摘要：本文以“人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展”為主題，將數(shù)據(jù)、算法、信息社會(huì)等學(xué)科大概念貫穿其中，基于翻轉(zhuǎn)課堂創(chuàng)設(shè)情境引入人工智能，以小組合作形式厘清人工智能基本內(nèi)涵，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為核心探究生成式AI體驗(yàn)活動(dòng)及其原理，以任務(wù)拓展為延伸辨析人工智能的未來，以核心素養(yǎng)評價(jià)為抓手開展多元評價(jià)，構(gòu)建了體驗(yàn)式的創(chuàng)新實(shí)踐課堂，以期能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)科大概念牽引下的核心素養(yǎng)的真正落地。

關(guān)鍵詞：學(xué)科大概念；核心素養(yǎng)；人工智能；生成式AI

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）15-0048-04

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）的落地與實(shí)踐，學(xué)科大概念成為信息技術(shù)教師所關(guān)注的重點(diǎn)。筆者在教學(xué)中，也努力將學(xué)科核心素養(yǎng)滲透在課程的各要素中，以期能夠?qū)W(xué)科課程進(jìn)行一體化架構(gòu)設(shè)計(jì)。下面，筆者以《人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展》一課為例，以情境導(dǎo)入、基礎(chǔ)鞏固、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、任務(wù)拓展以及總結(jié)評價(jià)五個(gè)環(huán)節(jié)為教學(xué)實(shí)施流程，嘗試構(gòu)建創(chuàng)新式的人工智能課堂模式（如圖1）。

筆者基于學(xué)科大概念的教學(xué)思路，將《人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展》一課的學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)如下：①了解人工智能的概念與發(fā)展歷程，能針對典型智能系統(tǒng)分析其主要采用的人工智能方法。（信息意識）②體驗(yàn)人工智能的實(shí)際應(yīng)用，能運(yùn)用生成式AI工具完成實(shí)際問題的解決，采用合適的算法剖析生成式AI的基本工作過程，并遷移到其他相關(guān)的問題解決過程中。（計(jì)算思維）③辯證地分析人工智能技術(shù)帶來的發(fā)展與挑戰(zhàn)，樹立正確的對待人工智能的態(tài)度，形成積極推動(dòng)人工智能健康發(fā)展的理念。（信息社會(huì)責(zé)任）

巧設(shè)情境，利用翻轉(zhuǎn)課堂引入人工智能

課前，學(xué)生預(yù)習(xí)教材，學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)知識，并結(jié)合《人工智能簡史》視頻，寫下對人工智能的理解及其背后發(fā)展歷史變遷的感悟。在教學(xué)伊始，教師請學(xué)生代表上臺(tái)發(fā)言，闡述關(guān)于人工智能概念的描述，展示繪制的人工智能發(fā)展歷程圖。

設(shè)計(jì)意圖：通過翻轉(zhuǎn)課堂、視頻創(chuàng)設(shè)情境的形式，將學(xué)生引入到人工智能學(xué)習(xí)的情境中，激發(fā)學(xué)生對人工智能歷史的探究興趣，為新授課做鋪墊。

頭腦風(fēng)暴，厘清三大主義與驅(qū)動(dòng)因素

活動(dòng)1：以四人一小組為單位，閱讀教材相關(guān)頁面和查閱課外資料，針對三大研究人工智能的方法，即符號主義、聯(lián)結(jié)主義和行為主義，討論以下問題：

①三大人工智能主義的核心觀點(diǎn)是什么？

②三大人工智能主義對應(yīng)的研究應(yīng)用領(lǐng)域有哪些典型的成果和代表人物？

③三大人工智能主義有哪些局限性？

活動(dòng)小結(jié)：通過小組合作的方式，厘清課內(nèi)關(guān)于三大人工智能主義的概念及其應(yīng)用，形成對人工智能的初印象。

活動(dòng)2：引導(dǎo)學(xué)生思考人工智能跌宕起伏的發(fā)展歷程背后，是哪些重要因素驅(qū)動(dòng)其發(fā)展。

學(xué)生觀看課程資源包中人工智能專題人物的介紹，并通過頭腦風(fēng)暴的形式歸納驅(qū)動(dòng)因素。

活動(dòng)小結(jié)：學(xué)生從課程資源包中了解到，大規(guī)模數(shù)據(jù)集為AI模型的訓(xùn)練提供豐富資源、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以及GPU為模型訓(xùn)練提供強(qiáng)大算力支持等系列研究，使得AI在21世紀(jì)再次迎來爆發(fā)式增長，由此歸納出人工智能發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)因素是數(shù)據(jù)、算法和算力。

設(shè)計(jì)意圖：采用小組合作探究的方式辨明課內(nèi)最重要的三大人工智能主義的相關(guān)知識，通過頭腦風(fēng)暴的方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生探索問題的積極性，激發(fā)學(xué)生探尋影響人工智能發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)因素的動(dòng)力。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)，體驗(yàn)AI應(yīng)用，剖析人工智能

任務(wù)1：多維度分類人工智能，體驗(yàn)生成式AI

學(xué)生通過課程資源包，了解大模型技術(shù)，認(rèn)識人工智能產(chǎn)品形態(tài)從單模態(tài)到多模態(tài)、跨模態(tài)的演變，從辨別式AI到生成式AI，逐步走向通用式AI的發(fā)展歷程。

教師引導(dǎo)學(xué)生在線體驗(yàn)生成式AI。在體驗(yàn)前，教師講解頁面使用、提示語和關(guān)鍵詞標(biāo)記等功能，提供以下五種AI體驗(yàn)思路，要求學(xué)生任選一種完成，并交流展示體驗(yàn)結(jié)果。

①體驗(yàn)AI輔導(dǎo)錯(cuò)題并指出錯(cuò)題涉及知識點(diǎn)，生成同類型不同難度梯度題集（如圖2）。

②上傳一篇教師批改過的英文作文，請AI批改，指出作文的不足之處并加以指正，將最終生成的結(jié)果與教師的批改結(jié)果進(jìn)行對比。

③利用AI編寫一個(gè)基于Flask框架開發(fā)的網(wǎng)站程序，實(shí)現(xiàn)簡單的論壇功能。

④請AI幫你書寫一份高中生職業(yè)生涯規(guī)劃，需結(jié)合個(gè)人實(shí)際。

⑤與AI在線進(jìn)行關(guān)于高中生活的感想交流，模擬“樹洞”功能。

任務(wù)小結(jié)：學(xué)生交流討論體驗(yàn)過程中的心得體會(huì)與遇到的問題。教師總結(jié)：在體驗(yàn)過程中，生成式AI表現(xiàn)大致良好，AI出現(xiàn)的可能給出前后矛盾或邏輯上不連貫的回答及其他幻覺現(xiàn)象等問題，是由于大模型的訓(xùn)練還在初級階段，獲取的數(shù)據(jù)資源也相對有限。引導(dǎo)學(xué)生注意對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，以便更好地鑒別AI生成的內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：將體驗(yàn)生成式AI與日常的學(xué)習(xí)生活相結(jié)合，設(shè)定其角色為學(xué)習(xí)輔助工具，通過任選項(xiàng)目體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生意識到現(xiàn)階段的生成式AI仍然存在一定的局限性，不能一味依賴智能技術(shù)。

任務(wù)2：用算法解決問題的過程—剖析生成式AI的基本工作過程

①提出問題—通過在線體驗(yàn)活動(dòng)，你能總結(jié)出生成式AI生成內(nèi)容的機(jī)制與特點(diǎn)嗎？

教師補(bǔ)充關(guān)于生成式AI對用戶輸入、數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)據(jù)輸出背后涉及的自然語言處理、對話管理系統(tǒng)、生成式對話等相關(guān)技術(shù)，學(xué)生結(jié)合剛才的AI體驗(yàn)心得，總結(jié)生成式AI以多輪對話為基礎(chǔ)的運(yùn)行機(jī)制與特點(diǎn)。

②設(shè)計(jì)算法—通過分析生成式AI的運(yùn)行機(jī)制，梳理生成式AI的基本工作過程。

圍繞算法的特征，遵循算法設(shè)計(jì)的三要素，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用剛才討論的生成式AI的運(yùn)行機(jī)制和特點(diǎn)，采用“自頂向下，逐步細(xì)化”的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想，對算法進(jìn)行細(xì)化，初步將算法分為用戶初始化對話階段、內(nèi)容處理呈現(xiàn)、多輪對話循環(huán)控制、最終內(nèi)容輸出階段。

③描述算法—流程圖設(shè)計(jì)，展現(xiàn)生成式AI的基本工作過程。

在描述算法的過程中，通過思考和討論，學(xué)生可以進(jìn)一步理解流程圖的設(shè)計(jì)理念，最后一致決定采用循環(huán)結(jié)構(gòu)型流程圖來描述生成式AI基本工作過程，最終繪制的流程圖如圖3所示。

設(shè)計(jì)意圖：通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，讓學(xué)生在項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施中了解AI大模型的特點(diǎn)，掌握AI大模型的一般現(xiàn)實(shí)用法，在不斷思考與討論的過程中，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維核心素養(yǎng)的落地并提升。

任務(wù)拓展，正方反方辨析人工智能的未來

問題情境一：有同學(xué)認(rèn)為生成式AI可以直接根據(jù)需求生成圖片、文本、視頻甚至代碼，那就意味著我們不需要再學(xué)習(xí)相關(guān)知識，以后遇到問題都讓AI來解決。

問題情境二：不少科學(xué)家緊急叫停超強(qiáng)AI的研發(fā)，呼吁將AI系統(tǒng)的訓(xùn)練暫停六個(gè)月，理由是對社會(huì)和人性存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。對此，你認(rèn)為未來人工智能是否會(huì)失控？是否有可能“覺醒”，反抗人類，甚至傷害人類？我們需不需要停止人工智能的發(fā)展？

針對上述觀點(diǎn)，請隨機(jī)分組成正反兩方，正方為支持人工智能發(fā)展并且代替人類大部分工作，反方為抑制人工智能的發(fā)展并且大部分工作仍然由人類代替，請兩方準(zhǔn)備三分鐘后派出代表進(jìn)行辯論發(fā)言。

教師記錄兩方的主要觀點(diǎn)，分享對此問題的看法，強(qiáng)調(diào)知識學(xué)習(xí)的重要性，以及生成式AI作為工具服務(wù)于人、提升效率的特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：信息技術(shù)學(xué)科大概念中的“信息社會(huì)”著重探討了信息技術(shù)發(fā)展對人類社會(huì)產(chǎn)生的重要影響，人工智能是社會(huì)發(fā)展的一個(gè)趨勢，其在發(fā)展過程中有利有弊，引導(dǎo)學(xué)生以理性和客觀的態(tài)度看待生成式人工智能帶來的影響，樹立今后合理使用生成式人工智能的意識，并積極推進(jìn)其發(fā)展。

總結(jié)評價(jià)，設(shè)計(jì)評價(jià)體系，開展多元評價(jià)

在課程結(jié)束后，師生交流互動(dòng)，并回顧總結(jié)本課所學(xué)內(nèi)容，筆者設(shè)計(jì)了課程評價(jià)量表，如下頁表所示。

設(shè)計(jì)意圖：引入以學(xué)科大概念為內(nèi)核的solo分類評價(jià)方法開展多元評價(jià)，有助于追蹤每個(gè)學(xué)生完整的學(xué)習(xí)過程，力求全方位、多層次對學(xué)生實(shí)現(xiàn)及時(shí)的評價(jià)，爭取讓絕大部分學(xué)生通過努力，獲得最大限度的學(xué)習(xí)成就。

成效與思考

筆者對開展創(chuàng)新實(shí)踐課堂的班級展開課后問卷調(diào)查，了解學(xué)生對生成式AI的掌握情況，結(jié)果顯示93%以上的學(xué)生能夠成功使用生成式AI基本完成課堂任務(wù)，90%的學(xué)生發(fā)現(xiàn)人工智能目前存在局限性需要人工輔助，96%的學(xué)生認(rèn)為會(huì)在今后的學(xué)習(xí)生活中運(yùn)用到生成式AI技術(shù)。結(jié)果表明，本課的教學(xué)讓學(xué)生對人工智能有了正確而又深刻的“新的認(rèn)識”，學(xué)習(xí)水平由原先傳統(tǒng)的人工智能教學(xué)模式下的第一層次的“了解水平”，逐步發(fā)展到第三層次的“應(yīng)用水平”。但問卷調(diào)查結(jié)果也顯示，仍然有兩類學(xué)生對人工智能的態(tài)度不夠正確：一類學(xué)生是對生成式AI的工具使用不夠熟練，不理解，表示不感興趣甚至抗拒；另一類學(xué)生內(nèi)心對人工智能過于美化，認(rèn)為AI可以代替人類完成所有任務(wù)，沒有認(rèn)識到智能工具的局限性。因此，在實(shí)際課堂中，教師應(yīng)注重對這兩類情況的把控，及時(shí)對問題進(jìn)行引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生思考人工智能的未來，培養(yǎng)思辨精神，形成正確的人工智能價(jià)值觀和倫理觀。

結(jié)語

本文基于大概念背景對高中信息技術(shù)課堂進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容圍繞學(xué)科大概念主線的結(jié)構(gòu)化知識展開，采用多種形式的授課方式，構(gòu)建了針對高一學(xué)生從AI初識到AI創(chuàng)作再到剖析AI的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的創(chuàng)新實(shí)踐理念，通過優(yōu)化知識體系，在內(nèi)容連貫的整體中構(gòu)建知識，促使學(xué)生真正把淺層學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成深度學(xué)習(xí)，把所學(xué)的內(nèi)容轉(zhuǎn)變成解決問題的計(jì)算思維能力，從而實(shí)現(xiàn)從知識到素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

張宏輝，楊曉慧.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在高中通用技術(shù)電子控制課堂中的應(yīng)用——以“電熱水壺電子控制設(shè)計(jì)”項(xiàng)目為例[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021（03）：50-53.