基于微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的人工智能教學(xué)實(shí)踐研究

閆妮

摘要：本文以微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)為方法，按照相關(guān)步驟設(shè)計(jì)并實(shí)施人工智能教學(xué)，讓學(xué)生理解人工智能的技術(shù)和原理、提升人工智能意識(shí)和素養(yǎng)，并結(jié)合實(shí)踐分析了設(shè)計(jì)人工智能微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)需關(guān)注的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)；人工智能；無(wú)人駕駛

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）11-0056-03

人工智能教學(xué)現(xiàn)狀與實(shí)施策略

1.現(xiàn)狀分析

目前，基礎(chǔ)教育階段的人工智能教學(xué)處于探索發(fā)展階段，部分地區(qū)的學(xué)校開(kāi)設(shè)了人工智能校本課程，借助平臺(tái)為學(xué)生創(chuàng)造體驗(yàn)和實(shí)踐人工智能的機(jī)會(huì)，也有部分中小學(xué)將人工智能教學(xué)視作純粹的編程課，讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何做一個(gè)模型、寫(xiě)一段程序。然而，全面提升中小學(xué)生的信息素養(yǎng)以及適應(yīng)AI時(shí)代的基礎(chǔ)能力，不是將“知識(shí)點(diǎn)”作為學(xué)生學(xué)習(xí)的對(duì)象，而是要將人工智能學(xué)科思維與相關(guān)核心素養(yǎng)的提升作為最終教育目標(biāo)。

2.實(shí)施策略

中國(guó)教育學(xué)會(huì)中小學(xué)信息技術(shù)教育專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2021年發(fā)布的《中小學(xué)人工智能課程開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中，對(duì)人工智能課程給出了具體的實(shí)施建議，主要有3點(diǎn)：

①突出應(yīng)用體驗(yàn)。②項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)。③避免不必要的編程知識(shí)。根據(jù)以上3條建議，筆者結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有資源和學(xué)生情況，對(duì)人工智能校本課程進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。由于每周只有一節(jié)課，為了確保項(xiàng)目的完整性，筆者采用微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的形式組織活動(dòng)。

實(shí)施流程

下面，筆者以六年級(jí)《無(wú)人駕駛》一課為例對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。本文中的微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是以課時(shí)為單位，通過(guò)相關(guān)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在實(shí)踐體驗(yàn)、內(nèi)化吸收、探索創(chuàng)新中獲得完整和具體的知識(shí)與技能。具體過(guò)程和內(nèi)涵如下頁(yè)圖1所示。

（1）項(xiàng)目導(dǎo)入——感知體驗(yàn)。項(xiàng)目導(dǎo)入是通過(guò)真實(shí)情境引出問(wèn)題，讓學(xué)生感知問(wèn)題需求。通過(guò)“感知體驗(yàn)”喚起學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，拉近學(xué)生與學(xué)習(xí)內(nèi)容的距離，便于形成利用人工智能應(yīng)用解決身邊問(wèn)題的意識(shí)和能力。

在《無(wú)人駕駛》一課中，筆者采用“視頻+圖片+回憶”的方式導(dǎo)入。首先，觀看“無(wú)人配送車(chē)工作”的視頻，接著提問(wèn)：“是否見(jiàn)過(guò)無(wú)人配送車(chē)，能否說(shuō)出其名稱(chēng)？”“你還見(jiàn)過(guò)哪些類(lèi)型的無(wú)人車(chē)？”結(jié)合學(xué)生回答，出示無(wú)人車(chē)應(yīng)用在多種場(chǎng)景的圖片。通過(guò)全方位的感知體驗(yàn)，學(xué)生體會(huì)到無(wú)人駕駛已經(jīng)運(yùn)用于多種領(lǐng)域，并直觀感受到無(wú)人駕駛帶來(lái)的便利。

（2）項(xiàng)目分析——原理剖析。項(xiàng)目分析是從效果出發(fā)分析實(shí)現(xiàn)過(guò)程與方法，將大任務(wù)拆分成不同層次的小任務(wù)，是對(duì)項(xiàng)目的宏觀分析。人工智能教學(xué)，側(cè)重于分析實(shí)現(xiàn)原理和交互過(guò)程。在《無(wú)人駕駛》一課中筆者通過(guò)提問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生剖析無(wú)人駕駛的含義和過(guò)程（如圖2）。

（3）項(xiàng)目實(shí)施與評(píng)價(jià)——分層探究。項(xiàng)目實(shí)施是將原理進(jìn)行拆解，把每個(gè)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為具體的任務(wù)，是學(xué)生對(duì)原理的內(nèi)化過(guò)程。因此，項(xiàng)目實(shí)施具有系統(tǒng)性、探究性、具體性等特征。系統(tǒng)性可以理解為完整性，是對(duì)人工智能工作原理的完整再現(xiàn)，也是對(duì)人工智能效果的完整體驗(yàn)。探究性是指從原理出發(fā)探究每個(gè)環(huán)節(jié)背后的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，教師要結(jié)合真實(shí)情境引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和問(wèn)題解決能力。具體性是指通過(guò)軟硬件將每個(gè)環(huán)節(jié)中涉及的機(jī)制進(jìn)行模擬或還原。鑒于這些特征，同時(shí)結(jié)合微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的課時(shí)限制，教師要對(duì)內(nèi)容進(jìn)行取舍，思考哪些是人工智能教學(xué)中的探究重點(diǎn)、如何提煉任務(wù)間的關(guān)聯(lián)等。

在本課中，筆者借助Robosim虛擬機(jī)器人平臺(tái)，從無(wú)人駕駛的過(guò)程“感知—判斷—行駛”入手，設(shè)置了三個(gè)任務(wù)：認(rèn)識(shí)AI視覺(jué)傳感器、智能沿路走、智能識(shí)別路口。由于平臺(tái)中的原有地圖較復(fù)雜，教師結(jié)合三個(gè)任務(wù)重新設(shè)計(jì)了虛擬地圖（如圖3）。學(xué)生觀看地圖后可以得出無(wú)人小車(chē)在駕駛中要處理的道路情況，如如何沿著路走、識(shí)別路口、識(shí)別路標(biāo)等（讓學(xué)生從整體上理解問(wèn)題，建立原理與問(wèn)題之間的關(guān)聯(lián)）。

接著，從“沿路走”的任務(wù)開(kāi)始，分析如何進(jìn)行感知、感知到的信息怎么作為判斷的條件，不同條件下小車(chē)怎么行駛。在具體實(shí)施中，筆者先通過(guò)視頻讓學(xué)生認(rèn)識(shí)AI視覺(jué)傳感器采集道路信息的方法，引導(dǎo)學(xué)生在模擬場(chǎng)景中去“測(cè)一測(cè)”，并通過(guò)自然語(yǔ)言“說(shuō)一說(shuō)”不同的值對(duì)應(yīng)小車(chē)怎樣的行駛狀態(tài)。再?gòu)淖匀徽Z(yǔ)言回到編程語(yǔ)言，分析分支邏輯框架怎么搭建、條件和執(zhí)行語(yǔ)句怎么表示出小車(chē)的行駛狀態(tài)（如圖4）。在編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)效果后，學(xué)生通過(guò)遷移運(yùn)用展開(kāi)探究，解決如何識(shí)別路口的問(wèn)題（AI視覺(jué)傳感器怎么檢測(cè)到路口、程序中怎么編寫(xiě)等）。完成基礎(chǔ)任務(wù)的小組嘗試控制小車(chē)走到終點(diǎn)，不僅要靈活分析不同路口的條件，還要合理簡(jiǎn)化程序。

為了推進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)程，評(píng)價(jià)需要貫穿始終。本節(jié)課中學(xué)生采用兩人一組的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，所以既要有小組評(píng)價(jià)，也要有自評(píng)和師評(píng)。評(píng)價(jià)中要對(duì)合作高效的小組進(jìn)行表?yè)P(yáng)，還要解決學(xué)生遇到的問(wèn)題或者教師預(yù)設(shè)的問(wèn)題。

（4）總結(jié)拓展——遷移延伸。在人工智能教學(xué)中，課堂上只是對(duì)關(guān)鍵原理和過(guò)程進(jìn)行了探究，而現(xiàn)實(shí)中往往是較為復(fù)雜的系統(tǒng)，所以要引導(dǎo)學(xué)生回到真實(shí)情境去思考問(wèn)題，一方面觀察學(xué)生對(duì)原理的遷移能力，另一方面讓學(xué)生了解更真實(shí)的情況。

人工智能微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

1.合理取舍，保證完整性

完整性是指讓學(xué)生體驗(yàn)完整的項(xiàng)目探究過(guò)程。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，要經(jīng)歷“感知體驗(yàn)—原理剖析—項(xiàng)目實(shí)施”等環(huán)節(jié)，即要經(jīng)歷自主探究、動(dòng)手實(shí)踐、遷移運(yùn)用的過(guò)程，最終呈現(xiàn)項(xiàng)目成果，從而加深對(duì)原理的理解和運(yùn)用，深入感知人工智能應(yīng)用背后的特征和運(yùn)行機(jī)理。通常，人工智能的知識(shí)具有綜合性，要經(jīng)歷完整的過(guò)程，則要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的取舍，提煉突出人工智能內(nèi)涵的知識(shí)，弱化編程知識(shí)的訓(xùn)練。

2.以生為主，增強(qiáng)探究性

人工智能的原理較為抽象，活動(dòng)設(shè)計(jì)要以學(xué)生為主體，從學(xué)生的角度去規(guī)劃任務(wù)。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，給學(xué)生更多的探究空間和時(shí)間，并提升任務(wù)的開(kāi)放性，提倡問(wèn)題解決的多樣性。此外，任務(wù)設(shè)計(jì)要有梯度，讓學(xué)生的認(rèn)知層次在不同的任務(wù)中逐步提升，達(dá)到知識(shí)的遷移運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)高階學(xué)習(xí)和低階學(xué)習(xí)的整合。

3.巧用平臺(tái)做支撐

為有效推進(jìn)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，需要借助數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)，來(lái)組織學(xué)生活動(dòng)、提供學(xué)習(xí)資源、獲取實(shí)時(shí)反饋等。利用數(shù)字化平臺(tái)可以提升項(xiàng)目的完整性和完成度，并輔助學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)、掌握相關(guān)原理，是促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的保障條件。除此之外，要體驗(yàn)和運(yùn)用人工智能，還需要相關(guān)軟硬件平臺(tái)的支撐。

4.讓支架貫穿全過(guò)程

在微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中，不管是項(xiàng)目導(dǎo)入、項(xiàng)目分析還是實(shí)施過(guò)程，教師都需要提供支架，為學(xué)生獲取新知搭建關(guān)鍵的橋梁。學(xué)習(xí)支架可以是視頻、學(xué)習(xí)參考、任務(wù)清單、問(wèn)題鏈等，還可以設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)單，對(duì)關(guān)鍵概念理解、小組成員分工、合作實(shí)踐規(guī)則進(jìn)行約定。

綜上所述，人工智能微項(xiàng)目化學(xué)習(xí)為教師提供了一種以課時(shí)為基本單位的微項(xiàng)目學(xué)習(xí)的實(shí)施思路。在具體實(shí)施過(guò)程中，要關(guān)注項(xiàng)目的完整性，對(duì)重難點(diǎn)進(jìn)行合理取舍；以驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題激趣，在各階段融入有意義的學(xué)習(xí)實(shí)踐，滿(mǎn)足學(xué)生的探究需求，達(dá)到對(duì)原理的感性認(rèn)識(shí)；善于借助各類(lèi)數(shù)字化平臺(tái)，以豐富的資源讓學(xué)生充分感知，推進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施；巧設(shè)支架，以高效的思維支架提升學(xué)生認(rèn)知深度，提升高階認(rèn)知。最終通過(guò)做事（項(xiàng)目）與做人（素養(yǎng)）相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的深度理解和核心素養(yǎng)的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)中央人民政府.國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[DB/OL].http：//www.gov.cn/xinwen/2017-07/20/content_5212064.htm.

[2]陳勇.核心素養(yǎng)視域下義務(wù)教育階段人工智能教學(xué)的挑戰(zhàn)、重點(diǎn)和策略[J].教育傳播與技術(shù)，2021（02）：13-16.

[3]趙嫻.人工智能視域下的小學(xué)信息技術(shù)教育探究[J].教學(xué)管理與教育研究，2019（24）：101-102.

[4]肖高麗，梁文明.中小學(xué)實(shí)施人工智能課程的意義、挑戰(zhàn)與對(duì)策[J].教學(xué)與管理，2018（22）：70-72.

[5]張艷清.學(xué)科核心素養(yǎng)視域下中小學(xué)人工智能校本課程的開(kāi)發(fā)實(shí)踐[J].中國(guó)信息化， 2021（06）：2.

本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)立項(xiàng)課題“基于大概念的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)九年融貫式設(shè)計(jì)與實(shí)施研究”（B/2021/02/60）、蘇州市陶行知研究會(huì)“十四五”一般課題“人工智能校本課程生活化開(kāi)發(fā)的研究與實(shí)踐”（SZTY21-0246）的階段性研究成果。