人工智能教育在信息技術課程中的初步探索

陶楊

摘 要：2017年國務院頒布《新一代人工智能發展規劃》，其中明確提出要實施全民智能教育項目，要求在中小學階段設置人工智能相關課程，開設編程教育，進行多種形式的人工智能科普創作。而中學信息技術基礎課程承擔著重要職責，在這一背景下，本文結合當前中學信息技術學科的教學現狀，立足中學生的身心發展實際，首先分析了中學信息技術課程中教學人工智能教育的意義，分析了當前中學信息技術教學中人工智能的教育現狀，進而提出了新的教學策略，以期更好地推進教學，順應時代發展潮流，促進中學生的信息素養提升，落實立德樹人的教育目標。

關鍵詞：人工智能;課程教學;中學

根據《新一代人工智能發展規劃》指示，在中學信息技術教學中推進人工智能教育，迎合國家發展戰略與教育教學的前沿趨勢是當前信息技術學科的重要教學方向。當前，在信息化時代，人工智能早已逐步滲透到人們學習、生活和工作中，人工智能教育迫在眉睫。對于正處在義務教育起始階段的中學生來說，抓住教學的黃金時期，培養學生的計算機思維、創新思維等顯得至為關鍵[1]。基于此，本文結合文獻綜述法與實踐調查法，探討了如何在初中信息技術教學中開展人工智能教育。

一、信息技術課程開展人工智能教育的意義

人工智能的研究主要是如何借助計算機模仿人腦的相關思維活動，如學習、思考等，以此解決復雜問題。同樣人工智能也是一門覆蓋面較廣的學科，如數學、信息技術、心理學等。相較于一般的信息處理技術，人工智能的優勢主要體現在處理手段與策略等環節中。

一般來說，現實生活中的問題可以主要劃分為以下三個層次：其一，求解類或公式化問題;其二，很難用確定的形式描述，往往需要通過經驗求解;其三，是介于以上兩者之間。絕大部分信息技術課程的內容，如程序設計、數據庫、多媒體技術、網絡技術等，多屬于求解類的結構化教學內容，而人工智能技術則是主要根據經驗求解的問題。在信息技術學科中引入人工智能教育，學生既能在知識的習得中認識人工智能，感受人工智能的應用，了解其問題解決的過程，培養學生的計算思維，提升其信息素養。

人工智能作為一項前沿的信息技術，通過在知識學習、技術掌握中，學生對信息技術的發展有了更深刻的認知，有助于激發其學習斗志，開闊學生的學習視野，調動他們的學習積極性。在前沿性知識與技術的學習中，學生對后續的學習以及自身的發展都有了更清晰的目標，為他們未來的成長發展奠定良好的基礎[2]。

二、人工智能教育在中學信息技術課程教學中存在的問題

（一）師生重視程度不夠

在很多教師潛意識里，他們將人工智能教育簡單地等同于復雜的技術，并認為它對學生的學習起到的作用不大，因此，不會去主動選擇學習更專業的內容開展教學，僅僅是為了完成教學目的。由此導致學生在學習過程中，面對復雜、深奧的人工智能理論等知識，很容易產生畏難情緒，久而久之，學生的厭學情緒也變得越來越大，教學效果越來越差。

（二）教學環境支撐力度不夠

反觀國外在人工智能教育中投入力度較大，且有專業的人才作支撐，部分高校、企業、科研機構等也給學生的學習提供場所與環境的支撐。相比較而言，我國在應試教育的長期影響下，素質教育難落地，因此，作為非重點考試內容的人工智能教育也只能被學校和教師束之高閣。大環境如此，人工智能教育較難在中學推進。

（三）傳統教學方式占主導

由于教材的現實，書本中多涉及的是理論化的內容，而很多學生之前沒有接觸過這些內容，在學習過程中難免吃力，缺乏相應的實踐活動輔助，學生也很難深入理解。加之，絕大部分信息技術課程教師教學能力有限，不是專業的人工智能人員，在開展教學時也只是照本宣科，以傳統教學模式講解理論化的內容，重理論輕實踐，異化了人工智能教育的目標。

（四）絕大部分教師教學能力不足

考慮到人工智能專業作為一個新興的專業，很多學校還未開設人工智能專業相關的課程，人工智能發展也沒有相關單位的支持。而且，人工智能領域技術人員工資普遍偏高，相比較而言，愿意到校任教的人才少之又少，極大影響了人工智能課程的開展。可以說，當前，制約初中信息技術學科人工智能教育最重要的因素在于專業教師資源的短缺。

三、人工智能教育在中學信息技術課程中的具體教學策略

（一）滲透實際應用場景，激發學生興趣

人工智能技術的最終價值訴求在于為人們的生產、生活服務，因此，它最終還是要落地到現實生活中，緊密貼合人們的生產、生活。從這一視角出發，我們在教學時，可以從人工智能技術在現實生活中的具體運用為主，讓學生體會到該技術帶來的便利，了解其中的專業內容，吸引學生的學習欲望。

例如：在教學中，我們可以為學生講解手機的演變，傳呼機、大哥大到現在的智能手機，從密碼解鎖發展到現在指紋、刷臉解鎖等;以前人們出門買東西都要帶現金或者刷卡，現在一部手機出示二維碼即可，對于這些場景，學生并不陌生，他們在思考中也能聯想到人工智能給生活帶來的便捷。再比如：我們在逛淘寶時會發現它推送的東西好像都是我想買的，美團和餓了么等APP也會根據你的消費記錄推送你最想吃的，打滴滴總能給你就近匹配司機……這樣一來，我們將生活場景直接推送到課堂中，簡化知識難度，讓學生在身邊實例中感受人工智能的應用，了解專業知識的具體運用，以此調動學生深入學習的熱情和積極性。

（二）搭建理論聯系實際的橋梁，幫助學生加深理解

中學階段的人工智能教育主要從理論知識教學與實踐能力培養兩方面推進。但是不同于信息技術學科中的其他專業內容，人工智能教育的理論深度對學生而言，在理解上有很大困難。我們在教學時，要盡量從中學學情出發，讓學生可以在固有知識的基礎上建構新知識。特別是在面對一些抽象的教學內容面前，我們要從實踐中找到其對應的模型，設計理論指導實踐、實踐深化理論的教學活動，讓學生在實踐活動中學習專業知識、掌握技能。

例如：我們在聯系現實生活中的AI類產品時，將抽象的人工智能概念讓學生在產品的觀察、體驗、小組合作與概括等環節中，獲得概念性的知識。如在“植物識別”的教學中，其中“利用人工智能識別圖像”是該章節的教學難點，對此，我設計了三個體驗活動：其一，學生調整代碼塊識別植物;其二，根據接口反饋內容，明確信息的提取方法;其三，小組討論，分享植物識別的過程。之后，將活動繼續延伸至圖像識別的一般過程，加深學生的理解。對于實踐教學中的一些專業名詞，如圖像識別運算、函數、置信度等，由于學生的抽象思維能力有限，也很難理解。這時，我們可以通過類比的方式，為學生創設具體的情境，讓他們在實踐與體驗中獲得知識。如我們可以將Python的變量與儲蓄罐進行對比，讓學生觀察存錢的這一過程，分析這一過程中錢幣的變化以及產生這種現象的原因。在類比中，幫助學生感受量的變化及作用，更好地應用變量實現程序功能。

（三）聚焦教學過程，培養學生的高階思維

人工智能教育的最主要目的在于，讓學生感受先進技術給生活帶來的積極影響，并能將所學應用到現實生活中去。基于當前的人工智能教學而言，我們大體可以按照以下流程推進：創設情境、觀察體驗、需求分析、程序設計、總結交流。在每次活動開始時，我們要帶領學生體驗人工智能相關產品的使用等，讓他們用自己的語言描述出來。更為關鍵的是，在這一過程中，我們還可以與學生共同就產品的程序功能等互相交流，了解學生的想法，立足問題設計目標。一旦目標確定，我們可以組織學生根據問題展開討論，盡量將復雜的問題簡單拆分成一個個小的活動，確立活動思路。在之后的一系列自主活動、探究活動中，鼓勵學生將自己的想法付諸實踐，培養學生的動手能力，實現深度教學，引導學生的思維由低階逐步向高階過渡。

例如：在“植物識別”的教學中，我們可以從卡通人物切入，增加AI功能情境話題，引發學生討論;之后，明確本課教學目標，通過植物識別，實現Python程序。借助aip庫，學生可以實現植物識別的過程，通過對代碼內容的修改和調試，觀察輸入、輸出內容間的關系，實現植物匹配的目標。在教學最后，通過對卡通人物的AI功能暢想討論圖像識別的原理。在階段性教學的推進過程中，以問題的逐步深化培養學生的高階思維，有意加強對學生思維能力的培養與訓練，提高學生的高階思維。

（四）關注人工智能育人功能，培養學生的信息道德

在實際教學中，我們還要注意，人工智能教學必須要符合初中生的認知規律、接受能力等，在學生接受能力范圍內提升知識難度，盡量選取那些既有利于學生學習又有利于提高其學習能力的知識內容，以其專業性、趣味性調動他們對人工智能學習的興趣和積極性。此外，更為關鍵的是，人工智能技術作為一門先進性、前沿性的教學課程，我們在知識講解與能力培養之余，也要關注到人工智能教育教學中的育人因素，培養學生的信息素養，推動教學由“知識本位”“能力本位”向“素質本位”過渡，實現學科教學與立德樹人的雙重教育目標[3]。

（五）提升教師專業能力，打造專業型教師隊伍

教師專業能力的高低不僅影響著教學的有序開展，更直接影響著學生對知識的吸收。作為教學活動的主導者，教師也要做到與時俱進，承擔起自身的職責，提升自身的專業能力，推進人工智能教育進初中校園。然而現實情況是，初中階段專業的人工智能教師稀缺。這就要求學校要在教師能力培養上下功夫，首先，開展人工智能的培訓課，以此提升教師的專業能力，使其更游刃有余地開展課程教學;其次，加快人工智能課程教學改革，以培養專業型教師為主;最后，教師個人也要積極審視教育教學的大環境，積極與其他各學科教師進行經驗交流，提升個人綜合能力等，參與地區、國家級相關課題，豐富理論知識，以期在不斷學習中提升自身的綜合能力。

結束語

綜上所述，人工智能教育是大勢所趨，在初中信息技術學科中滲透人工智能教育，培養學生的計算思維，迎合時代發展潮流，這是教育教學的價值訴求，也是當前社會對人才提出的新要求。基于此，作為教師，我們更要站在時代發展與教育教學的前沿，提升自身專業能力，創新教育方法，讓學生在學習中有所得、與時代共同進步。未來已來，人工智能教育任重道遠。

參考文獻

[1]顧佳敏.人工智能教育在初中信息科技課程中的初步探索[J].復印報刊資料：中學政治及其他學科教與學，2019（12）：27-29.

[2]余暉.人工智能教育在初中信息科技課程中的初步討論[J].數碼設計（下），2019，000（012）：114-115.

[3]王大武，張權科.淺談中學信息技術課程中人工智能的教學[J].實驗教學與儀器，2008，025（002）：42，48.