基于“思維迭代”的人工智能教學(xué)實(shí)踐

王麗麗

《初識(shí)人工智能》是人工智能模塊的起始課，其目的是讓學(xué)生：通過(guò)學(xué)習(xí)了解人工智能的基本概念和發(fā)展歷程，感受計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展對(duì)生活的影響;同時(shí)通過(guò)對(duì)人工智能代表性情境的體驗(yàn)，感知人工智能技術(shù)的特點(diǎn);結(jié)合開(kāi)源硬件，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人工智能系統(tǒng);了解智能應(yīng)用對(duì)未來(lái)生活帶來(lái)的影響，辯證看待人工智能技術(shù)。

● 學(xué)科核心素養(yǎng)分析

信息技術(shù)核心素養(yǎng)要求學(xué)生：關(guān)注生活中的信息技術(shù)現(xiàn)象，尋求恰當(dāng)?shù)姆绞将@取與處理信息，具備信息意識(shí);借助硬件編程，體驗(yàn)“人臉識(shí)別”簡(jiǎn)單人工智能實(shí)現(xiàn)過(guò)程，培養(yǎng)計(jì)算思維;通過(guò)對(duì)人工智能的分類，感知人工智能給社會(huì)和生活帶來(lái)的影響，客觀對(duì)待人工智能，形成AI時(shí)代信息社會(huì)責(zé)任。

● 人工智能教學(xué)的落地

為了更好地在本課中落實(shí)信息技術(shù)核心素養(yǎng)，筆者備課時(shí)圍繞學(xué)生的體驗(yàn)、理解、決策等認(rèn)知活動(dòng)，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)將教學(xué)內(nèi)容抽象成一個(gè)個(gè)具體的問(wèn)題，針對(duì)性地組織教學(xué)活動(dòng)。本課的核心教學(xué)問(wèn)題及對(duì)應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)如下：

人工智能的概念——對(duì)照人腦的思考活動(dòng)，類比總結(jié)。

人工智能的發(fā)展史——呈現(xiàn)計(jì)算機(jī)發(fā)展與人工智能的發(fā)展史，分析歸納。

人工智能的本質(zhì)計(jì)算——學(xué)生體驗(yàn)人工智能現(xiàn)象。

人工智能的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)——硬件模擬人臉識(shí)別。

人工智能的理智思考——辯論人工智能的利與弊。

通過(guò)談話法、演繹法、體驗(yàn)法等教學(xué)方法層層推進(jìn)，以核心教學(xué)問(wèn)題為明線，以“身邊的AI→AI的歷史→AI的現(xiàn)在→AI的未來(lái)”為暗線，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)身邊的人工智能，初步了解人工智能的本質(zhì)，體驗(yàn)人工智能為生活帶來(lái)的便捷與樂(lè)趣，思考人工智能的未來(lái)。

活動(dòng)一：猜年齡

首先，讓學(xué)生猜一猜老師的年齡，說(shuō)一說(shuō)是根據(jù)什么猜出來(lái)的。接下來(lái)，利用微信中的“百度AI體驗(yàn)中心”小程序中的人臉與人體識(shí)別，識(shí)別老師的年齡。然后，分析人類猜年齡的過(guò)程：輸入（眼睛）—大腦思考—輸出（嘴巴）;分析機(jī)器猜年齡的過(guò)程：輸入（圖像）—機(jī)器算法—輸出（文字）。

將機(jī)器思考的模式和人類的思考方式進(jìn)行類比，讓學(xué)生總結(jié)什么是人工智能，緊接著通過(guò)視頻來(lái)呈現(xiàn)人工智能。激活經(jīng)驗(yàn)，列舉生活中的人工智能情境：刷臉進(jìn)站、刷臉支付、刷臉取快遞等。

教學(xué)分析：人工智能是研究、開(kāi)發(fā)，用于模擬、延伸、擴(kuò)展人類智能的理論、方法及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)技術(shù)科學(xué)。然而落實(shí)到教學(xué)中，用深?yuàn)W的文字去闡述給學(xué)生聽(tīng)，似乎有點(diǎn)難。通過(guò)類比人腦的思考活動(dòng)，形象地引入人工智能的基本概念。通過(guò)視頻，把抽象的信息呈現(xiàn)出來(lái)，變成和學(xué)生生活相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，喚醒信息意識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

活動(dòng)二：初體驗(yàn)

（1）揭秘圖靈測(cè)試

教師組織學(xué)生討論并設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證計(jì)算機(jī)有智能，交流匯報(bào)。

出示圖靈測(cè)試：圖靈說(shuō)設(shè)置兩個(gè)黑房間，一個(gè)里面放機(jī)器，一個(gè)里面放人。你用鍵盤(pán)和兩個(gè)房間對(duì)話，隨便聊什么，如果你分不出來(lái)哪個(gè)房間是人，哪個(gè)房間是機(jī)器，就說(shuō)明這臺(tái)機(jī)器通過(guò)了圖靈測(cè)試，具有了智能。（語(yǔ)音朗讀）

緊接著介紹計(jì)算機(jī)之父、人工智能之父——圖靈。

（2）對(duì)比發(fā)展史，引發(fā)遷移

請(qǐng)學(xué)生帶著問(wèn)題閱讀課本：①人工智能概念何時(shí)何地提出？②中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)何時(shí)何地成立？③哪一年中國(guó)把智能控制和智能自動(dòng)化等項(xiàng)目列入國(guó)家科技攀登計(jì)劃？④哪一年人工智能成為中國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略？然后，通過(guò)動(dòng)畫(huà)對(duì)比計(jì)算機(jī)的發(fā)展史和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，學(xué)生小組討論，交流匯報(bào)，對(duì)比認(rèn)知，更好地理解人工智能發(fā)展史，進(jìn)一步明確人工智能發(fā)展與計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的關(guān)系。

（3）體驗(yàn)程序，發(fā)現(xiàn)本質(zhì)

學(xué)生分組利用iPad體驗(yàn)人工智能情境：訊飛語(yǔ)記、百度AI體驗(yàn)小程序、形色APP。每組一臺(tái)iPad，根據(jù)活動(dòng)單上的提示，進(jìn)行體驗(yàn)。體驗(yàn)結(jié)束后，每組派代表匯報(bào)結(jié)果。（思考問(wèn)題：訊飛語(yǔ)記APP是如何把我們的語(yǔ)音轉(zhuǎn)換成文字的;百度AI體驗(yàn)小程序是如何知道你的年齡和表情的;形色APP是如何識(shí)別出植物的）

學(xué)生體驗(yàn)結(jié)束后，以小組為單位進(jìn)行匯報(bào)。教師引領(lǐng)學(xué)生探索各種人工智能情境背后的原理。

學(xué)生通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別體驗(yàn)及匯報(bào)，理解人工智能的工作過(guò)程及原理。人臉識(shí)別小程序再次印證人工智能需要大數(shù)據(jù)作為支撐。形色APP能不斷學(xué)習(xí)，擴(kuò)大數(shù)據(jù)庫(kù)，修正自己的錯(cuò)誤。學(xué)生明白人工智能之所以功能強(qiáng)大，是因?yàn)槠浔澈笥袕?qiáng)大的計(jì)算能力以及海量的數(shù)據(jù)做支撐。

（4）編程演示，模擬建構(gòu)

教師展示人工智能編程過(guò)程，讓學(xué)生更深入了解人工智能的工作過(guò)程。計(jì)算機(jī)通過(guò)攝像頭獲得人臉圖像，通過(guò)程序計(jì)算并以語(yǔ)音形式輸出人臉的顏值、性別、表情，在軟件平臺(tái)的支持下，學(xué)生親歷人工智能的實(shí)現(xiàn)。

教學(xué)分析：體驗(yàn)伊始，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明機(jī)器有智能。與圖靈測(cè)試進(jìn)行比較，進(jìn)一步詮釋了人工智能之父圖靈理念的前瞻性。人工智能的發(fā)展離不開(kāi)計(jì)算機(jī)的發(fā)展，通過(guò)時(shí)間線的對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生自主建立兩者之間的關(guān)系。分組體驗(yàn)人工智能的代表性情境，探究現(xiàn)象背后的原因，理解人工智能的本質(zhì)是計(jì)算、基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)。編程演示，一方面帶著學(xué)生體驗(yàn)人工智能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，消除對(duì)人工智能的陌生感，另一方面感受算法之美，為后面的表情識(shí)別做鋪墊。

活動(dòng)三：人工智能再判斷

討論交流人工智能給生活帶來(lái)的利與弊。

教師提出問(wèn)題：人工智能即將取代哪些人的工作，為什么？（學(xué)生討論）。

教師總結(jié)：目前人工智能只能解決簡(jiǎn)單重復(fù)不需要思考的問(wèn)題。人工智能不能實(shí)現(xiàn)真正的推理和解決問(wèn)題，沒(méi)有自主意識(shí)，我們還處在弱人工智能時(shí)代。未來(lái)，隨著腦科學(xué)的突破，我們有可能迎來(lái)強(qiáng)人工智能時(shí)代，那時(shí)的機(jī)器有知覺(jué)，有自我意識(shí)，可以獨(dú)立思考問(wèn)題并制訂最優(yōu)方案。

教學(xué)分析：人工智能在給現(xiàn)實(shí)生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也給某些行業(yè)帶來(lái)了沖擊。通過(guò)兩個(gè)問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生深入的思考，辨證地看待人工智能給生活帶來(lái)的影響。針對(duì)學(xué)生的顧慮給予正面的引導(dǎo)，樹(shù)立正確的價(jià)值觀。

● 教學(xué)反思

人工智能是一項(xiàng)多領(lǐng)域交叉學(xué)科，工作室在推動(dòng)課程落地的實(shí)踐中，提供了豐富的材料，讓筆者在解讀本課課題時(shí)，明確了教什么內(nèi)容，教到什么程度。在以上的案例中，筆者降低了認(rèn)知難度，提升了學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)習(xí)力，教學(xué)取得了良好的效果。