新課標下初中信息科技課程教學任務的設計策略
——以 “人工智能模塊” 為例

2023-12-04 10:52:57季佳奇王海燕

科教導刊 2023年27期

季佳奇，王海燕，張偉

（1.吉林師范大學數學與計算機學院吉林四平 136000 2.長春大學計算機科學技術學院吉林長春 130022）

對成長在新時代的學生而言，信息科技課程的重要性毋庸置疑，其中的人工智能模塊更是幫助其了解和適應未來智慧社會的基礎。根據新課標中信息科技課程人工智能模塊的邏輯主線，人工智能內容在前三個學段是以鋪墊為主，無明確的教學要求；在初中學段則正式開始教學，學生逐漸理解機器計算與人工計算的異同（計算思維），具有將創新理念融入自身學習、生活的意識（信息意識），能積極主動地應用信息科技高效地解決問題（數字化學習與創新），能反思如何正確對待人工智能所帶來的倫理與安全挑戰（信息社會責任）[1]。為了更好地達到以上教學要求，初中信息科技課程采用項目驅動式教學較為合適。

項目學習強調學科的綜合，強調學習者之間的合作，主張讓學生在真實情境中主動探索，培養學生的搜集處理信息能力、跨學科知識學習運用能力、解決問題能力以及交流合作能力[2]。在此模式下，本文針對初中信息科技課程中的人工智能模塊的教學任務提出一些設計策略。

1 任務背景：真實性與趣味性

2022 年版義務教育新課標明確了信息科技課程理念，倡導真實性學習，強調情境創設，注重學生參與度。學生的課堂狀態直接影響著教學效果，因此，設置任務背景時，應關注任務的趣味性，注意選取學生喜歡和好奇的活動任務，吸引學生的注意力，為學生提供豐富有趣的活動體驗，給學生留下深刻的印象，促進學生主動學習和參與活動，營造出輕松愉快的學習氛圍，進而提高信息科技課程的教學效果。

例如，在了解人工智能中圖像識別功能的實現方式的學習中，經常出現 “手寫板數字識別” 主題學習，但學生對識別普通數字的興趣不高，他們感覺不 “酷” ，研究勁頭不足。若將主題換成 “ShadowPlay：AI 皮影戲” ，則形態各異的人物皮影、動態的戲劇情節，能使學生的興趣有很大的提高。教師先向學生展示傳統皮影戲的圖片等資料，詢問學生 “這是什么？它是怎樣操作表演的？” 學生由此先對傳統皮影戲有初步了解，知道它們是由藝人們操縱；教師進一步提出AI 皮影戲的存在，給出上海龍美術館AI 體驗展的相關視頻以及其他AI 皮影戲相關圖片等資料，提出 “如何實現AI皮影戲” 的問題，從而展開本節課的探究學習。同樣是識別圖像，傳統皮影與前沿的AI 技術相融合，會讓學生感到新奇，自發地想要探究其實現的原理和方法，自然開始相應知識內容的探索學習。選擇 “ShadowPlay:AI 皮影戲” 作為任務背景，既展示了我國傳統文化，又讓學生了解了AI 體驗展會的存在，并感受到人工智能的魅力以及人工智能技術的廣泛應用。

創設教學情境要遵循學生學習的心理規律，從學生已有的認知結構、生活經驗和學習環境出發，根據教學內容系統、科學地進行，并做到過渡自然、恰到好處[3]。因此，任務背景的選擇和設置是開展好教學活動的重要開端，一個真實有趣的任務情境能吸引學生的注意，提高學生的探索欲和學習參與度，讓學生主動開展學習研究，從而提高教學效果。

2 任務設計：結構化與靈活化

在項目驅動式教學中，任務設計是關鍵。通過拋出問題或設立小環節等方式，輔助學生將項目問題分解、抽象，引導學生逐漸構建起解決問題的思維路徑。教師把握整個項目的完成過程，將任務設計結構化。例如，對于 “ShadowPlay:AI皮影戲” 項目，在實現過程中首先將視頻每一幀存為圖片并使用檢測圖片人物骨骼關鍵點的模型，然后把皮影素材映射到人體姿態，再合并所有的圖像形成皮影動態視頻。教師引導學生思考AI 皮影戲的操作步驟和顯示內容是什么，得出操作和顯示過程：①輸入人物動態視頻；②顯示皮影姿勢圖片；③播放皮影動態視頻。針對以上三個部分拋出相應問題：輸入的人物動態視頻要進行怎樣的處理？如何顯示出皮影姿勢圖片？怎樣形成皮影的動態視頻？通過問題引導學生思考，幫助學生將AI 皮影戲問題分解成三個結構模塊，學生經過討論思考，結合教師給出的相關材料，得出三個問題的答案。同時，學生也明白了AI 皮影戲實現的流程：將視頻每一幀存為圖片，使用檢測圖片人物骨骼關鍵點的模型，皮影素材映射到人體，合并圖像形成皮影動態視頻。

在任務設計的結構框架中，要同時重視學生的主體性，發展學生的獨立思考能力，分解出的各個最小問題不宜強硬固定順序。例如，在AI 皮影戲的實現過程中有使用檢測圖片人物骨骼關鍵點模型的環節，這要求學生了解人體骨骼關鍵點檢測模型的工作包含什么內容。人體骨骼關鍵點檢測模型要進行的主要工作：行人檢測（查找輸入的圖像中是否含有人體圖像）、圖像預處理、人體骨骼關鍵點特征提取、人體骨骼關鍵點檢測。若任務設計時直接按以上四個步驟規定好，給出四個空白答案區域，學生則被動接受了問題答案是四個步驟，缺少思考—發現問題—反思這一過程，不利于培養學生的計算思維。在設計任務時應該更加靈活，將答案區域設計為一塊空白，同時將提供給學生的與四個步驟相關的資源打亂順序，要學生按照自己的思路搜尋所需資料連成一條線。而為避免出現因學生思考不夠周全，只有少數學生得出正確答案的情況，則在相關資料后面增加 “小助手” 部分。比如，學生拿到相關資料后，一般直接去看題目為人體骨骼關鍵點檢測的內容，而這部分只是最后一個環節，是模型已經完成特征提取后，開始對照檢測的部分。學生通過閱讀注釋了解模型功能后會想到特征提取，再去查找特征提取的資料，而在特征提取相關內容下關聯上 “提取過程中常遇到的問題” ——提示學生存在提供圖片中不含人體或圖像噪聲大的情況，學生就會意識到檢測過程中需要先對輸入的圖像作技能型檢查和處理。這種方式可側面引導學生思考，從而將整個過程漸漸完善，在資料下可以附上相關內容的具體頁碼或位置，方便學生快速查找。

3 任務過程：自主學習與協作探究

2022 年版義務教育新課標強調教學要充分重視培養學生自主學習的意識和能力，支持學生在數字化學習環境下進行自我規劃、自我管理和自我評價，鼓勵 “做中學” “用中學” “創中學” ，凸顯學生的主體性[4]。義務教育新課標總目標提出，要提高學生數字化合作與探究的能力。在協作探究中，學生會看到不同思考和解決問題的方法，能受到啟發，提高完善自己的學習方法，并通過相互探討，更快速解決遇到的問題，提高效率，認識到互幫互助的重要性，培養合作意識。

促進學生自主學習，提高學生參與度，需要采用先個人學習，再帶著問題和成果團體探究的模式，這需要分別設計個人和小組的結果匯報書。例如，在 “ShadowPlay:AI皮影戲” 項目中，學生分析項目后將其劃分成三個模塊來逐一實現。教師針對三個模塊給出不同的計劃書，模塊一中要探究檢測圖片人物骨骼關鍵點的模型設計問題。首先，教師結合學生的學習水平與能力進行分組，保證小組內有2 名以上能力較強的學生，確保協作探究的質量，每組人數在4 人到6 人，人數過多會導致小組的組織難度較大。然后，教師給每個小組提供一份 “小組設計書” ，再給每個學生提供一份 “我的設計書” 。學生首先通過自主學習，了解人工智能模型建立的大體步驟，完成 “我的計劃書” ，同時將學習中發現的問題記錄下來，標注是否解決。然后，小組開始協作探究，每個成員分別講述自己的設計，其他成員邊聽邊對比自己的內容，找出不同之處，一起探究最佳的結果。小組成員在討論過程中，逐一提出在自主學習時遇到的問題，總結出最佳的結果后共同完成 “小組設計書” 。在這個過程中，每個學生都有自己的學習與思考，不同的學生發現的問題也各不相同，能夠給彼此提供新的發現或產生新的思路，這更能提高學生合作的意愿，形成合作意識，發展創新精神，使整個任務過程處于不斷思考和積極交流的氛圍中。

4 任務評價：過程性評價與素養導向

義務教育新課標強調要改進教學評價，以評價促進核心素養的落實，明確提出要強化素養導向的多元評價，以評促教、以評促學，保證 “教—學—評” 一致性[5]。因此在課程中，教師要重視過程性評價，把握好學生小組的學習狀況，及時給予有效反饋。例如，學生使用的數字化設備出現問題或遇到網絡安全問題時，教師要及時指導。在 “Shadow-Play:AI 皮影戲” 主題學習中，教師組織小組在每一個探究環節結束后進行匯報，其內容也不能局限在簡單地展示當前成果上，更要匯報探究的過程，包括搜尋了哪些資料、發現了什么問題、解決問題的方法等。這個匯報屬于表現性任務，要求學生將以上內容進行整合，形成一份表述書，通過寫表述書對整個探究學習的過程進行回顧和梳理。這樣的匯報材料能夠更加清晰地展現出學生在完成任務時的思維過程，教師可以根據探究軌跡深入了解學生的思路，便于給出精確的點撥指導，同時，通過對比各個小組的表述書，分析學生各自遇到的問題，教師也能掌握整個探究學習中的難點和易錯點。這也能用來比較不同學生的思維過程，直觀地展示出各個學生的探究能力水平，教師也可以據此適當調整人員分組，布置更適合學生能力水平的任務。

學生評價并非簡單自評和對其他小組匯報成果進行評價，而是對自己在自主學習、小組合作探究的表現及對其他小組的成果、解決問題的思維過程進行評價。首先，在學習探究結束后，教師提供評價表，給出評價細則，不同表現對應不同分值。然后，學生對自主學習和協作解決問題中自己和隊友的表現評分；小組匯報結束后，學生再依據其他小組對探究過程的匯報，評價其解決問題的思路方法。如此，學生不僅學習了課程知識，還在評價過程了解和學習解決問題的不同思考方式，拓寬思路；通過評價其他小組的解決過程，在對照比較和反思中提高自身解決問題的能力，實現以評促學。

5 結語