歐陽瑤瑤

【摘要】把握全球人工智能發(fā)展為中國教育帶來的新的發(fā)展契機，培養(yǎng)大批具有創(chuàng)新能力的高端人才，是中小學教育的重要使命。而項目式學習強調(diào)對學生實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的一種有效途徑。本文根據(jù)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求以及項目式學習的特點對小學人工智能創(chuàng)意課程進行了教學活動設(shè)計及教學實施，以“基于機器學習（ML5）KNN物體分類器的垃圾智能識別與分類系統(tǒng)應(yīng)用實例”為例呈現(xiàn)活動設(shè)計及實施效果。通過本文，希望為項目式學習活動的具體實施提供參考，在實踐上對人工智能創(chuàng)意課程活動的設(shè)計具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】項目式學習;人工智能;活動設(shè)計;創(chuàng)新能力

2017年國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出：“為搶抓AI發(fā)展的重大戰(zhàn)略機遇，中國要大力加強AI勞動力培訓，廣泛開展AI科普活動，實施全民智能教育項目，在中小學階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程?！彪S即，中小學學校將人工智能引入信息技術(shù)課堂，推動課程建設(shè)，開展人工智能的普及和提升教育，為培養(yǎng)適應(yīng)未來的創(chuàng)新型人才打下基礎(chǔ)。在實踐層面上，雖然中小學信息技術(shù)課程設(shè)有AI的相關(guān)知識模塊，但是課程設(shè)計和活動設(shè)計卻不夠合理，對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)成效不明顯。教育界對人工智能創(chuàng)意課程活動設(shè)計的討論越來越熱烈，試圖通過項目式學習活動培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。這也成為時下熱點。

一、項目式學習的內(nèi)涵

項目式學習是以建構(gòu)主義理論為指導，以實際問題情境為研究項目，以項目任務(wù)為驅(qū)動，以小組協(xié)作方式進行項目規(guī)劃及解決項目任務(wù)的學習方式。項目式學習為學生提供了動態(tài)、主動、多元的情境的體驗，鼓勵學生運用科學、技術(shù)、工程和數(shù)學等領(lǐng)域的知識和技能解決問題，呈現(xiàn)出崇尚問題化學習、提倡團隊式學習、崇尚聯(lián)系性學習、鼓勵創(chuàng)造性學習四大特征。項目式學習開展過程中，教師發(fā)揮組織、指導、監(jiān)督、評價作用，引導學生學習一系列的知識和技能，并利用這些技能完成激活舊知、展示新知、應(yīng)用新知、融會貫通等知識構(gòu)建的過程，讓學生在“做中學”，兼顧知識掌握和能力培養(yǎng)。

常見的基于項目式的學習活動包括選定研究項目、分析研究項目、設(shè)計研究方案、實施研究方案、成果交流與評價五大環(huán)節(jié)。在選定研究項目環(huán)節(jié)，教師創(chuàng)設(shè)問題情境，吸引學生探索與學習的興趣，引導學生確定研究主題;在分析研究項目環(huán)節(jié)，教師引導學生分析如何運用所學知識與技能，分析項目需求的方案，最終確定研究策略，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力;在設(shè)計研究方案環(huán)節(jié)，教師指導學生以小組為單位進行項目方案的設(shè)計，讓學生體驗項目設(shè)計與研究的過程，培養(yǎng)學生邏輯思維能力和團隊協(xié)作能力;在實施研究方案環(huán)節(jié)，教師指導研究實施過程，讓學生在實施研究方案過程中培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力;在成果交流與評價環(huán)節(jié)，教師組織學生以小組為單位總結(jié)匯報，并引導學生進行自評、他評和自我反思。項目式學習教學過程層層遞進，符合學生的認知規(guī)律，有利于培養(yǎng)學生實踐能力及提升學生的創(chuàng)新能力。

二、人工智能創(chuàng)意課程開展項目式學習實踐

（一）課程內(nèi)容選擇

如何進行基于項目式的人工智能創(chuàng)意課程設(shè)計，筆者選擇佛山市小學信息技術(shù)五年級中“圖像識別技術(shù)”部分課程為例，來呈現(xiàn)項目式活動設(shè)計。

“圖像識別技術(shù)”的教學目標標不單是讓學生掌握圖像識別技術(shù)的理論知識，筆者更希望以設(shè)計“基于機器學習（ML5）KNN物體分類器的垃圾智能識別與分類系統(tǒng)應(yīng)用實例”活動為載體，學生能夠在學習過程中始終圍繞項目主題，積極學習新的人工智能知識和技能，并主動選擇和利用最優(yōu)化的學習資源，通過分析研究項目、設(shè)計研究方案、實施研究方案、成果交流與評價等環(huán)節(jié)， 獲得具體知識、形成信息素養(yǎng)、發(fā)展創(chuàng)新與實踐能力。

（二）活動開展過程

1.確定研究項目

教師活動：引出問題：播放視頻——垃圾分類環(huán)保歌.mp4，談話分析我國城市實行垃圾分類的標準，吸引學生的興趣，引出本節(jié)項目主題——基于機器學習（ML5）KNN物體分類器的智能垃圾識別與分類系統(tǒng)應(yīng)用實例。

學生活動：學生通過視頻以及教師的引導，進入學習情境，明確項目主題。

2.分析研究項目

（1）教師活動：教師引導學生根據(jù)主題、垃圾分類標準、系統(tǒng)功能、編程等方面使用思維導圖設(shè)計垃圾智能識別與分類系統(tǒng)。

（2）學生活動：學生知曉垃圾分類的標準、應(yīng)用系統(tǒng)通過機器視覺識別垃圾種類并且進行自動化分類的原理，思考如何實現(xiàn)機器視覺識別與自動化分類，確定解決本項目需要基于機器學習的視覺識別技術(shù)并結(jié)合邏輯判斷語句進行編程實現(xiàn)。

3.設(shè)計研究方案

（1）教師活動：播放微課講解概念與原理：機器學習（ML5）、模型訓練;通過教師演示，講解Mind+軟件中KNN物體分類器建立標簽及訓練模型的方法。（下轉(zhuǎn)第23版）（上接第22版）引導學生使用KNN物體分類器建立訓練模型，同時要求學生完成高準確度的識別模型訓練，提高垃圾識別的準確率，并自主將KNN物體分類器使用到研究項目的設(shè)計中，最后通過邏輯判斷語句的設(shè)計，實現(xiàn)垃圾智能識別與自動化分類。在此過程環(huán)節(jié)，教師處于引導的地位，為學生項目方案的設(shè)計提供知識與技能，引導學生使用新的知識與技能進行知識建構(gòu)，讓學生在“做中學”，兼顧知識掌握和能力培養(yǎng)。

（2）學生活動：學生學習了關(guān)于機器學習（ML5）、模型訓練的概念與原理，使用KNN物體分類器建立標簽及訓練模型的方法，建立垃圾智能識別模型，并在此過程中，掌握新課內(nèi)容——機器學習的含義與應(yīng)用。學生以小組為單位進行模型訓練，分析如何提高模型的識別準確率，對訓練模型方案進行優(yōu)化，并且結(jié)合訓練模型的結(jié)果對自動化分類的邏輯判斷語句進行分析，最后討論得到最終的項目方案。

4.實施研究方案

（1）教師活動：教師巡堂觀察，引導學生以小組為單位，進行合理的分工和合作;鼓勵學生圍繞項目主題，自主探究，結(jié)合設(shè)計方案和實際情況實現(xiàn)編程。