【摘 要】在中小學(xué)開展人工智能課程已成為時(shí)代共識(shí)。然而，人工智能課程中仍存在“重技術(shù)輕素養(yǎng)、重局部輕系統(tǒng)”等問題，而大單元是指向教學(xué)整體性和素養(yǎng)培養(yǎng)的有效方法。為進(jìn)一步挖掘人工智能大單元課程發(fā)現(xiàn)美創(chuàng)造美的育人價(jià)值，本研究設(shè)計(jì)了向美而行的人工智能大單元“AI·美”課程，并開展了為期2個(gè)月的教學(xué)實(shí)踐。結(jié)果表明，課程能夠有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的整體性把握，能夠有效促進(jìn)學(xué)生的計(jì)算思維等核心素養(yǎng)的發(fā)展，學(xué)生對(duì)課程的整體學(xué)習(xí)興趣較高。

【關(guān)鍵詞】人工智能；大單元；向美而行

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2024）011-066-03

本研究基于大單元教學(xué)，結(jié)合以美育人的理念，開展了人工智能向美而行的課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐，以探索人工智能課程育人的有效實(shí)踐路徑。

人工智能課程實(shí)施現(xiàn)狀及問題

開展中小學(xué)人工智能教育已成為各國教育的重要戰(zhàn)略布局。美國麻省理工學(xué)院提供了面向中小學(xué)的“Make Your Doodle Bot！”人工智能課程[1]。芬蘭則將編程作為人工智能教育的主要推進(jìn)內(nèi)容，并正式納入中小學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中[2]。新加坡發(fā)起了中小學(xué)“AI for Kids（AI4K?）工作坊”[3]，提升學(xué)生對(duì)人工智能的興趣。我國也積極推進(jìn)人工智能進(jìn)入中小學(xué)課堂，各地紛紛開展中小學(xué)人工智能課程[4]。

在課程內(nèi)容上，聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）通過調(diào)研全球193個(gè)教科文組織會(huì)員國和1000 多個(gè)私營組織的人工智能課程，總結(jié)了各國的人工智能課程內(nèi)容：包含AI基礎(chǔ)（占比約41%）、AI 使用與開發(fā)（占比約 25%）和倫理與社會(huì)影響（占比約 24%）三個(gè)方面[5]。我國教育部教育裝備研究與發(fā)展中心聯(lián)合北京、武漢、廣州、西安、深圳五地教科院（所）和教育裝備部門，共同構(gòu)建了“知識(shí)積淀”“應(yīng)用體驗(yàn)”和“實(shí)踐創(chuàng)新”三大課程模塊[6]。

在課程實(shí)踐上，劉江岳等設(shè)計(jì)了面向高中生的人工智能校本課程，包含基礎(chǔ)章節(jié)和進(jìn)階章節(jié)，并對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算思維的效果驗(yàn)證，有效提升了學(xué)生的計(jì)算思維能力[7]。張學(xué)軍等構(gòu)建了高中信息技術(shù)課程的人工智能應(yīng)用設(shè)計(jì)框架，并開發(fā)了人工智能應(yīng)用項(xiàng)目案例資源[8]。

然而，當(dāng)前中小學(xué)人工智能課程的開展仍面臨困境。一方面，人工智能的教學(xué)呈現(xiàn)明顯的知識(shí)碎片化現(xiàn)象[9]，過于重視局部知識(shí)點(diǎn)，忽視全局視角的引導(dǎo)。另一方面，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，人工智能課程容易就技術(shù)而講技術(shù)，忽視課程的素養(yǎng)培養(yǎng)和育人價(jià)值的挖掘，使得學(xué)生對(duì)人工智能課程的興趣逐漸降低。

大單元教學(xué)提供了系統(tǒng)性和素養(yǎng)培養(yǎng)的思路

一般來說，教學(xué)單元分為兩種類型：一種是依據(jù)兒童思維結(jié)構(gòu)和過程組織的經(jīng)驗(yàn)單元；另一種是依據(jù)學(xué)科知識(shí)的邏輯體系建構(gòu)的教材單元[10]。傳統(tǒng)的教學(xué)單元常以知識(shí)點(diǎn)線性開展，課時(shí)被細(xì)分，學(xué)生的結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系難以建立。大單元以反映學(xué)科本質(zhì)特征的概念為支點(diǎn)[11]，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，將分散的知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化整合，或是對(duì)原有教學(xué)單元的二次加工，或是完全打破與重組，從而形成學(xué)習(xí)單元。其中，學(xué)習(xí)單元是由素養(yǎng)目標(biāo)、課時(shí)、情境、任務(wù)、知識(shí)點(diǎn)等要素按照某種需求和規(guī)范組織起來的有結(jié)構(gòu)的整體[12]。

可以看出，一方面，大單元教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維；另一方面，大單元教學(xué)重視落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)的達(dá)成。王鑒指出，大單元教學(xué)的價(jià)值促成了學(xué)生對(duì)內(nèi)容的深度理解，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生活的高通路遷移，從而培養(yǎng)專家思維[13]。

已有研究對(duì)人工智能大單元設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索。李艷等從大概念視角設(shè)計(jì)了“人工智能基礎(chǔ)”大單元[14]，何聚厚等則設(shè)計(jì)了指向?qū)W科大概念的“人臉識(shí)別”大單元[15]。然而，當(dāng)前人工智能大單元教學(xué)主要聚焦人工智能技術(shù)本身開展，缺乏科技與人文的融合，使得人工智能課程大多成為技術(shù)講解類課程，缺乏對(duì)課程育人價(jià)值的進(jìn)一步挖掘和美的滲透。

人工智能向美而行的單元設(shè)計(jì)與實(shí)踐

1.單元設(shè)計(jì)

（1）單元主題。本單元圍繞“用人工智能發(fā)現(xiàn)美”，讓學(xué)生真實(shí)感受運(yùn)用人工智能發(fā)現(xiàn)身邊美的價(jià)值，落實(shí)科技育人的課程理念，實(shí)現(xiàn)融合科技與人文的雙向奔赴。

（2）單元結(jié)構(gòu)?；谏鲜鲋黝}，本單元對(duì)原有教材中的必修1第六章、選修4第三章和第五章的相關(guān)內(nèi)容，按照核心素養(yǎng)導(dǎo)向進(jìn)行了重構(gòu)，形成了“AI·美”大單元。

（3）單元學(xué)情。在已備知識(shí)方面，高一學(xué)生在生活中已接觸了許多人工智能產(chǎn)品，對(duì)人工智能有一定的生活經(jīng)驗(yàn)。在已有素養(yǎng)方面，教師可根據(jù)學(xué)生的合作意識(shí)和合作能力，引領(lǐng)學(xué)生以小組為單位開展深度探究。在表達(dá)上，高一學(xué)生具備較強(qiáng)的表達(dá)能力，教師可以給予學(xué)生充分表達(dá)的機(jī)會(huì)。在知識(shí)難點(diǎn)上，學(xué)生對(duì)人工智能的理解容易停留在感知層面，教師要設(shè)置具有生活情境的真問題，引導(dǎo)學(xué)生深入探究人工智能的實(shí)現(xiàn)過程。在思維難點(diǎn)上，學(xué)生對(duì)人工智能背后實(shí)現(xiàn)原理的理解存在一定困難，教師要盡量借助可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將過程可視化，化抽象為具體，讓學(xué)生在具體體驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)深度理解。

（4）單元目標(biāo)。一是能說出人工智能的本質(zhì)特征，培養(yǎng)信息意識(shí)。二是能說出用哪些經(jīng)典的人工智能（如機(jī)器學(xué)習(xí)中的CNN、RNN、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）來發(fā)現(xiàn)身邊的美。三是能說出用人工智能發(fā)現(xiàn)自然美（圖像分類CNN）、詩歌美（RNN）、音樂美（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的基本步驟，培養(yǎng)計(jì)算思維。四是能基于數(shù)字平臺(tái)運(yùn)用人工智能進(jìn)行美的作品的創(chuàng)造，能基于數(shù)字平臺(tái)開展自主學(xué)習(xí)與協(xié)作探究，進(jìn)行數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。五是能辯證分析人工智能帶來的影響，增強(qiáng)對(duì)美的感受和認(rèn)知。六是樹立運(yùn)用人工智能要遵守法律法規(guī)和道德規(guī)范的意識(shí)和責(zé)任，承擔(dān)信息社會(huì)責(zé)任。

（5）單元評(píng)價(jià)。本單元注重對(duì)“教—學(xué)—評(píng)”一體化的設(shè)計(jì)。首先，圍繞評(píng)價(jià)目標(biāo)一條線，所有評(píng)價(jià)均指向目標(biāo)達(dá)成的情況。其次，評(píng)價(jià)的內(nèi)容是多維的，聚焦核心素養(yǎng)。再次，評(píng)價(jià)的主體是多元的，既有學(xué)生個(gè)人自評(píng)，也有同伴互評(píng)、教師評(píng)價(jià)。最后，評(píng)價(jià)的過程注重?cái)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)的即時(shí)收集與反饋，從而根據(jù)學(xué)生的掌握情況適時(shí)調(diào)整教學(xué)，實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)。

（6）單元任務(wù)群與問題鏈。本單元圍繞“大單元—任務(wù)群—問題鏈”邏輯線，在設(shè)計(jì)理念上，以“教師主導(dǎo)—學(xué)生主體”、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的“精準(zhǔn)教學(xué)”、“教—學(xué)—評(píng)”一體化設(shè)計(jì)為指導(dǎo)進(jìn)行大單元設(shè)計(jì)，每個(gè)課時(shí)均有對(duì)應(yīng)的任務(wù)群和問題鏈。為滿足各課時(shí)中的任務(wù)實(shí)施，本單元借助了類型多樣的數(shù)字化平臺(tái)與資源，推動(dòng)學(xué)生在信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新以及信息社會(huì)責(zé)任各維度上的學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。

2.單元實(shí)踐

（1）實(shí)踐對(duì)象及安排。本單元面向高一年級(jí)學(xué)生教授，授課時(shí)長為7節(jié)。

（2）研究問題。本單元主要聚焦如下問題：“AI·美”單元的實(shí)施，能否促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)性了解人工智能；能否促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)中計(jì)算思維的發(fā)展；能否吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（3）測(cè)量工具。為測(cè)量學(xué)生的計(jì)算思維，本研究采用Korkmaz等開發(fā)的CTLS量表，華東師范大學(xué)白雪梅團(tuán)隊(duì)對(duì)該量表進(jìn)行了漢化，對(duì)量表信效度進(jìn)行了較為全面的檢驗(yàn)，驗(yàn)證了其在高中階段的適用性，該量表的Cronbach's α系數(shù)為0.83[16]，具備較高的信度。為測(cè)量學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，本研究采用Hwang等開發(fā)的五點(diǎn)量表[17]，該量表的Cronbach's α系數(shù)為0.88，具有較高的信度。

（4）實(shí)踐效果。一是學(xué)生系統(tǒng)性掌握情況。數(shù)據(jù)顯示，在“AI·美”大單元下，學(xué)生的系統(tǒng)性掌握均值為4.04，標(biāo)準(zhǔn)差為0.77，說明學(xué)生能夠較為系統(tǒng)地掌握單元的知識(shí)結(jié)構(gòu)。其中，學(xué)生在“更全面系統(tǒng)地了解了人工智能創(chuàng)造作品（如圖片、詩歌、音樂）背后的基本過程”和“更全面系統(tǒng)地了解了許多生活中的人工智能應(yīng)用案例”中的表現(xiàn)相對(duì)較好，說明通過單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)知識(shí)有更系統(tǒng)的了解。而在“掌握了許多AI創(chuàng)作工具，可以應(yīng)用到解決生活中其他的問題中”維度上的得分相對(duì)較弱，這也說明在掌握AI創(chuàng)作工具上，還需要進(jìn)一步練習(xí)。二是學(xué)生計(jì)算思維素養(yǎng)得到發(fā)展。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)“AI·美”單元，在計(jì)算思維維度的平均分為3.59，相比于課前的計(jì)算思維平均分（3.25）有較大的發(fā)展。當(dāng)然，如果要進(jìn)一步判斷是否存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著性差異，還需要通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行交叉驗(yàn)證，這也是本研究后續(xù)進(jìn)一步完善的方向。三是學(xué)生對(duì)大單元的學(xué)習(xí)興趣明顯提升。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在“AI·美”大單元下，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣均值為3.928，標(biāo)準(zhǔn)差為0.793，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣總體較高。其中各個(gè)維度的滿意度如表1所示?？梢钥闯?，學(xué)生認(rèn)為“AI·美”的課程內(nèi)容是有趣的，是有吸引力的。學(xué)生也表達(dá)了期待繼續(xù)上相關(guān)系列課程的想法，這說明“AI·美”課程為學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)人工智能奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)然，調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，課程中的提問設(shè)計(jì)需進(jìn)一步增強(qiáng)趣味性。

結(jié) 語

本研究面向人工智能課程中存在的“重技術(shù)輕素養(yǎng)、重局部輕系統(tǒng)”問題，嘗試基于大單元，結(jié)合以美育人的理念，設(shè)計(jì)了人工智能向美而行的課程，并進(jìn)行了實(shí)踐。結(jié)果表明，該課程能夠幫助學(xué)生系統(tǒng)地掌握單元的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并促進(jìn)學(xué)生在計(jì)算思維等核心素養(yǎng)方面的發(fā)展。當(dāng)然，調(diào)查也發(fā)現(xiàn)課程中的問題設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步增強(qiáng)趣味性。本課程是科技與人文融合的初步嘗試，未來，該課程還需進(jìn)一步深入探索，以總結(jié)形成有效的人工智能大單元教學(xué)模式，并組織開展對(duì)照實(shí)驗(yàn)，以更全面客觀地驗(yàn)證模式的有效性。

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