潘艷東

【摘 要】本文介紹在信息科技課堂中，引入人工智能相關(guān)內(nèi)容，促進(jìn)人工智能實驗場景的設(shè)計與構(gòu)建，實現(xiàn)課堂的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。教師引導(dǎo)學(xué)生批判性地學(xué)習(xí)，建立知識之間的聯(lián)系，培養(yǎng)他們遷移運用知識的能力，并加強體驗、實踐和反思，進(jìn)而提高他們的問題解決能力。

【關(guān)鍵詞】人工智能;深度學(xué)習(xí);信息科技

【中圖分類號】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）04-017-03

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為當(dāng)前中小學(xué)的研究熱點，也是未來教育創(chuàng)新的發(fā)展趨勢。人工智能正在成為當(dāng)前和未來信息科技發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。2017 年 7 月，國務(wù)院印發(fā)《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。華東師范大學(xué)出版社初中信息科技第二冊于2020年1月重新修訂后，增加了“人工智能體驗”一節(jié)課的內(nèi)容，筆者根據(jù)校情和學(xué)情，開發(fā)了“感受人工智能魅力”項目，并通過項目學(xué)習(xí)的方式開展教學(xué)。

我們通過設(shè)計具有開放性、挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生主動參與，提高學(xué)習(xí)興趣，并在此過程中獲得知識與技能的深層次提升。在整個項目學(xué)習(xí)中，學(xué)生主動探究人工智能的相關(guān)原理和技術(shù)。在內(nèi)容設(shè)計上，我們將人工智能的相關(guān)概念和內(nèi)容做了整合，將語音合成、圖像識別、機器學(xué)習(xí)等融入具體的每個課時的學(xué)習(xí)內(nèi)容中。學(xué)生在解決問題的過程中，將機器與人做類比，逐步揭開相關(guān)的人工智能技術(shù)和原理。

設(shè)計構(gòu)建人工智能實驗場景

1.創(chuàng)設(shè)真實問題情境，類比遷移學(xué)習(xí)內(nèi)容

人工智能進(jìn)課堂，能夠幫助學(xué)生解決實際生活中遇到的問題。學(xué)生學(xué)會觀察，發(fā)現(xiàn)真實世界的真實問題。在“制作鮮花識別機器人”一課中，學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題。每天中午，上實東校生態(tài)園有很多學(xué)生去探究。這天，琦琦發(fā)現(xiàn)了一株奇特的花，很好奇地問同伴玲玲：這是什么花呢？因為已經(jīng)有了人工智能學(xué)習(xí)經(jīng)歷，學(xué)生馬上想到可以通過手機里“形色”APP的識花功能找到答案。不僅如此，她們還想自己開發(fā)一個識花程序。

教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，應(yīng)以與新舊知識有聯(lián)系的、與學(xué)生經(jīng)驗相契合的真實問題為主線。教師不能局限于這一課時的教學(xué)內(nèi)容，而應(yīng)該有高屋建瓴的課程觀，放眼整個章節(jié)，乃至整個單元，找到新舊知識之間的關(guān)聯(lián)，關(guān)注學(xué)生的“前概念”及生活經(jīng)驗，找到教材內(nèi)容與現(xiàn)實生活世界的關(guān)聯(lián)點及契合點，并將這些內(nèi)容進(jìn)行有效和精細(xì)的深度加工，使它們有機地整合在一起。

信息時代，網(wǎng)絡(luò)上也有豐富的人工智能內(nèi)容，但我們認(rèn)為，唯有當(dāng)教師對教學(xué)資源進(jìn)行仔細(xì)篩選和整合后，才能最大化地發(fā)揮資源的價值。因此，初中信息科技引入人工智能可以選擇項目學(xué)習(xí)方式開展學(xué)習(xí)。例如，“制作鮮花識別機器人”一課中，我們從識別桃花入手，引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化完善程序，從而可以識別更多的鮮花，引導(dǎo)學(xué)生體會機器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)越多，機器越智能，再進(jìn)一步將知識進(jìn)行遷移，如從識花到識別植物，再遷移到識別動物等。從項目設(shè)計的內(nèi)容及知識的內(nèi)在邏輯來看，學(xué)生從自己發(fā)現(xiàn)問題到最后開發(fā)識花機器人來解決問題，激發(fā)了學(xué)生主動參與的意識。不僅如此，我們還啟發(fā)學(xué)生將所學(xué)知識與自己的學(xué)習(xí)和生活聯(lián)系起來，開發(fā)出更多的圖像識別相關(guān)程序。

2.學(xué)以致用，深度實踐

在人工智能教學(xué)中，教師要催生學(xué)生的深度實踐，不僅要引導(dǎo)學(xué)生融入認(rèn)知，更要引導(dǎo)學(xué)生融入情意、融入行動。換言之，學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，不僅要求學(xué)生思維的深度參與，更要求學(xué)生全方位、沉浸式感受和體驗。

在“會說話的校園”項目中，我們設(shè)計的目標(biāo)是讓學(xué)生親自探尋校園場景背后的故事，并開展相關(guān)的訪談和調(diào)查，促使學(xué)生學(xué)會愛自己、愛團(tuán)隊、愛校園，催生深度實踐，引發(fā)學(xué)生情感投入。課時安排為5周/10課時，授課對象為七年級學(xué)生。我們設(shè)計的驅(qū)動性問題是：在智慧校園背景下，如何讓校園場景或物件“開口說話”，方便來訪者和新同學(xué)了解校園？活動的流程是：創(chuàng)設(shè)真實問題情境→入項活動→前期調(diào)研（問卷星等）→文案撰寫、語音識別→音頻制作、視頻制作→二維碼制作、語音合成→項目發(fā)布。項目的評價從作品質(zhì)量和學(xué)習(xí)品質(zhì)兩個方面明確成功標(biāo)準(zhǔn)。項目成果包括：調(diào)研報告、短視頻文案、相關(guān)音頻、相關(guān)視頻、相關(guān)二維碼和發(fā)布會PPT;學(xué)習(xí)品質(zhì)包括：熟悉主要軟件（問卷星、“形色”APP、訊飛有聲、剪映、草料二維碼等）使用方法，了解語音識別、語音合成、機器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)和原理，形成合作、參與、傾聽、溝通等基本技能。

在“會說話的校園”項目中，入項活動為制作一份特別的賀卡。引入：贈送賀卡是節(jié)日里人們表達(dá)祝福的一種常見方式。賀卡的種類有很多，紙質(zhì)賀卡能傳達(dá)文字或圖片信息，電子賀卡能傳達(dá)包括文字、圖片、音頻、視頻在內(nèi)的多媒體信息，二者各有千秋。通過引入，啟發(fā)學(xué)生思考如何制作一份“會說話”的賀卡，引出人工智能語音識別、語音合成和機器學(xué)習(xí)等相關(guān)技術(shù)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

在情境導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，教師首先拋出問題：有沒有最近過生日的同學(xué)？引導(dǎo)學(xué)生關(guān)愛自己身邊的同學(xué)，并通過小組團(tuán)隊合作，制作一份特別的賀卡。在小組合作完成生日賀卡后，舉行了短暫而充滿溫情的贈送儀式，讓學(xué)生沉浸在和諧友愛的課堂氛圍中。另外，我們在課堂中還通過播放生日歌來營造溫馨的氣氛，更好地引發(fā)學(xué)生的感情投入，讓課堂中的深度學(xué)習(xí)自然發(fā)生。

3.聯(lián)系生活，關(guān)注熱點

教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系真實生活，指導(dǎo)他們關(guān)心、關(guān)注社會熱點。如在教學(xué)中實施的“自動駕駛”項目，通過學(xué)生自主設(shè)計方案、合作探究、實地測試和內(nèi)化遷移，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

（1）開放問題，自主設(shè)計方案，激活學(xué)生主動探究意識

學(xué)習(xí)的最高境界就是創(chuàng)新。學(xué)生設(shè)計出展示方案。方案一：車輛轉(zhuǎn)彎、倒車入庫;方案二：經(jīng)過紅綠燈、側(cè)方位停車;方案三：避障、調(diào)頭、側(cè)方位停車。綜合以上方案，學(xué)生通過“自動駕駛”項目，經(jīng)歷分組探究，自己設(shè)計自動駕駛場景和展示方案、現(xiàn)場公開測試和展示，提高了主動性和動手實踐能力。同時，在自動駕駛的現(xiàn)場公開測試活動中鍛煉表達(dá)能力，增強自信心，激活學(xué)生積極主動的探究意識。

“自動駕駛”以O(shè)penMV攝像頭作為機器視覺，運用Python語言進(jìn)行編程，識別路線和標(biāo)志，模擬了生活中最常見的駕駛行為，希望能用自動駕駛解放司機，便利生活，助推上海城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

（2）設(shè)計活動，小組現(xiàn)場測試，提升學(xué)生解決問題能力

在最后的“自動駕駛”項目展示環(huán)節(jié)中，開展了一場別具一格的現(xiàn)場測試活動，并邀請到相關(guān)的專家老師、家長和同學(xué)。在測試中，一位同學(xué)現(xiàn)場解說，小組全體同學(xué)現(xiàn)場測試。在測試活動前，學(xué)生自己撰寫解說詞，設(shè)計自動駕駛道路場景，研討和設(shè)計展示方案。在整個項目學(xué)習(xí)過程中，同學(xué)之間相互協(xié)作，不斷深入地探究。在學(xué)習(xí)中，學(xué)生2～4人一組，進(jìn)行Python語言的學(xué)習(xí)、自動駕駛小車的設(shè)計與搭建、方案設(shè)計和撰寫現(xiàn)場測試解說詞等。不僅如此，學(xué)生還負(fù)責(zé)項目的開發(fā)和運行，通過分工來界定他們各自的角色和責(zé)任。在項目學(xué)習(xí)中的多個階段，學(xué)生能夠全力投入，完成項目任務(wù)。

通過設(shè)計開放的、富有挑戰(zhàn)的活動，小組進(jìn)行實踐探索，從而激發(fā)學(xué)生的探究欲望。在項目實踐過程中，慢慢提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和遷移能力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會問題解決的方法，從而提高學(xué)生解決問題的能力。

（3）批判辨析，持續(xù)深度反思，激發(fā)學(xué)生遷移應(yīng)用水平

“自動駕駛”項目結(jié)束后，學(xué)生進(jìn)行了自我反思：我們初步實踐了自動駕駛，讓單一型號的自動駕駛小車能在簡單的車道上正常行駛。我們將會繼續(xù)探索與學(xué)習(xí)，試著讓不同車型的車能夠在比較復(fù)雜的道路上行駛，嘗試讓小車識別不同的交通標(biāo)識。我們還將更深入地探究人工智能圖像識別相關(guān)技術(shù)背后的原理。在這次活動中，我們分組實現(xiàn)不同項目，互相幫助，體會到了團(tuán)結(jié)的重要性。同時，我們也學(xué)到了Python編程語言，與團(tuán)隊共同開發(fā)方案，并在探究的過程中不斷地迭代優(yōu)化。在此期間，我們遇到了許多問題，并通過請教老師或者互相討論加以解決。項目開闊了我們的思維，激發(fā)了我們創(chuàng)新的熱情，讓我們受益匪淺。我們希望通過探究人工智能自動駕駛，為人們的生活提供便捷，為實現(xiàn)上海城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)力量。

人工智能教學(xué)中，我們著力人工智能實驗場景的設(shè)計與構(gòu)建，讓學(xué)生在真實的環(huán)境中感受充滿生機和樂趣的課堂，激發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，破解信息科技學(xué)習(xí)興趣假象。

人工智能教學(xué)實踐的思考

教育要面向未來，而人工智能教育更要瞄準(zhǔn)未來，培養(yǎng)學(xué)生對人工智能的濃厚興趣。在課堂中，我們將人工智能與現(xiàn)有信息科技教材有機融合，激活信息科技課堂，破解信息科技學(xué)習(xí)興趣假象，激發(fā)學(xué)生反思精神、解決問題的能力和遷移運用能力，讓深度學(xué)習(xí)在課堂上真實發(fā)生。人工智能的教學(xué)實踐助推了人工智能實驗場景的設(shè)計與構(gòu)建，以教育的創(chuàng)新探索，推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

參考文獻(xiàn)

任友群. 人工智能（初中版）[M]. 上海：上海教育出版社，2020： 29-32.

張少波，李彥榮. 學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)培育的浦東實踐[M]. 上海：華東師范大學(xué)出版社，2020： 3-18.

夏雪梅.素養(yǎng)時代的項目化學(xué)習(xí)如何設(shè)計[J]. 江蘇教育，2019（22）： 7-11.

趙健. 深度學(xué)習(xí)：超越21世紀(jì)技能[M]. 上海：華東師范大學(xué)出版社，2020： 3-18.