人工智能課程創新教學模式與實踐

彭蓉霞

【摘 要】本文主要闡述筆者在開發“智能移動應用開發”校本課程的過程中，如何將人工智能與App Inventor融合創新，設計課程內容，構建教學模式并進行教學實踐，從而探索出一條人工智能課程教學的有效途徑。

【關鍵詞】人工智能；課程教學模式；融合創新

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）04-055-02

《新一代人工智能發展規劃》提出：“實施全民人工智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”；《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》將人工智能納入課程模塊。廣大一線教師面臨有新課標、沒有新教材的難題。目前，已經發布的一些人工智能教材中，有的教材內容有些重理論輕實踐，制約了學生創造力，不利于提升學生解決問題的能力以及創新思維等高階思維能力；有的教材雖然有實踐模塊，但是需要硬件支撐，這給資金不足的學校帶來了困難。App Inventor是一款手機在線圖形化編程軟件，內含人工智能組件，支持API的調用和導入從其他人工智能實驗平臺訓練好的模型，以及實時的測試。該軟件是一款非常適合開發人工智能課程的軟件。

筆者結合本校“科學教育創新求真”的辦學追求，將人工智能與App Inventor進行融合創新，開發了“智能移動應用開發”校本課程，課程內容理論與實踐并重，并且不需要昂貴的硬件設備支撐。

創新課程內容

在《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》《中小學人工智能技術與工程素養框架》和《中小學人工智能課程開發標準（試行）》的指導下，筆者設計了校本課程。課程目標是進行人工智能與App Inventor的融合教育，讓學生掌握人工智能技術的基本原理、具備開發人工智能App的基本技能和樹立適應智能社會發展的責任意識。

課程內容以“移動智能”為主題，融合人工智能技術，以“聽單詞App”“背單詞App”“智能翻譯App”“拍圖識花App”“人臉檢測App”“文字識別App”為項目設計了六章內容。每章內容由人工智能產品體驗、人工智能技術原理、人工智能技術實驗、人工智能App設計與開發、人工智能技術應用前景與倫理等部分組成。

創新課程教學模式

筆者結合《中小學人工智能技術與工程素養框架》中的人工智能核心素養框架四個領域的內容和項目式教學的實施步驟，設計了課程教學模式。該教學模式分四大環節。一是感知智能。體驗是基礎教育階段最重要的學習方式，也是創新的基礎和前提。在感知智能環節教師設計體驗活動，讓學生體驗人工智能技術，感知人工智能技術在生活中的應用。二是揭示智能。人工智能技術原理較為抽象，教師可以通過類比人類活動或者利用人工智能實驗平臺進行實驗探究，從而揭示與驗證基本原理。三是創新智能。教師創設項目情境，引導學生運用學過的人工智能技術設計項目方案，利用App Inventor開發人工智能App，對App進行測試與優化，小組間進行成果展示與評價總結。此環節是教學過程中最為重要的環節，旨在讓學生在動手、動腦的實踐過程中，加深對所學知識技能的理解和掌握，學以致用，融會貫通。此環節著力培養學生的實踐創新精神、計算思維能力，提升學生的數字素養。四是思辨智能。人工智能技術雖然能服務于人類和社會，但也帶來了一些負面影響。教師通過案例引導學生在日常學習與生活中合理、規范地使用人工智能技術和評估人工智能技術帶來的法律風險。

創新課程實施案例

筆者在七年級15個班進行了大班教學，本文以“拍圖識花App”一課為例闡述課程的實施過程。

1.感知智能：體驗計算機視覺技術

學生三人一組，每組發放一臺平板電腦，各組打開“曠視AI體驗中心”小程序，體驗其中的功能。體驗完后，教師引導學生思考：計算機猶如我們人類的什么系統呢？它之所以能夠獲取和識別外部世界信息是依賴于什么技術呢？進而引出計算機視覺技術的概念。教師繼續提問：在日常生活和學習中還有哪些產品應用了計算機視覺技術呢？提升學生對計算機視覺技術的敏感度與理解力。最后教師播放“計算機視覺技術應用場景”的視頻，使學生了解計算機視覺技術的巨大潛力，擴寬學生的見識。本案例通過人工智能體驗小程序，讓學生親身感受計算機視覺技術的魅力，激發學生學習新技術的興趣，并引發學生思考，進而引出計算機視覺技術。

2.揭示智能：理解計算機視覺技術原理

教師引導學生思考小孩是怎么認識狗的，然后讓學生類比小孩認識狗的過程，探究計算機視覺技術的基本原理，提供學生計算機視覺技術的工作流程圖。在此過程中學生深度學習，自主構建知識，得出計算機視覺技術的工作流程由圖像采集、特征提取、模型訓練、模型輸出四個基本環節構成。接下來，教師指導學生利用Personal Image Classifier人工智能實驗平臺訓練雞蛋花與龍船花的特征模型并進行測試，通過此任務驗證學過的計算機視覺技術原理。

3.創新智能：開發“拍圖識花App”

教師創設真實的生活情境：小馨跟媽媽爬山時看到山上開滿了各種花，可是很多花名小馨都不知道，如何幫助她快速地認識這些花呢？進而引出項目任務：開發一款拍圖識花App。App Inventor并沒有自帶花的特征模型，學生需要將Personal Image Classifier人工智能實驗平臺生成的模型導入App Inventor里。教師提供將模型導入App Inventor的操作方法、邏輯設計程序流程圖和挖空的半成品代碼作為腳手架，引導學生小組合作，根據真實需求設計利用計算機視覺技術解決問題的方案，并利用App Inventor編程實現應用方案，對功能進行測試與優化，最后在小組間進行展示交流，聽取其他組的意見再優化App。學生在界定問題—分析問題—制定方案—實現方案—反思優化的過程中提升了解決問題的能力，發展了計算思維。學生利用人工智能實驗平臺與App Inventor開展協同創新，設計和開發具有應用價值的App，在此過程中提高了數字化合作與探究能力。

4.思辨智能：分析計算機視覺技術的利弊

教師引導學生上網查閱相關資料，通過正反兩面的案例，分組思考、討論計算機視覺技術的利弊，并分享討論成果，引導學生樹立正確的智能社會發展意識。

創新課程教學實踐效果

筆者應用AI微認證人工智能素養測評系統分別在校本課程實施前和實施后對全校七年級15個班共計612名學生進行了人工智能素養測評。該測評從推理能力、編程能力、分析能力、運算能力、知識儲備（人工智能基礎知識和原理）等五個維度對學生的人工智能素養進行量化評估。為了反映相同樣本在課程實施前后的變化程度，筆者用SPSS 22軟件對測試的數據進行“配對樣本t檢驗”[1]。結果顯示：通過校本課程的實施，學生的總平均成績有所提高；在校本課程實施之前和實施之后得到的數據之間有顯著性差異，本次數據統計真實有效；經過校本課程的實施，學生的人工智能素養得到了提升。今后，筆者將針對實踐效果中的不足進一步優化，將五育融合、跨學科、教學評一體化理念融入課程開發與實踐中，不斷探索人工智能與App Inventor融合創新的方式。

注：本文系福建省教育科學“十四五”規劃2021年度課題“基于App Inventor的初中人工智能校本課程開發與實施”（課題批準號：FJJKZX21-410）研究成果

參考文獻

楊希. 基于STEAM理念的高中App Inventor創意編程課教學研究[D]. 石家莊：河北師范大學，2019.

作者單位：福建廈門雙十中學海滄附屬學校

編? ?輯：馮艷艷