初中信息科技人工智能課程的開發(fā)與實踐

謝萬榮 江蘇省南京市溧水區(qū)第一初級中學(xué)

隨著科技的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用對人們的工作和生活方式產(chǎn)生了深遠影響。初中階段是學(xué)生發(fā)展信息科技人工智能技能的重要時期，開發(fā)與實踐信息科技人工智能課程，可以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和問題解決能力，為他們未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。[1]本文提出的信息科技人工智能課程是筆者所在學(xué)校基于實際情況開發(fā)的校本課程，旨在培養(yǎng)初中學(xué)生在人工智能領(lǐng)域的核心能力和素養(yǎng)。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握人工智能的基本概念、原理和應(yīng)用，以及相關(guān)的工具和技術(shù)。

●初中信息科技人工智能課程開發(fā)

1.課程目標(biāo)

理解人工智能；掌握使用工具和技術(shù)；發(fā)展創(chuàng)新思維和解決問題的能力；培養(yǎng)團隊合作和溝通能力；培養(yǎng)倫理和社會責(zé)任意識。

2.課程內(nèi)容

人工智能基礎(chǔ)：介紹人工智能的基本概念、分類和發(fā)展歷程。

數(shù)據(jù)與算法：學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的獲取、處理和分析方法，以及常用的機器學(xué)習(xí)算法和技術(shù)。

工具與技術(shù)：掌握使用工具的基本應(yīng)用，如數(shù)據(jù)處理工具、編程語言和開發(fā)環(huán)境。

人工智能應(yīng)用領(lǐng)域：探索人工智能在圖像識別、自然語言處理、機器人技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用案例。

倫理與社會責(zé)任：討論人工智能的倫理問題，思考人工智能的社會影響和應(yīng)用的社會責(zé)任。

3.課程結(jié)構(gòu)

初中信息科技人工智能課程旨在逐步引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)概念到實踐應(yīng)用進行全面掌握[2]，以下是課程的主要模塊。

基礎(chǔ)知識模塊：學(xué)習(xí)人工智能的基本概念、原理和基礎(chǔ)技術(shù)，包括機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)處理和算法基礎(chǔ)等。

技術(shù)應(yīng)用模塊：學(xué)習(xí)并應(yīng)用信息科技工具和技術(shù)，如編程語言、開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)處理工具，通過實踐項目掌握技術(shù)應(yīng)用的方法和技巧。

應(yīng)用案例模塊：學(xué)習(xí)人工智能在不同領(lǐng)域的應(yīng)用案例，如圖像識別、自然語言處理和機器人技術(shù)等。通過實際案例的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)應(yīng)用思維和創(chuàng)新能力。

倫理與社會責(zé)任模塊：思考人工智能的倫理問題和社會影響，討論如何正確應(yīng)用人工智能技術(shù)，并培養(yǎng)社會責(zé)任意識和道德判斷能力。

4.教具選擇

開展初中信息科技人工智能課程的教學(xué)，教具的選擇至關(guān)重要。筆者根據(jù)實際情況選擇了適合本校初中學(xué)生使用的教學(xué)工具。

教學(xué)資源：利用開放的在線資源，如教育平臺、人工智能學(xué)習(xí)網(wǎng)站和虛擬實驗平臺，提供豐富的學(xué)習(xí)資料、實踐機會和交流平臺，拓展學(xué)習(xí)渠道。

編程工具：選擇適合的編程工具，如Python等，通過編程實踐理解和應(yīng)用人工智能技術(shù)，同時培養(yǎng)計算思維和問題解決能力。

相關(guān)硬件：Arduino控制板、傳感器（超聲波、聲音、溫度、氣體、語音識別傳感器等）、通信模塊、數(shù)據(jù)連接線等。

5.項目設(shè)計

為了增強學(xué)生的實踐能力和應(yīng)用能力，課程開發(fā)引入了一系列實踐項目，如：①圖像識別項目。使用圖像處理技術(shù)和機器學(xué)習(xí)算法，開發(fā)一個簡單的圖像識別程序，用于識別物體或進行圖像分類。②聊天機器人項目。設(shè)計和開發(fā)一個簡單的聊天機器人，利用自然語言處理技術(shù)進行對話和回答問題。③數(shù)據(jù)分析項目。收集實際數(shù)據(jù)，并運用機器學(xué)習(xí)算法進行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測，從中獲取有價值的信息。④創(chuàng)新設(shè)計項目。鼓勵提出創(chuàng)新的人工智能應(yīng)用想法，并實現(xiàn)自己的創(chuàng)意項目等。

●初中信息科技人工智能課程實踐

1.優(yōu)化課堂教學(xué)方式

不同教學(xué)內(nèi)容應(yīng)采用不同的教學(xué)方式、方法，在人工智能教學(xué)中教師可采用的教學(xué)方法如下。

探究式學(xué)習(xí)：通過引導(dǎo)學(xué)生提出問題、探索和實踐，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，提升他們的自主學(xué)習(xí)能力。

跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)：組織學(xué)生參與實際項目，如設(shè)計人工智能程序或開發(fā)簡單的應(yīng)用，讓學(xué)生在實踐中運用所學(xué)的各科知識和技能。

小組討論與合作學(xué)習(xí)：通過小組討論、合作項目等形式，促進學(xué)生之間的交流與合作，培養(yǎng)團隊合作和溝通能力。

2.加強項目實施指導(dǎo)

實踐項目是初中信息科技人工智能課程中的核心環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生通過設(shè)計和實施具有實際應(yīng)用場景的項目，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識與技能應(yīng)用于解決真實世界的問題。例如智能機器人控制項目，要求設(shè)計和編程一個智能機器人，讓其能夠執(zhí)行特定任務(wù)，如尋找物體、避障或進行環(huán)境監(jiān)測。在實際教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生使用Arduino控制板和傳感器組裝一個小型機器人，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)其自主導(dǎo)航和任務(wù)執(zhí)行的功能。又如數(shù)據(jù)分析與預(yù)測項目，要求學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識，并選擇一個實際數(shù)據(jù)集進行分析和預(yù)測。教師可引導(dǎo)學(xué)生使用Python的數(shù)據(jù)分析庫和機器學(xué)習(xí)算法，對社交媒體數(shù)據(jù)進行情感分析或?qū)︿N售數(shù)據(jù)進行銷量預(yù)測。通過這些實踐項目，學(xué)生能夠?qū)⒄n堂所學(xué)的理論知識與實際問題解決相結(jié)合，提高了他們的動手能力、創(chuàng)新思維和解決問題的能力。

3.引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

調(diào)動學(xué)生的參與積極性和學(xué)習(xí)興趣是初中信息科技人工智能課程成功開展的關(guān)鍵。在教學(xué)實踐中，教師可采用多種方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在學(xué)習(xí)機器學(xué)習(xí)算法時，給學(xué)生提供一個真實的數(shù)據(jù)集，引導(dǎo)他們使用算法預(yù)測和分析數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生觀看與人工智能相關(guān)的紀(jì)錄片、TED演講或參觀科技公司的展覽，拓寬他們的視野；在學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)算法時，引導(dǎo)學(xué)生選擇感興趣的主題，并自主學(xué)習(xí)和研究相關(guān)的論文和資源，以探索更深入的理解和應(yīng)用；組織編程比賽，讓學(xué)生在限定時間內(nèi)完成特定的編程任務(wù)，并評選出最佳解決方案等。

4.多元評估與反饋

初中信息科技人工智能課程需要建立合適的評估與反饋機制，以有效評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和進步，并提供及時的反饋和指導(dǎo)。在實踐中，教師可采用項目評估、作業(yè)和考試、口頭報告和展示、同行評價等評價方式，從多個角度對學(xué)生的學(xué)習(xí)成效進行評價。同時，還定期提供個別和集體反饋，指導(dǎo)學(xué)生改進和進一步發(fā)展。通過評估與反饋機制，學(xué)生能夠了解自己的學(xué)習(xí)進展和表現(xiàn)，并得到及時的指導(dǎo)和支持。同時，評估與反饋也為教師提供了了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的依據(jù)，有助于調(diào)整教學(xué)策略和課程內(nèi)容，以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

5.培養(yǎng)創(chuàng)新思維與問題解決能力

信息科技人工智能課程實踐應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問題解決能力。在教學(xué)中，教師可采用多種方法來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問題解決能力。[3]

例如，給學(xué)生設(shè)計一系列挑戰(zhàn)項目，要求他們通過創(chuàng)新思維和合作解決實際問題，如設(shè)計智能交通系統(tǒng)、開發(fā)智能家居等。又如，引導(dǎo)學(xué)生采用設(shè)計思維方法，從用戶需求出發(fā)，通過觀察、理解、思考和反饋，提出創(chuàng)新的解決方案。再如，引導(dǎo)學(xué)生面對開放性問題，鼓勵他們從多個角度思考和分析問題，并提出自己的獨特見解和解決方案。

6.培養(yǎng)學(xué)生團隊合作與溝通能力

在信息科技人工智能課程中，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作與溝通能力是非常重要的。教師在課程實施中，可采用諸多方式培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力與溝通能力。例如，組織學(xué)生進行項目展示和評審，讓學(xué)生從其他小組中學(xué)習(xí)和借鑒經(jīng)驗，促進彼此之間的學(xué)習(xí)和成長；在小組合作中，給每個成員分配不同的角色，如項目經(jīng)理、程序員、設(shè)計師等，讓學(xué)生在團隊中發(fā)揮各自的優(yōu)勢和專長；組織合作學(xué)習(xí)活動，如討論會、問題解決小組等，鼓勵學(xué)生在小組中相互討論、分享思路和解決方案。通過團隊合作和合作學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)會了傾聽他人意見、協(xié)商解決問題、共同合作完成任務(wù)，這不僅有助于培養(yǎng)團隊合作能力和社交技能，還為將來的職業(yè)發(fā)展打下基礎(chǔ)。

7.培養(yǎng)倫理和社會責(zé)任意識

人工智能的應(yīng)用涉及倫理和社會責(zé)任問題，因此在課程實踐中培養(yǎng)學(xué)生的倫理和社會責(zé)任意識至關(guān)重要。教師可以引導(dǎo)學(xué)生討論使用人工智能技術(shù)應(yīng)遵守的倫理原則，如探討人工智能在隱私保護、數(shù)據(jù)安全和公平性方面的挑戰(zhàn)，并鼓勵他們提出解決方案。通過培養(yǎng)倫理和社會責(zé)任意識，使學(xué)生能夠更加全面地理解和應(yīng)用人工智能技術(shù)。

●結(jié)束語

初中信息科技人工智能課程的開發(fā)與實踐是一項重要而有意義的工作。通過本課程的實施，學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中不斷進行多學(xué)科知識的融合，不僅全面發(fā)展了信息科技能力與素養(yǎng)，培養(yǎng)了計算思維、創(chuàng)新思維和問題解決等能力，而且提升了對多學(xué)科知識的理解與綜合應(yīng)用能力。