《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標(biāo)”）中將“人工智能初步”列入選擇性必修模塊。這說明我國對人工智能教育的重視程度在不斷提升。為加快推進(jìn)人工智能與教育深度融合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探索人工智能技術(shù)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，廈門市2020年開展了“人工智能進(jìn)百?！苯逃圏c(diǎn)工作。作為該項(xiàng)目的試點(diǎn)校，筆者所在學(xué)校將人工智能課程與已有的課程、活動深度融合，開展了三年的教學(xué)實(shí)踐研究。在項(xiàng)目取得進(jìn)展的同時(shí)，我校在教學(xué)實(shí)踐中也遇到了諸多問題。本研究從問題出發(fā)，以課標(biāo)為指引，以智慧教學(xué)平臺為抓手，探尋出一套信息技術(shù)支持下的高中人工智能課程教學(xué)實(shí)踐模式。

一、高中人工智能課程實(shí)施中出現(xiàn)的問題

（一）課程與教學(xué)知識體系分散

在人工智能課程實(shí)踐的前期，由于可供參考的案例不多，課程內(nèi)容往往局限于拼湊式的知識點(diǎn)。一方面，鑒于有限的課時(shí)，多數(shù)學(xué)校實(shí)際上難以獨(dú)立開設(shè)全面系統(tǒng)的人工智能課程；另一方面，教師憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容和教學(xué)，使得培育全面發(fā)展的人與訓(xùn)練解題技能的矛盾凸顯。以割裂的知識培育全面發(fā)展的人，無異于緣木求魚。

（二）數(shù)字資源建設(shè)與生成滯后

高效、深入地開展人工智能教學(xué)，需要各種數(shù)字化資源的全面支持。然而，從目前的實(shí)際情況來看，課堂教學(xué)存在著學(xué)習(xí)資源零散化、與現(xiàn)有課程脫節(jié)、缺乏功能完備的平臺支持教學(xué)流程順利進(jìn)行等問題。

（三）缺乏評價(jià)層面的引導(dǎo)，限制課程實(shí)踐深化

教學(xué)評價(jià)對課堂教學(xué)的方向具有決定性影響。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就像指揮棒，指引著后續(xù)教學(xué)實(shí)踐的發(fā)展。一個(gè)完善的教學(xué)評價(jià)體系，不僅是人工智能課程順利進(jìn)行的指南，也為教師和學(xué)生提供了明確的價(jià)值規(guī)范。然而，在當(dāng)前的人工智能教學(xué)中，普遍缺少系統(tǒng)化的評價(jià)機(jī)制，這導(dǎo)致教師在課堂調(diào)整和課后反思時(shí)缺乏有效的依據(jù)，難以對課堂情況和階段性成果進(jìn)行客觀評估。這種狀況使得教師的教學(xué)實(shí)踐效果受限，同時(shí)也阻礙了教學(xué)質(zhì)量評價(jià)的展開。

（四）學(xué)校單方面育人，難以形成育人合力

人工智能課程的有效實(shí)施，需要社會資源的積極參與和支持。僅僅依靠教師或?qū)W校難以將知識技能完全融入學(xué)生的日常學(xué)習(xí)和生活。因此，探索如何從單一的學(xué)校教育模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣f(xié)同育人的新機(jī)制，不僅是一個(gè)教育結(jié)構(gòu)的重組過程，也是一線教師在教學(xué)中必須考慮的問題。

二、智能教學(xué)平臺在人工智能教學(xué)中的優(yōu)勢

針對人工智能課程前期實(shí)踐中的問題，筆者依托智慧教學(xué)平臺，結(jié)合試點(diǎn)校項(xiàng)目及教學(xué)實(shí)際，綜合選擇了人工智能教學(xué)所需要的各項(xiàng)功能模塊以輔助教學(xué)，如授課記錄、學(xué)情中心、AI實(shí)訓(xùn)中心等（如圖1）。

此外，該平臺能夠通過大數(shù)據(jù)的采集與分析，為學(xué)校、教師和學(xué)生提供教學(xué)成果和質(zhì)量評估的可視化圖表報(bào)告（如圖2），從而增強(qiáng)教學(xué)反饋的直觀性和有效性。

（一）打破學(xué)科知識壁壘，混融資源素材

《教育信息化2.0行動計(jì)劃》明確提出要通過建成和完善數(shù)字資源公共服務(wù)體系、優(yōu)化“平臺+教育”服務(wù)模式與能力、實(shí)施教育大資源共享計(jì)劃來實(shí)現(xiàn)數(shù)字資源服務(wù)的普及。該智慧教學(xué)平臺的亮點(diǎn)之一在于建設(shè)的數(shù)字資源不僅包含資源本身，還涉及資源在教學(xué)中的應(yīng)用以及在指定范圍的分享。

由于高中人工智能課程內(nèi)容涉及面廣，需要跨學(xué)科的知識融合來打破學(xué)科界限。平臺提供了混合性課程素材供教師靈活使用。這有助于教師在備課時(shí)跨越學(xué)科知識的界限，探尋單元主題內(nèi)的知識邏輯和教學(xué)實(shí)施路線，展現(xiàn)知識的完整面貌，從而促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，并解決人工智能學(xué)科在內(nèi)容傳授方面面臨的挑戰(zhàn)。

（二）創(chuàng)新互動體驗(yàn)功能，助力合作探究

課堂的實(shí)踐環(huán)節(jié)是培育學(xué)生核心素養(yǎng)的重要抓手，師生的互動感與體驗(yàn)感直接關(guān)系到課堂教學(xué)能否順利進(jìn)行。相較于傳統(tǒng)教學(xué)，智慧教學(xué)平臺支持下的課堂更加注重學(xué)生各個(gè)層面素養(yǎng)的提升，尤其關(guān)注學(xué)生在理論與實(shí)踐、協(xié)作與交流中能否更加直觀地有所收獲（如圖3）。

（三）構(gòu)筑家校社橋梁，實(shí)現(xiàn)協(xié)同育人

家庭、學(xué)校、社會三者作為各自獨(dú)立的“組織”，因其各自功能屬性的差異而存在邊界，使得三者之間的聯(lián)系存在一定的隔閡。智慧教學(xué)平臺為三者提供了信息交互與流通的橋梁（如圖4），通過建立資源數(shù)據(jù)庫和實(shí)現(xiàn)資源的開放共享，形成了家庭、學(xué)校和社會之間的良性互動循環(huán)，從而推動了無邊界教育的實(shí)現(xiàn)。

三、基于智慧教學(xué)平臺的人工智能教學(xué)模式

綜合問題梳理和分析，筆者構(gòu)建了基于智慧教學(xué)平臺的課堂教學(xué)模式（如圖5）。在開展人工智能課程教學(xué)時(shí)，教師需在課前深入研究教學(xué)內(nèi)容，對照學(xué)情和課程標(biāo)準(zhǔn)，形成教學(xué)設(shè)計(jì)的初步思路；著重從單元整體教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的角度出發(fā)，挑選典型案例，以幫助學(xué)生不僅在知識技能上有所收獲，應(yīng)用能力也有所提升；根據(jù)課堂教學(xué)各環(huán)節(jié)的需求，選擇智慧教學(xué)平臺中合適的功能模塊，并將相關(guān)資源整合到這些模塊中；最后，通過多元化的評價(jià)方法，促進(jìn)師生雙方的自我反思和能力提升。這種新型教學(xué)模式的探索，有助于教師在課堂實(shí)施中構(gòu)建智能化環(huán)境，提升自身的信息化領(lǐng)導(dǎo)力，以及學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)[1]。

四、基于智慧教學(xué)平臺的課堂教學(xué)實(shí)踐及成效分析

案例“AI選址：聚類算法的應(yīng)用”來源于校本選修材料“AI探索與實(shí)踐”中的最后一部分內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)這一主題前，已經(jīng)掌握了使用uPython環(huán)境進(jìn)行編程的知識，并了解了人臉識別、語音識別等技術(shù)。在這一主題中，學(xué)生需要深入探究人工智能中的經(jīng)典算法——聚類算法，通過學(xué)習(xí)聚類的原理、流程、函數(shù)調(diào)用方法等內(nèi)容，培養(yǎng)運(yùn)用聚類算法解決實(shí)際問題的能力。

（一）單元整體設(shè)計(jì)

為了更有效地教學(xué)，筆者在原教學(xué)內(nèi)容中融入了單元主題元素“我為城市規(guī)劃出謀劃策”，并將單一課時(shí)擴(kuò)展為綜合性大單元。本單元依托智慧教學(xué)平臺，以讓學(xué)生掌握聚類算法、綜合運(yùn)用算法為核心目標(biāo)，以城市規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的選址問題為主要落腳點(diǎn)，以程序文件和文字報(bào)告為主要作品形式。學(xué)生通過小組合作探究方式，2人一組共同完成一份涵蓋“設(shè)想—規(guī)劃—落地—分析”全過程的、具有科學(xué)依據(jù)的分析報(bào)告。

整個(gè)單元共4個(gè)課時(shí)，分為4個(gè)階段，具體設(shè)計(jì)如表1所示。第一階段為主題引入環(huán)節(jié)，教師結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活情境進(jìn)行介紹，引導(dǎo)學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，為城市規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。第二階段為任務(wù)破冰環(huán)節(jié)，學(xué)生自主探究，學(xué)習(xí)關(guān)鍵的Kmeans算法，并完成社區(qū)籃球場中心位置選址的小任務(wù)。第三階段為主題活動環(huán)節(jié)，學(xué)生合作探究，深入挖掘代碼，共同完成公益文化體育場選址的任務(wù)。第四階段為單元總結(jié)環(huán)節(jié)，學(xué)生利用智慧教學(xué)平臺展示成果，教師則利用平臺的測評功能與學(xué)生共同進(jìn)行多元化評價(jià)，營造一個(gè)有始有終、以學(xué)生為本的課堂環(huán)境。

（二）課堂實(shí)踐提升

經(jīng)過上述分析和規(guī)劃，筆者嘗試結(jié)合智慧教學(xué)平臺開展教學(xué)模式實(shí)踐研究。下面以第2課時(shí)為例，詳細(xì)闡述如何在智慧教學(xué)平臺的支持下實(shí)施“社區(qū)籃球場中心位置選址”的教學(xué)。

1.前測——把握學(xué)情

利用智慧教學(xué)平臺的自定義練習(xí)模塊，教師發(fā)布與本節(jié)課知識內(nèi)容關(guān)聯(lián)的前測練習(xí)題。學(xué)生利用課前5分鐘時(shí)間完成前測，教師可通過后臺數(shù)據(jù)反饋，實(shí)時(shí)了解不同班級學(xué)情，以便接下來有針對性地對課堂教學(xué)細(xì)節(jié)進(jìn)行微調(diào)。

2.新知——掌握重點(diǎn)

（1）情境引入

教師利用智慧教學(xué)平臺展示學(xué)生在上節(jié)課中所完成的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)初稿，從民生與公益文化角度出發(fā)，帶領(lǐng)學(xué)生再次感受城市規(guī)劃系統(tǒng)的重要性。通過播放城市規(guī)劃系統(tǒng)中選址過程的視頻，教師讓學(xué)生直觀感受人工與AI算法工作的效率，并將本節(jié)重點(diǎn)——Kmeans算法引入課堂中。

（2）探索新知

這一環(huán)節(jié)是本單元的重難點(diǎn)。學(xué)生需要在該環(huán)節(jié)明白什么是Kmeans算法，聚類與分類有何不同，掌握如何通過代碼實(shí)現(xiàn)聚類并呈現(xiàn)具體效果。

針對在以往的機(jī)器學(xué)習(xí)算法教學(xué)中教師難以通過講解還原動態(tài)過程、學(xué)生難以在有限時(shí)間內(nèi)理解等問題，教師可借助智慧教學(xué)平臺中的動畫及流程演示，用直觀的視頻形式展現(xiàn)聚類的概念、聚類與分類的區(qū)別、聚類的目的和基本流程，以輔助教學(xué)。涉及Kmeans算法聚類動態(tài)過程，教師可借助動畫步驟演示（如圖6），帶領(lǐng)學(xué)生梳理Kmeans算法的實(shí)現(xiàn)原理，歷經(jīng)“初始化質(zhì)心—分配樣本點(diǎn)—更新質(zhì)心—循環(huán)迭代—輸出結(jié)果”這一流程，幫助學(xué)生更好地領(lǐng)會算法的奧妙，為接下來代碼的編寫打下基礎(chǔ)。

3.實(shí)踐——項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

在掌握算法原理后，學(xué)生如何通過代碼實(shí)現(xiàn)聚類過程，讓Kmeans算法助力選址是這一環(huán)節(jié)的重點(diǎn)。這一階段圍繞以下三個(gè)活動展開。

（1）聚焦關(guān)鍵代碼

教師介紹機(jī)器學(xué)習(xí)中經(jīng)典的Sklearn庫及Kmeans API，讓學(xué)生知曉如何導(dǎo)入相關(guān)模塊。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識Kmeans中的常用參數(shù)、方法，通過案例剖析幫助學(xué)生掌握Kmeans算法的代碼實(shí)現(xiàn)方法。

（2）親歷聚類過程

學(xué)生通過uPython工具，逐步實(shí)現(xiàn)從讀取數(shù)據(jù)集到Kmeans聚類的過程，重點(diǎn)通過代碼實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入聚類模塊、確定聚類個(gè)數(shù)k、調(diào)用fit_predict方法進(jìn)行模型訓(xùn)練，進(jìn)而預(yù)測選址的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)果。

（3）數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)

教師拋出問題“如何使上一步的數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)果以更為直觀的形式呈現(xiàn)”，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到從數(shù)據(jù)點(diǎn)到圖片需要進(jìn)一步借助機(jī)器學(xué)習(xí)中的數(shù)據(jù)可視化功能來實(shí)現(xiàn)。接著，教師帶領(lǐng)學(xué)生借助智慧教學(xué)平臺的創(chuàng)作工具和AI實(shí)訓(xùn)等功能認(rèn)識matplotlib繪圖包，借助plt.scatter進(jìn)行散點(diǎn)圖的繪制，并設(shè)置常用參數(shù)，將聚類初步得到的數(shù)字形式選址結(jié)果以散點(diǎn)圖的形式呈現(xiàn)最終的聚類效果圖（如圖7）。

4.拓展——總結(jié)延伸

親歷上述任務(wù)后，學(xué)生已掌握如何使用Kmeans算法實(shí)現(xiàn)聚類解決基礎(chǔ)的選址問題。作為課時(shí)任務(wù)的收尾部分，本環(huán)節(jié)教師需引導(dǎo)學(xué)生思考“聚類算法還有何應(yīng)用”。通過查閱智慧教學(xué)平臺中的資源與網(wǎng)上素材，學(xué)生開展自主探究，并根據(jù)任務(wù)表的指引嘗試剖析其他聚類算法案例。

5.后測——課后測評

教師在智慧教學(xué)平臺發(fā)布課程后測練習(xí)，學(xué)生在完成本節(jié)程序任務(wù)后完成該測評。該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖是讓學(xué)生梳理本節(jié)內(nèi)容，同時(shí)教師可快速了解學(xué)生學(xué)習(xí)成效。

6.反饋——成效分析

為評估智慧教學(xué)平臺支持下的課堂實(shí)施效果，落實(shí)對教學(xué)全程的診斷與反思，筆者將授課班級分為對照組和實(shí)驗(yàn)組。其中A組為對照組，采用傳統(tǒng)方式授課；B組為實(shí)驗(yàn)組，采用智慧教學(xué)平臺環(huán)境授課。經(jīng)過課堂比對以及學(xué)生訪談反饋，筆者發(fā)現(xiàn)B組2個(gè)班級在學(xué)習(xí)積極性、課堂參與度、任務(wù)完成度等維度均有明顯提高。

（1）學(xué)習(xí)積極性維度

B組學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并未因?yàn)樾略龅钠脚_操作步驟而降低，反而隨著平臺的指引層層推進(jìn)逐步提高。平臺的支持給了學(xué)生充足的時(shí)間思考、掌握和實(shí)踐。學(xué)生在課堂參與的過程中真切感受到了知識的魅力，以及技能的獲得感。而在采用傳統(tǒng)授課的班級中，由于時(shí)間、軟件、資源等條件限制，在45分鐘課堂活動里，只有1/3的學(xué)生能夠跟上進(jìn)度，真正投入活動探索中，大部分學(xué)生很難感受到聚類算法的高效應(yīng)用。

（2）課堂參與度維度

筆者及所在團(tuán)隊(duì)在對A組學(xué)生進(jìn)行課堂觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，即便教師在課堂上設(shè)置了多個(gè)活動，引導(dǎo)學(xué)生參與其中，但由于環(huán)節(jié)間的銜接與切換不夠流暢，學(xué)生思維難以及時(shí)跟上，會出現(xiàn)學(xué)生參與度不夠高的情況。在B組班級中，由于有了不同形式的資源支持，課堂環(huán)節(jié)銜接更加流暢。教師通過課堂觀察發(fā)現(xiàn)約4/5的學(xué)生能夠保持較高的課堂參與度。良好的課堂氛圍有助于優(yōu)化人工智能教學(xué)的實(shí)施過程。

（3）任務(wù)完成度維度

通過前測后測以及過程性評價(jià)的對比，筆者發(fā)現(xiàn)，在A組班級中，任務(wù)完成度隨著課堂教學(xué)推進(jìn)呈下降趨勢，只有1/4的學(xué)生能夠完成最后一個(gè)任務(wù)。通過課后訪談，筆者發(fā)現(xiàn)，即便真正完成了所有任務(wù)，有部分學(xué)生仍對知識點(diǎn)一知半解，只是照著案例依葫蘆畫瓢，并未在理解的基礎(chǔ)上加入自己的思考和創(chuàng)新，操作不夠熟練的學(xué)生很難在一節(jié)課內(nèi)完成任務(wù)，這對學(xué)生的自信心是一個(gè)不小的打擊。而在B組班級中，雖然各任務(wù)的呈現(xiàn)形式不同，但教師將所有任務(wù)集成于更加完備、操作更加便捷的平臺中，提升了課堂效率，學(xué)生在完成度上有了較為明顯的提升。

五、結(jié)語

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，給知識生產(chǎn)帶來了革命性變革，也給組織通過大數(shù)據(jù)賦能知識治理、提升組織知識生產(chǎn)能力帶來了可能[2]。智慧教學(xué)平臺支持下的人工智能課堂，充分發(fā)揮了理念與技術(shù)融合的特點(diǎn)和優(yōu)勢，加以單元教學(xué)的積淀，使得師生在課堂內(nèi)外更加關(guān)注社會、關(guān)注生活，也促使教師更好地從“單課時(shí)主義”轉(zhuǎn)向“單元教學(xué)”。教學(xué)資源的“零散化”也借著智慧教學(xué)平臺之力實(shí)現(xiàn)“規(guī)整化”。這些轉(zhuǎn)變也令高中人工智能課堂朝著“課程育人”方向進(jìn)一步靠攏。

在學(xué)校層面，智慧教學(xué)平臺有助于緩解現(xiàn)階段高中人工智能課程模式單一、部分教學(xué)內(nèi)容難以開展的困境，降低課程實(shí)施的難度，為高中人工智能課程教學(xué)提供了新思路和新范式，從而推動人工智能教育在高中階段的普及。

由于可調(diào)用智慧教學(xué)平臺中的多模塊，部署機(jī)器學(xué)習(xí)的開發(fā)環(huán)境和所需要的主流算法、設(shè)計(jì)完備流暢的教學(xué)活動等工作對教師來說更易于落實(shí)。教師亦可在不斷改進(jìn)和完善教學(xué)資源的過程中，積累項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

對學(xué)生來說，在課堂上親歷可互動的AI工具，是獲得即時(shí)真實(shí)反饋和體驗(yàn)的最好途徑。這有助于提高學(xué)生的興趣及學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生可快速便捷地進(jìn)入人工智能課堂的學(xué)習(xí)氛圍中，用人工智能主題內(nèi)容強(qiáng)化自己對關(guān)鍵算法的理解。

在家庭及社會層面，借助智慧教學(xué)平臺反饋的信息，家長可隨時(shí)知曉孩子階段性的成果。

于教師而言，借助智慧教學(xué)平臺開展人工智能教學(xué)的過程是一次歷練，更是一場可持續(xù)的探索與創(chuàng)新。人工智能進(jìn)入高中課堂的時(shí)間尚短，對于理念的研究、對于教學(xué)模式的更新，還需要持續(xù)探索。教師需利用好智慧教學(xué)平臺中知識調(diào)度靈活的優(yōu)勢，適切選擇和組織知識，挖掘其內(nèi)涵，整體規(guī)劃合理編排。同時(shí)，教師需借平臺之力，助力學(xué)生形成完整的學(xué)習(xí)閉環(huán)，從而促進(jìn)人工智能課堂的高質(zhì)量生成。

正文

注：本文系福建省電化教育館2022年度課題“基于AI智慧平臺的高中人工智能課程實(shí)踐”（課題編號：KT2206）的研究成果。

參考文獻(xiàn)

[1] 李國浩.借技術(shù)賦能教學(xué)，深耕學(xué)校內(nèi)涵發(fā)展[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2023（9）：78.

[2] 王陸，鄭志生，張敏霞，等.大數(shù)據(jù)賦能循證課例研究中的知識治理[J].電化教育研究，2021（12）：7.

（作者系福建省廈門第六中學(xué)教師）

責(zé)任編輯：李媛