā)布小組的進度，方便組間互動。在此過程中，學(xué)生能借助工具有效地管理學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)造性地解決問題，培養(yǎng)了其數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的能力。

（4）信息社會責(zé)任。除了承載知識，培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)之外，本單元的項目還起到了責(zé)任感培養(yǎng)的目的。垃圾分類、環(huán)保一直都是社會熱點，與人類美好生活息息相關(guān)，通過本項目的實踐，增強了學(xué)生利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感，培養(yǎng)了他們的信息社會責(zé)任感。

本文以“AI 助力垃圾分類”項目的實踐為例，探索如何在人工智能相關(guān)課程中以項目式教學(xué)的方式落實課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。本課程項目分為三個子任務(wù)，分別涉及人工智能的三大領(lǐng)域知識;活動形式生動有趣且貼近現(xiàn)實生活;課程資源豐富，皆為在線資源，成本低且效果好;整個項目以評價量規(guī)輔助，進行了基于課堂表現(xiàn)的過程性評價，輔助學(xué)生整個項目學(xué)習(xí)過程。

項目基于真實問題，統(tǒng)整學(xué)科內(nèi)、學(xué)科間的知識內(nèi)容，并在豐富的體驗和探究活動中，調(diào)動學(xué)生自我學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生在深度思考、積極探索實踐過程中，習(xí)得知識、提升綜合素養(yǎng)。實現(xiàn)了教學(xué)實踐中的情景化、統(tǒng)整化、活動化、深度化，以達到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的最終目標。

作者單位：北京市十一學(xué)校