基于真實情境問題的人工智能項目活動設計與實施

邢寅玲

摘要：目前，雖然“人工智能初步”已成為高中信息技術課程選擇性必修模塊4的內容，但在實際教學過程中因為課時、師資以及配套軟硬件資源有限等因素，學生未能進行該內容的統一學習。因此，筆者以校本課程開發為契機，結合學校人工智能實驗室設備，開展針對高一和高二學生的人工智能項目活動，圍繞學生在日常學習、生活中的真實場景，設計與實施了一些人工智能項目。本文結合設計與制作校園建筑文化智能識別講解小助手案例，介紹了真實問題情境下人工智能項目的設計與實施過程。

關鍵詞：真實問題情境人工智能模型訓練編程

一、中學開展人工智能項目活動的意義

人工智能項目活動的開展，適應高中生的思維認知水平，滿足學生的個性化學習需求。它綜合了計算機、數學、生物、美術、物理等多種學科的知識，是提升學生綜合素養的良好平臺，能夠增強學生學習和運用人工智能相關技術服務社會發展的責任感與使命感，有助于學生信息技術學科核心素養的落實。

二、人工智能項目活動目標及活動開展模式

根據《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》關于“人工智能初步”課程的教學要求及學情要求，我們將人工智能項目活動的總目標定位為培養學生綜合運用信息技術解決簡單的實際問題的能力，提高學生的綜合素質。

設計與制作校園建筑文化智能識別講解小助手的具體活動目標為：通過合作、探究了解圖像識別、語言識別技術的工作原理與流程;通過編程和模型訓練，讓“小飛”機器人實現校園建筑文化圖卡的識別與信息播報，培養團隊協作和動手實踐能力，提升綜合運用信息技術解決問題的能力;通過對校園建筑物圖像及其所代表的文化信息的采集，進一步培養學生對于學校文化的認同感，使其形成正確的價值取向。

在活動開展模式上，主要采用比較穩定的五步式，即真實情境問題—探究學習新知—思考技術工作流程—編寫程序實現—成果評價交流。五個環節承前啟后，環環相扣，通過基于真實情境問題下的小組合作、項目學習等，利用“小飛”機器人和人工智能應用框架等資源，引導學生進行自主合作探究學習，勇于實踐創新，促進項目活動目標的達成。

三、人工智能創新應用實踐項目活動具體的設計與實施

（一）以真實情境問題為基礎，激發學生的探究興趣

校園建筑文化是學校文化的重要組成部分，但新入校的師生對校園建筑的文化內涵并不了解。如何運用人工智能相關技術讓師生快速地了解校園建筑的文化深意，讓師生不受時間、地點的限制，了解校園內各建筑物的功能和文化信息，促進校園文化的傳承？從基于學生認知的真實問題情境出發，更易于激發學生學習和思考的積極性與主動性，為后續活動的順利開展奠定基礎。

（二）以問題求解為核心，進行關鍵環節的活動設計與實施

活動一：分析問題，制定問題求解方案。從結果出發，引導學生運用逆向思維，思考：小助手需要實現的主要功能有哪些？實現功能需要的技術與方法是什么？可以通過哪些工具或技術獲取未知資源？進行問題分析后，學生小組借助愛莫腦圖這一網絡在線平臺繪制思維導圖。運用網絡平臺中的一些在線數字化工具，輔助分析實際問題，提高分析能力，創造性地制定問題求解方案，有利于學生信息技術學科核心素養的培養。

活動二：制作校園建筑物文化信息圖卡。根據在校園中采集到的建筑物圖像與名稱，通過百度檢索，獲取建筑物名稱的文化典故或來歷，以及建筑物在校園內的具體位置;結合模型與圖像關鍵信息之間的聯系，利用圖像處理軟件加工制作校園建筑文化信息圖卡。

活動三：運用科大訊飛AI產品“小飛”機器人進行模型訓練，識別圖卡并播報圖卡建筑物蘊含的關鍵信息。以“小飛”機器人為載體，驗證人工智能技術中圖像識別、文字識別等核心技術原理的應用，解決校園建筑物識別與講解等現實場景問題，加深對人工智能技術中圖像識別與文字識別工作原理的理解以及提升運用新技術解決真實問題的能力。

活動四：編寫程序，調試，驗證“小飛”機器人小助手識別校園建筑物圖卡的智能性與準確性。小組共同參與，繪制流程圖，總結編制計算機程序解決問題的一般過程，小組成員之間通過協作、交流與分享，運用計算機編程這一工具提升其分析能力、實踐能力。

活動五：成果展示與交流。小組成員回溯項目實施的過程與方法，構建人工智能技術中圖像識別、語音識別與合成等技術原理體系，為后續深入學習人工智能技術奠定基礎;小組匯報交流，分享問題求解方案制定的過程與成果，實現信息共享價值最大化，有利于學生進行自我反思與總結，促進學生自我成長。

四、人工智能項目活動設計與實施的總結和反思

1.基于學生真實情境的問題求解過程，尊重學生個體學習能力的差異性。教師引導學生圍繞問題進行自主探究、思考，學習新知，充分遵循“以學生為本”的新課程理念，更好地激發學生學習的內驅力，實現自主學習，自主構建知識體系，提升解決問題的能力。

2.實時關注學生問題求解進展，及時反饋評價。人工智能教學中活動多、時間緊，教師更關注對學習成果的評價，而忽視對學生個體學習過程的評價。在活動實施過程中，教師要注重引導學生在制定問題求解方案、實踐驗證方案、小組匯報、團隊協作等環節中，進行科學有效的自評與互評，建立自我學習反饋機制，形成勇于發現自我學習問題、樂于向身邊同學取經的良好學習心理和積極健康的學習心態，增強學生學習的韌性，克服學習惰性，提高教學效率。

3.活動設計與實施的過程還有待完善。目前開展的人工智能項目活動側重于了解人工智能技術的應用以及驗證運用人工智能相關技術解決較為簡單的情境問題，形成運用人工智能相關知識和技能解決簡單問題的能力，注重人工智能相關基礎技術的普及。隨著學生學習的深入，后期將加強基于真實情境問題的人工智能個性化功能開發活動的設計與實施。

目前，人工智能技術得到國家的高度重視，合肥市先后啟動了一系列的人工智能相關項目，尤其是智慧校園建設，為市區高中學校引入人工智能學科教育提供了必要的軟硬件資源、政策保障。我校充分利用科大訊飛在人工智能領域的優質資源，開發高中人工智能項目活動，既能幫助學生運用人工智能技術創造性地分析問題、解決問題，又能提升學生的綜合素養，助力實現創新型人才培養目標。

參考文獻：

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＼[3＼]張艷清.學科核心素養視域下中小學人工智能校本課程的開發實踐＼[J＼].中國信息化，2021（6）：9596.

責任編輯：唐丹丹E1E90740-0DC0-4343-A25B-1540B459E182