基于項目式學習的人工智能創意課程活動設計

歐陽瑤瑤

【摘要】把握全球人工智能發展為中國教育帶來的新的發展契機，培養大批具有創新能力的高端人才，是中小學教育的重要使命。而項目式學習強調對學生實踐應用能力的培養，是培養學生創新能力的一種有效途徑。本文根據創新型人才的培養要求以及項目式學習的特點對小學人工智能創意課程進行了教學活動設計及教學實施，以“基于機器學習（ML5）KNN物體分類器的垃圾智能識別與分類系統應用實例”為例呈現活動設計及實施效果。通過本文，希望為項目式學習活動的具體實施提供參考，在實踐上對人工智能創意課程活動的設計具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】項目式學習;人工智能;活動設計;創新能力

2017年國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》明確提出：“為搶抓AI發展的重大戰略機遇，中國要大力加強AI勞動力培訓，廣泛開展AI科普活動，實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程。”隨即，中小學學校將人工智能引入信息技術課堂，推動課程建設，開展人工智能的普及和提升教育，為培養適應未來的創新型人才打下基礎。在實踐層面上，雖然中小學信息技術課程設有AI的相關知識模塊，但是課程設計和活動設計卻不夠合理，對學生創新能力培養成效不明顯。教育界對人工智能創意課程活動設計的討論越來越熱烈，試圖通過項目式學習活動培養學生創新能力。這也成為時下熱點。

一、項目式學習的內涵

項目式學習是以建構主義理論為指導，以實際問題情境為研究項目，以項目任務為驅動，以小組協作方式進行項目規劃及解決項目任務的學習方式。項目式學習為學生提供了動態、主動、多元的情境的體驗，鼓勵學生運用科學、技術、工程和數學等領域的知識和技能解決問題，呈現出崇尚問題化學習、提倡團隊式學習、崇尚聯系性學習、鼓勵創造性學習四大特征。項目式學習開展過程中，教師發揮組織、指導、監督、評價作用，引導學生學習一系列的知識和技能，并利用這些技能完成激活舊知、展示新知、應用新知、融會貫通等知識構建的過程，讓學生在“做中學”，兼顧知識掌握和能力培養。

常見的基于項目式的學習活動包括選定研究項目、分析研究項目、設計研究方案、實施研究方案、成果交流與評價五大環節。在選定研究項目環節，教師創設問題情境，吸引學生探索與學習的興趣，引導學生確定研究主題;在分析研究項目環節，教師引導學生分析如何運用所學知識與技能，分析項目需求的方案，最終確定研究策略，培養學生分析問題、解決問題的能力;在設計研究方案環節，教師指導學生以小組為單位進行項目方案的設計，讓學生體驗項目設計與研究的過程，培養學生邏輯思維能力和團隊協作能力;在實施研究方案環節，教師指導研究實施過程，讓學生在實施研究方案過程中培養創新精神和實踐能力;在成果交流與評價環節，教師組織學生以小組為單位總結匯報，并引導學生進行自評、他評和自我反思。項目式學習教學過程層層遞進，符合學生的認知規律，有利于培養學生實踐能力及提升學生的創新能力。

二、人工智能創意課程開展項目式學習實踐

（一）課程內容選擇

如何進行基于項目式的人工智能創意課程設計，筆者選擇佛山市小學信息技術五年級中“圖像識別技術”部分課程為例，來呈現項目式活動設計。

“圖像識別技術”的教學目標標不單是讓學生掌握圖像識別技術的理論知識，筆者更希望以設計“基于機器學習（ML5）KNN物體分類器的垃圾智能識別與分類系統應用實例”活動為載體，學生能夠在學習過程中始終圍繞項目主題，積極學習新的人工智能知識和技能，并主動選擇和利用最優化的學習資源，通過分析研究項目、設計研究方案、實施研究方案、成果交流與評價等環節， 獲得具體知識、形成信息素養、發展創新與實踐能力。

（二）活動開展過程

1.確定研究項目

教師活動：引出問題：播放視頻——垃圾分類環保歌.mp4，談話分析我國城市實行垃圾分類的標準，吸引學生的興趣，引出本節項目主題——基于機器學習（ML5）KNN物體分類器的智能垃圾識別與分類系統應用實例。

學生活動：學生通過視頻以及教師的引導，進入學習情境，明確項目主題。

2.分析研究項目

（1）教師活動：教師引導學生根據主題、垃圾分類標準、系統功能、編程等方面使用思維導圖設計垃圾智能識別與分類系統。

（2）學生活動：學生知曉垃圾分類的標準、應用系統通過機器視覺識別垃圾種類并且進行自動化分類的原理，思考如何實現機器視覺識別與自動化分類，確定解決本項目需要基于機器學習的視覺識別技術并結合邏輯判斷語句進行編程實現。

3.設計研究方案

（1）教師活動：播放微課講解概念與原理：機器學習（ML5）、模型訓練;通過教師演示，講解Mind+軟件中KNN物體分類器建立標簽及訓練模型的方法。（下轉第23版）（上接第22版）引導學生使用KNN物體分類器建立訓練模型，同時要求學生完成高準確度的識別模型訓練，提高垃圾識別的準確率，并自主將KNN物體分類器使用到研究項目的設計中，最后通過邏輯判斷語句的設計，實現垃圾智能識別與自動化分類。在此過程環節，教師處于引導的地位，為學生項目方案的設計提供知識與技能，引導學生使用新的知識與技能進行知識建構，讓學生在“做中學”，兼顧知識掌握和能力培養。

（2）學生活動：學生學習了關于機器學習（ML5）、模型訓練的概念與原理，使用KNN物體分類器建立標簽及訓練模型的方法，建立垃圾智能識別模型，并在此過程中，掌握新課內容——機器學習的含義與應用。學生以小組為單位進行模型訓練，分析如何提高模型的識別準確率，對訓練模型方案進行優化，并且結合訓練模型的結果對自動化分類的邏輯判斷語句進行分析，最后討論得到最終的項目方案。

4.實施研究方案

（1）教師活動：教師巡堂觀察，引導學生以小組為單位，進行合理的分工和合作;鼓勵學生圍繞項目主題，自主探究，結合設計方案和實際情況實現編程。