摘要：本文對(duì)浙教版信息科技九年級(jí)“智能預(yù)測(cè)”學(xué)習(xí)模塊進(jìn)行單元整體設(shè)計(jì)，基于生活實(shí)際選擇了“人工智能預(yù)測(cè)出行時(shí)間”主題，根據(jù)四維核心素養(yǎng)確定教學(xué)目標(biāo)，層層遞進(jìn)建構(gòu)“科”“技”并重的常態(tài)課堂，落實(shí)真實(shí)全面的多維評(píng)價(jià)，以期讓學(xué)生在解決真實(shí)、復(fù)雜問題的過程中掌握必備知識(shí)、形成關(guān)鍵能力。

關(guān)鍵詞：人工智能；預(yù)測(cè)；主題教學(xué)；素養(yǎng)導(dǎo)向；“科”“技”并重

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）16-0000-03

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）關(guān)注提升學(xué)生的“核心素養(yǎng)”，強(qiáng)調(diào)課程內(nèi)容要體現(xiàn)“科”與“技”并重，提煉了數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能六大邏輯主線，其中人工智能主線內(nèi)容深度融合了其他五大主線。人工智能是模擬、延伸和拓展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用的技術(shù)學(xué)科，在學(xué)生身邊的應(yīng)用廣泛，可實(shí)踐性強(qiáng)。因此，人工智能教學(xué)具有前瞻性、綜合性、實(shí)踐性。所以，在經(jīng)過之前各學(xué)段循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)和學(xué)生核心素養(yǎng)螺旋式的提高后，第四學(xué)段人工智能教學(xué)的開展具有重要的意義。

基于上述分析，筆者遵循“科學(xué)原理和實(shí)踐應(yīng)用并重”的課程理念，圍繞“人工智能的三大技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)、算法、算力”等大概念，將浙教版九年級(jí)第三單元“智能預(yù)測(cè)”模塊拆分重組，進(jìn)行單元整體設(shè)計(jì)，并從學(xué)生實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，以“人工智能預(yù)測(cè)出行時(shí)間”為跨學(xué)科學(xué)習(xí)主題進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)踐，以期讓學(xué)生在解決真實(shí)、復(fù)雜問題的過程中掌握必備知識(shí)、形成關(guān)鍵能力、樹立正確的價(jià)值觀念。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，確定素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)

新課標(biāo)明確提出“以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”“從信息科技實(shí)踐應(yīng)用出發(fā)”，幫助學(xué)生理解基本概念和基本原理，建構(gòu)知識(shí)，提升問題解決能力；核心素養(yǎng)是課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。因此，如何選擇適合的項(xiàng)目主題，設(shè)置邏輯關(guān)聯(lián)的問題鏈，從而統(tǒng)領(lǐng)各分散課時(shí)的概念、滲透核心素養(yǎng)是關(guān)鍵。

1.選擇基于生活的項(xiàng)目主題

在《智能預(yù)測(cè)》章節(jié)，筆者選擇了“人工智能預(yù)測(cè)出行時(shí)間”這一單元主題，從學(xué)生已有生活體驗(yàn)的實(shí)際出發(fā)，界定和分析預(yù)測(cè)問題、收集和量化數(shù)據(jù)集、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練和預(yù)測(cè)，并在此過程中反思和優(yōu)化，同時(shí)，將“體會(huì)人工智能技術(shù)正在幫助人們以更便捷的方式投入學(xué)習(xí)、生活和工作中”“感受人工智能技術(shù)的發(fā)展給人類社會(huì)帶來的深刻影響”“了解人工智能的基本特征及所依賴的數(shù)據(jù)、算法、算力三大技術(shù)基礎(chǔ)”大概念融于其中。

2.確定素養(yǎng)導(dǎo)向的單元目標(biāo)

①利用智能導(dǎo)航軟件預(yù)測(cè)出行、查詢天氣，判斷導(dǎo)航有哪些預(yù)測(cè)功能，分析影響出行時(shí)間的因素；網(wǎng)絡(luò)查詢、學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)算法。（信息意識(shí)）

②從人類“先學(xué)習(xí)，后預(yù)測(cè)”的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)遷移到人工智能預(yù)測(cè)的步驟；根據(jù)影響因素收集數(shù)據(jù)，反思、整理數(shù)據(jù)集；利用算法模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（計(jì)算思維）

③利用智能導(dǎo)航軟件規(guī)劃出行、查詢天氣；利用在線協(xié)同軟件收集數(shù)據(jù)；運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)查詢預(yù)測(cè)算法。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）

④利用在線協(xié)同共享收集的數(shù)據(jù)；利用網(wǎng)絡(luò)查詢學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)算法時(shí)，了解不同算法的優(yōu)劣及適用場(chǎng)景；認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)對(duì)人類社會(huì)帶來的深刻影響、算法對(duì)人工智能的巨大意義。（信息社會(huì)責(zé)任）

層層遞進(jìn)，建構(gòu)“科”“技”并重的常態(tài)課堂

在“人工智能預(yù)測(cè)出行”主題教學(xué)中，筆者將人工智能預(yù)測(cè)的科學(xué)原理、人類與計(jì)算機(jī)的“思維方法”、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的處理過程和工程實(shí)現(xiàn)融于三個(gè)課時(shí)的子活動(dòng)中，旨在提升學(xué)生的知識(shí)遷移能力和學(xué)科思維水平，體現(xiàn)“科”與“技”并重。

1.第1課時(shí)：提出猜想，收集影響預(yù)測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)

活動(dòng)1：體驗(yàn)導(dǎo)航，探討影響出行時(shí)間的因素。各小組利用導(dǎo)航軟件規(guī)劃行程，思考智能導(dǎo)航軟件中有哪些預(yù)測(cè)功能，探討影響出行時(shí)間的因素，并將探討結(jié)果填寫在《項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》上。學(xué)生從日常出行的生活實(shí)際出發(fā)，利用數(shù)字化工具進(jìn)行路線及時(shí)間預(yù)測(cè)、天氣查詢，掌握預(yù)測(cè)的概念，并分析出影響出行時(shí)間預(yù)測(cè)的因素。

活動(dòng)2：類比學(xué)習(xí)，掌握人工智能預(yù)測(cè)步驟。以“人類基于經(jīng)驗(yàn)、閱歷、學(xué)識(shí)、智慧等途徑學(xué)習(xí)后預(yù)測(cè)出行時(shí)間”類比，人工智能則需要根據(jù)數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，才能做出預(yù)測(cè)。以人類“先學(xué)習(xí)，后預(yù)測(cè)”的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)做類比，引導(dǎo)學(xué)生掌握人工智能預(yù)測(cè)的步驟，降低學(xué)生對(duì)人工智能的認(rèn)知負(fù)荷，同時(shí)體驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)人工智能的重要意義。

活動(dòng)3：在線協(xié)同，收集多維出行時(shí)間數(shù)據(jù)。結(jié)合路程、交通工具、星期、時(shí)間、天氣狀況等影響因素，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查找、實(shí)地測(cè)試、導(dǎo)航歷史數(shù)據(jù)查詢等多種方式采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)填入小組在線協(xié)同表格。

2.第2課時(shí)：整理數(shù)據(jù)，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的模型

活動(dòng)1：反思改進(jìn)，量化數(shù)據(jù)集。對(duì)比小組采集的數(shù)據(jù)，討論得到格式規(guī)范統(tǒng)一、表述清晰準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)集更適合計(jì)算機(jī)處理，引導(dǎo)學(xué)生反思數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)確定好數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)范圍、采樣頻率等信息，并進(jìn)一步將數(shù)據(jù)集量化，體會(huì)數(shù)字化表示信息的優(yōu)勢(shì)。

活動(dòng)2：網(wǎng)絡(luò)查詢，了解預(yù)測(cè)算法。通過查找人工智能預(yù)測(cè)的算法，了解不同預(yù)測(cè)算法的優(yōu)劣及適用場(chǎng)景，記錄在《項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》上。通過自學(xué)和討論，學(xué)生可以感受到在不同場(chǎng)景下，人工智能技術(shù)對(duì)人類社會(huì)帶來的深刻影響，了解算法對(duì)人工智能的巨大意義。

活動(dòng)3：構(gòu)建模型，體驗(yàn)訓(xùn)練和預(yù)測(cè)。根據(jù)教師提供的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，學(xué)生體驗(yàn)數(shù)據(jù)集導(dǎo)入、模型訓(xùn)練、根據(jù)新數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)出行時(shí)間的過程，并觀看神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法視頻。通過過程體驗(yàn)、視頻學(xué)習(xí)、教師講解，學(xué)生初步了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測(cè)的原理。

3.第3課時(shí)：實(shí)驗(yàn)對(duì)比，體會(huì)人工智能的三大基礎(chǔ)

活動(dòng)1：數(shù)據(jù)質(zhì)量對(duì)比，感受數(shù)據(jù)的“燃料”作用。學(xué)生分別用各小組數(shù)據(jù)集、教師提供數(shù)據(jù)集（含18萬條數(shù)據(jù)記錄），運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型，將預(yù)測(cè)出行時(shí)間（Predict_time）、預(yù)測(cè)結(jié)果誤差（accuracy）記錄在《項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》上。在對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的分析中，學(xué)生感受到數(shù)據(jù)的精確度、多樣性、數(shù)量多少均會(huì)對(duì)人工智能模型的訓(xùn)練優(yōu)化和預(yù)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生巨大影響。

活動(dòng)2：算法模型對(duì)比，感受算法的“靈魂”作用。在數(shù)據(jù)集相同的情況下，學(xué)生分別體驗(yàn)教師提供的決策樹算法模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型的訓(xùn)練時(shí)間（Training_time）、迭代次數(shù)（Iteration）、損失值（loss），并記錄在《項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》上。通過對(duì)比不同算法模型，感受算法作為人工智能的“靈魂”是如何指導(dǎo)計(jì)算機(jī)訓(xùn)練數(shù)據(jù)；根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到優(yōu)秀的算法可以使人工智能更加高效、準(zhǔn)確、可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

活動(dòng)3：數(shù)據(jù)數(shù)量對(duì)比，感受算力的“引擎”作用。拆分教師提供的18萬條數(shù)據(jù)集，分別運(yùn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，記錄模型訓(xùn)練時(shí)間（Training_time），在數(shù)據(jù)對(duì)比中感受算力對(duì)人工智能模型訓(xùn)練的重要意義。

素養(yǎng)立意，落實(shí)真實(shí)全面的多維評(píng)價(jià)

新課標(biāo)指出，“要樹立正確的評(píng)價(jià)觀念，堅(jiān)持以評(píng)促教、以評(píng)促學(xué)，體現(xiàn)‘教-學(xué)-評(píng)’一致性?！备鶕?jù)前期制訂的單元素養(yǎng)目標(biāo)，真實(shí)、多元地制訂評(píng)價(jià)量化表（如下表），才能使過程性評(píng)價(jià)真實(shí)落地，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，提升師生關(guān)鍵能力。

1.立足素養(yǎng)，體現(xiàn)全面性

評(píng)價(jià)是學(xué)生學(xué)習(xí)過程的重要反饋，評(píng)價(jià)方案是學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度的有力回應(yīng)。評(píng)價(jià)量化表圍繞核心素養(yǎng)的四個(gè)維度，設(shè)置了不同達(dá)成情況的量化建議，全方位體現(xiàn)素養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成度。

2.關(guān)注過程，體現(xiàn)真實(shí)性

評(píng)價(jià)應(yīng)貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活，應(yīng)貫穿整個(gè)教學(xué)過程。評(píng)價(jià)量化表指向主題學(xué)習(xí)的每一個(gè)課程環(huán)節(jié)，讓過程性評(píng)價(jià)真實(shí)落地。

3.豐富主體，體現(xiàn)多元化

評(píng)價(jià)要尊重學(xué)生的主體地位，要引導(dǎo)多方共同參與評(píng)價(jià)過程。評(píng)價(jià)量化表采用學(xué)生自評(píng)、組內(nèi)互評(píng)、教師評(píng)價(jià)多種方式，評(píng)價(jià)主體更豐富，評(píng)價(jià)結(jié)果更客觀。

信息科技學(xué)科主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方式、處理過程和工程實(shí)現(xiàn)，具有“基礎(chǔ)性、實(shí)踐性、綜合性”的特征。筆者以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)真實(shí)情境，以素養(yǎng)引領(lǐng)課程目標(biāo)構(gòu)建的“科”“技”并重課堂踐行了“科學(xué)原理和實(shí)踐應(yīng)用并重”的課程理念，突出了學(xué)生的主體地位、充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性與積極性，加強(qiáng)了學(xué)習(xí)內(nèi)容與生活實(shí)際的聯(lián)系，有助于整體把握學(xué)習(xí)模塊的學(xué)科大概念，有效促進(jìn)單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成。學(xué)生得以真正地“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，并在解決真實(shí)、復(fù)雜問題的過程中掌握必備知識(shí)、形成關(guān)鍵能力。

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