段晨

【摘 要】本文介紹如何在高中設(shè)計(jì)并實(shí)踐關(guān)于“小程序+AI”的原創(chuàng)校本課程的過程。引入當(dāng)今流行的小程序開發(fā)，并基于游戲思維設(shè)計(jì)課程。用小程序作為載體來學(xué)習(xí)Web前后端開發(fā)知識(shí)，并與人工智能技術(shù)結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生開發(fā)應(yīng)用程序解決生活中遇到的實(shí)際問題，加強(qiáng)學(xué)生信息技術(shù)的學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

【關(guān)鍵詞】游戲思維;小程序;人工智能;課程開發(fā)

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2021）010-066-03

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》提出要在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。因此，如何設(shè)計(jì)人工智能課程、以何種開發(fā)技術(shù)作為載體、如何提升學(xué)生的核心素養(yǎng)等課題都亟待探索和實(shí)踐。而同樣是2017年，騰訊推出了微信小程序，拉開了小程序這種混合開發(fā)模式在國內(nèi)的技術(shù)風(fēng)潮。經(jīng)過幾年的發(fā)展成熟，小程序已經(jīng)成為國內(nèi)各大互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)炙手可熱的開發(fā)模式。

當(dāng)前人工智能和編程教育往往基于Python語言開展教學(xué)，但Python作為腳本語言并不像網(wǎng)頁那樣可以便捷地繪制界面（并不直觀）。同時(shí)現(xiàn)在許多人工智能課程偏重概念和理論介紹但忽略有實(shí)用價(jià)值的人工智能應(yīng)用實(shí)踐。本文以學(xué)校校本課程“小程序+AI從青銅到黃金”為例，分析如何將時(shí)興的小程序開發(fā)和人工智能教育主題相結(jié)合，在高中開設(shè)一門校本課程。通過學(xué)習(xí)這門課程讓高中生不僅能夠掌握學(xué)科核心素養(yǎng)，更為他們今后職業(yè)規(guī)劃提供參考、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供幫助。

用游戲思維來設(shè)計(jì)原創(chuàng)課程

2019年1月，我們開始構(gòu)思這門課程時(shí)，遇到的難題就是如何系統(tǒng)化講解小程序開發(fā)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。對(duì)于中學(xué)生來說，在信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Web標(biāo)準(zhǔn)的介紹只是泛泛而談，淺嘗輒止。因此學(xué)習(xí)小程序的門檻就轉(zhuǎn)換成了先要循序漸進(jìn)地學(xué)會(huì)Web標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)技術(shù)。如何才能讓整個(gè)學(xué)習(xí)過程變得引人入勝而不枯燥呢？

在缺乏適合中學(xué)生學(xué)習(xí)小程序的教學(xué)用例的前提下，我們構(gòu)思用游戲思維來開發(fā)原創(chuàng)課程。首先想到的就是知名手游“王者榮耀”，該游戲開發(fā)商借用了心理學(xué)家斯金納的強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論，讓玩家通過不斷地勝利積累榮譽(yù)。這個(gè)構(gòu)成正反饋的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制就是王者里的段位概念，在游戲中玩家通過從“青銅”打到“王者”升級(jí)段位的過程來獲得成就感。

他山之石可以攻玉，我們比照游戲里的段位設(shè)定，按照難易程度和知識(shí)脈絡(luò)，將一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)以任務(wù)形式布置在對(duì)應(yīng)的段位上。我們將整個(gè)小程序開發(fā)學(xué)習(xí)流程解構(gòu)為三大段位（青銅、白銀、黃金），分別對(duì)應(yīng)了Web基礎(chǔ)知識(shí)、小程序基礎(chǔ)組件入門、“小程序+人工智能”應(yīng)用內(nèi)容。作為一個(gè)高中小程序入門課程，教學(xué)目標(biāo)是激發(fā)興趣和鼓勵(lì)創(chuàng)新，所以未涉及如云開發(fā)、數(shù)據(jù)庫等進(jìn)階內(nèi)容。

具體到每個(gè)段位我們又設(shè)置細(xì)分小等級(jí)，正好匹配到每課時(shí)，讓每次教學(xué)活動(dòng)都像游戲升級(jí)裝備那樣有趣。而每課時(shí)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，則采用了PBL（項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方法）模式，每次課指定一個(gè)具體項(xiàng)目需求，提供原創(chuàng)的在線學(xué)習(xí)文檔。學(xué)生在教師引導(dǎo)下自主完成。如講到Web開發(fā)技術(shù)，課程布置一個(gè)設(shè)計(jì)三國人物介紹主頁的任務(wù);講到小程序的滑塊和按鈕組件，課程布置了一個(gè)設(shè)計(jì)隨機(jī)抽號(hào)的小程序任務(wù)。

完整的課程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有青銅篇： 第1課時(shí)什么是小程序？小程序架構(gòu)介紹;第2課時(shí)Web起源;第3課時(shí)三國人物網(wǎng)頁—— Web開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（青銅I）;第4課時(shí)動(dòng)態(tài)交互網(wǎng)頁—— 結(jié)合Javascript（青銅II）。白銀篇：第5課時(shí)微信小程序開發(fā)流程和環(huán)境介紹;第6課時(shí)生命計(jì)算器—— 介紹基本UI組件和數(shù)據(jù)綁定等邏輯代碼要點(diǎn)（白銀I）;第7課時(shí)抽號(hào)神器—— 隨機(jī)函數(shù)和滑塊（白銀II）;第8課時(shí)歷史上的今天—— 選擇器和API（白銀III）;第9課時(shí)定制地圖—— 地圖和畫布組件（白銀IV）。黃金篇：第10課時(shí)基于百度AI的圖像識(shí)別小程序應(yīng)用（黃金I）;第11課時(shí)基于騰訊AI的風(fēng)格遷移漫畫的小程序應(yīng)用或應(yīng)用自主訓(xùn)練的AI模型;第12-15課時(shí)自選主題以二人小組模式完成一個(gè)項(xiàng)目作品（黃金II）。

課例展示：基于百度AI的圖像識(shí)別小程序的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1.學(xué)生學(xué)情分析

通過之前九課時(shí)基礎(chǔ)內(nèi)容的鋪墊，學(xué)生已經(jīng)具備了一定的小程序開發(fā)能力，能夠繪制前端界面并編寫代碼邏輯。但是中學(xué)生畢竟沒有接受過系統(tǒng)化的編程學(xué)習(xí)，很難獨(dú)立開發(fā)出具有實(shí)際價(jià)值的應(yīng)用。幸運(yùn)的是，我們處在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)突飛猛進(jìn)的時(shí)代。如今開發(fā)者可以借助互聯(lián)網(wǎng)推出的人工智能API（應(yīng)用程序接口），不用自己花錢租用配置高性能GPU（顯卡）的服務(wù)器去訓(xùn)練AI模型。學(xué)生開發(fā)的小程序聯(lián)網(wǎng)就能調(diào)用AI接口輕松實(shí)現(xiàn)AI賦能，完成一個(gè)比較完整有使用價(jià)值的小程序開發(fā)。

2.關(guān)鍵教學(xué)難點(diǎn)解析

如何調(diào)用API接口。以百度AI平臺(tái)為例，想要獲得圖像識(shí)別的功能，就需要在平臺(tái)上注冊(cè)獲取專屬的ID和Key，然后基于平臺(tái)的API接口通過憑證，再配合安裝百度AI的SDK（開發(fā)工具包）提供的圖像識(shí)別相關(guān)函數(shù)方法。向平臺(tái)發(fā)出API請(qǐng)求，平臺(tái)以JSON形式返回識(shí)別數(shù)據(jù)作為效果。API、SDK和JSON三者關(guān)系可以比喻為車鑰匙、方向盤和汽車。

3.教學(xué)內(nèi)容分析

我們選擇圖像識(shí)別作為具體的人工智能教學(xué)用例切入，因?yàn)閳D像識(shí)別是人工智能中極具代表性的典型應(yīng)用，現(xiàn)有機(jī)房教學(xué)條件下的學(xué)生一體機(jī)就足夠使用。而百度恰恰提供可以免費(fèi)使用的圖像識(shí)別API，教師在百度AI的官網(wǎng)注冊(cè)賬號(hào)申請(qǐng)一個(gè)圖像識(shí)別功能Key，學(xué)生需要通過教師給的開發(fā)文檔進(jìn)行程序構(gòu)建。學(xué)生需要完成三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：（1）獲取百度AI的憑證函數(shù)（用教師注冊(cè)的Key）;（2）選擇圖片并按base64編碼圖片數(shù)據(jù)上傳給百度AI進(jìn)行圖像判斷;（3）處理百度AI返回的JSON數(shù)據(jù)結(jié)果，用字典方式根據(jù)鍵值提取識(shí)別內(nèi)容。具體的實(shí)現(xiàn)方法，可以參考教師編寫的技術(shù)文檔（https：//gitee.com/ClassStudio/miniprogram20211/tree/master/黃金篇I-AI猜圖游戲）。

4.教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

（1）引入任務(wù)。教師首先向?qū)W生展示一款基于Python開發(fā)的識(shí)別動(dòng)植物的小游戲—— AI識(shí)種游戲。學(xué)生可以用他們收集的校園內(nèi)的植物圖片進(jìn)行測試提交圖片后程序會(huì)給出三個(gè)可能品種。學(xué)生根據(jù)自己的判斷進(jìn)行選擇，游戲給出判斷結(jié)果。在游戲過程中，教師引出主題：能不能用小程序設(shè)計(jì)AI識(shí)種游戲，實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別和物種判斷。讓學(xué)生思考如何用小程序來實(shí)現(xiàn)類似功能，需要哪些技術(shù)和知識(shí)儲(chǔ)備。教師通過隨機(jī)抽號(hào)點(diǎn)名和小組討論方式來提高學(xué)生的參與度。

（2）介紹新知。讓學(xué)生用人類識(shí)別動(dòng)植物的過程理解AI圖像識(shí)別。強(qiáng)調(diào)圖像識(shí)別是對(duì)識(shí)別物體種類判斷的推測，圖像識(shí)別的結(jié)果是可能性，不是百分百準(zhǔn)確的。教師演示用百度AI的接口調(diào)用過程，通過圖像識(shí)別返回的多個(gè)可能結(jié)果，來向?qū)W生解釋圖像識(shí)別的原理。

（3）動(dòng)手實(shí)踐。界面設(shè)計(jì)方面，引導(dǎo)學(xué)生自己繪制界面元素（包括按鈕、視圖、布局等）。代碼實(shí)現(xiàn)方面，給出小程序中調(diào)用百度AI的說明文檔，讓學(xué)生自學(xué)實(shí)現(xiàn)調(diào)用過程?；A(chǔ)層次，由學(xué)生跟隨教師演示完成基本的植物圖像識(shí)別效果，實(shí)現(xiàn)植物圖片物種識(shí)別，給出三種可能性。而探究層次，將三種可能性變成按鈕選項(xiàng)，探究使用混淆算法完成選項(xiàng)混排。本環(huán)節(jié)的實(shí)踐過程中，學(xué)生通過查閱官方開發(fā)文檔和教師給出的演示視頻，提高了數(shù)字化學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，學(xué)生能從提出問題、分析問題、編程實(shí)踐的過程培養(yǎng)計(jì)算思維素養(yǎng)。

總結(jié)與反思

課程的完成項(xiàng)目作品階段，我們?cè)O(shè)計(jì)學(xué)生自主分組和選題，強(qiáng)調(diào)組織能力和有效的分工協(xié)作。如一位學(xué)生界面畫得漂亮，就可以負(fù)責(zé)美工部分;另一位學(xué)生擅長邏輯思維則負(fù)責(zé)代碼編程。經(jīng)過3～4次課時(shí)的準(zhǔn)備，最后一次課由每組學(xué)生上來演示，鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力。最終每組學(xué)生都參與網(wǎng)絡(luò)票選打分，選出本學(xué)期的最佳小程序應(yīng)用。課程評(píng)價(jià)中平時(shí)作業(yè)和期末小組選題項(xiàng)目作品各占50%。

本課程的亮點(diǎn)在于借助小程序帶來的便捷性和實(shí)用性，所有的小程序代碼都保存在云端。由于小程序自身的特點(diǎn)（無須安裝，掃碼即開）非常適合展示和推廣，每位選修過這門課程的學(xué)生，都可以隨時(shí)隨地掃碼查看到他們之前提交過的作業(yè)，讓學(xué)生有成就感。每次提交的小程序作業(yè)，經(jīng)過教師內(nèi)容審核把關(guān)后，集中匯總到教師注冊(cè)的賬號(hào)內(nèi)提交代碼，再由微信官方審核，通過才能進(jìn)行發(fā)布。最終兩年來累計(jì)提交了120多個(gè)學(xué)生作品（https：//gitee.com/ClassStudio/miniprogram20211）。

小程序和人工智能教育的結(jié)合，將小程序作為前端，提供直觀的界面，而人工智能作為后端，提供算力和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)AI賦能來解決實(shí)際問題。這門原創(chuàng)校本課程，讓學(xué)生能掌握小程序的開發(fā)方式，鼓勵(lì)他們開發(fā)應(yīng)用以解決生活中遇到的實(shí)際問題，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。未來，學(xué)生參加中學(xué)階段的研究性學(xué)習(xí)、翱翔計(jì)劃、創(chuàng)客活動(dòng)，乃至大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)都可以活用小程序技術(shù)。

正所謂教學(xué)相長，這門課程也讓教師的學(xué)科專業(yè)能力得到了極大提升。教師對(duì)信息技術(shù)和人工智能教育有了更深入的體會(huì)，也更了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。未來我們將拓展小程序的教學(xué)應(yīng)用場景，將這門小程序課程與生物、數(shù)學(xué)、語文、地理等學(xué)科結(jié)合，發(fā)揮其更大的價(jià)值。

注：本文系北京市區(qū)級(jí)課題“探索自研小程序促進(jìn)中學(xué)學(xué)科教學(xué)”階段性成果

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