高中信息技術人工智能課堂教學結構初探

邱睿

［摘 要］人工智能是當前信息技術發展中的前沿科技，隨著科技的進步，信息技術教學與科技的關系越來越密切。高中階段，信息技術課堂成為學生了解信息技術前沿科技的主戰場。文章基于人工智能進入高中信息技術課堂的教學現狀，通過分析課程標準，基于教材，并結合學生的實際情況，設計了以“探秘人工智能”一課為例的人工智能課堂教學結構，即準備—呈現—聯想—鞏固—反思，并提出了課堂結構優化建議。

［關鍵詞］人工智能；教學結構；高中信息技術

［中圖分類號］ G633.67 ［文獻標識碼］? A ［文章編號］ 1674-6058（2023）26-0092-03

2017年國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》明確指出，人工智能已成為國際競爭的新焦點。我國應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育、建設人工智能學科［1］。2018年教育部印發了《教育信息化2.0行動計劃》，明確要求要完善課程方案和課程標準，使中小學人工智能和編程課程內容能充分適應信息時代、智能時代的發展需要。在當前大環境下，人們也要緊跟時代步伐，了解人工智能，掌握人工智能的相關知識，這會給我們未來的生活提供更多的便利，高中生也不例外。如何開展高中信息技術人工智能內容的教學，同時培養學生計算思維，提升學生核心素養，成為擺在高中信息技術教師面前的一個重要任務。

一、高中開設人工智能課程的意義

人工智能是指利用數字計算機或者由數字計算機控制的機器，模擬、延伸和擴展人類的智能，感知環境、獲取知識并使用知識獲得最佳結果的理論、方法、技術和應用系統［2］。科技的進步，改變了我們的生活，世界各國對于高科技研發的支持及投入力度不斷加大。在高中信息技術教學中加入人工智能課程，向學生滲透當今時代的高科技知識，有著非常重要的意義。

在高中信息技術教學中加入人工智能課程，在教學目標的實現上有以下意義：（1）知識與技能層面。學習人工智能相關知識，可以拓寬和豐富學生的知識面，使學生在學習科技前沿知識和先進技術手段的同時拓寬眼界，為未來的工作和生活打下人工智能技術與理論的基礎。（2）過程與方法層面。人工智能教學過程中注重對學生計算思維的培養以及核心素養的提升，同時注重培養學生的創造力與創新能力。學生通過學習人工智能知識，深入了解并掌握人工智能技術的原理，逐步具備在實際生活中使用人工智能技術、提高生活質量的意識和能力。（3）情感、態度與價值觀層面。在學習人工智能知識的過程中，學生了解并且領會了當前科技前沿的先進知識和技術手段，拓寬了眼界，認識世界和事物的角度更為宏觀。

二、“探秘人工智能”的教學結構

“探秘人工智能”的教學結構以教師的教和學生的學為基礎框架，以教學內容為核心，實現人工智能的知識結構、學生的認知結構、教師的導學結構三者有機、有序、有效的系統聯系。任何教學都必然存在相對穩定的結構體系，結合上述分析，可將“探秘人工智能”的教學結構設定為：準備—呈現—聯想—鞏固—反思。

（一）準備

由于本節課題較為特殊，是高中生在高中信息技術課堂中初識人工智能的第一堂課，所以在課堂準備階段既要提前準備好充足的課堂內容，也要注意激發學生對人工智能的興趣。產生興趣的前提是對于該事物有一定的了解，如果是完全不了解的內容，不但不利于學生產生興趣，還有可能會讓學生產生人工智能離我們很遙遠的想法。因此，在實際教學中，教學內容最好可以從實際出發，讓學生一開始就對人工智能產生濃厚的興趣，這對后續的學習是很有益處的。教師可以選取生活中學生熟知的應用或者是感興趣的高科技領域，通過多媒體等信息技術手段，激發學生的學習興趣。基于人工智能的特性，本課應做如下準備：

1. 本節課課程導入部分選擇視頻導入，該視頻為教師課前精心挑選的阿爾法狗與李世石的人機圍棋大戰。該視頻采用動畫解說并有很多人機大戰的實景拍攝，畫風以及背景音樂配合得恰到好處，視頻質量很高。

2. 準備《機器是如何進行人臉識別的》視頻，讓學生通過觀看此視頻完成機器進行人臉識別的相關內容填空。

3. 準備幾個人物的照片，可以是教師、學生或者電影人物的，為學生在課堂上使用AI軟件進行實踐提供素材準備。

4. AI圖像識別軟件以及軟件使用說明。

（二）呈現

在呈現階段，如何將教師提前準備好的素材與課堂實際教學結合起來，是本階段要考慮的首要問題。為實現課堂教學內容的理論性、實踐性與思想性的統一，整節課程的新授部分呈現思路如下：

1. 初識人工智能

讓學生帶著“人和人工智能誰更厲害？”這一問題觀看阿爾法狗與李世石的人機圍棋大戰視頻。

視頻引入阿爾法狗與李世石對戰的場面，由視覺感官引發學生對于本節課主題的思考并通過一個關于人工智能的經典問題促進學生頭腦風暴，讓學生主動探索。

2. 了解人工智能

了解人工智能概念。

3. 探究人工智能

第一環節：看圖識人

在這個環節中，讓學生觀看事先準備好的教師以及學生的照片。選擇學生身邊認識并熟悉的教師或同學，會讓學生更加具有參與感，也有助于激發學生興趣并積極探索。讓學生回答以下問題：

問題1：你是通過哪種方式識別出照片中的人物的？

問題2：想要通過人臉識別出一個人，需要經歷哪些過程？

第二環節：AI識人

（1）在本環節中，讓學生以小組為單位，使用事先準備好的AI圖像識別軟件，親自動手實踐，體驗機器進行圖片識別的步驟，同時思考以下問題：

問題1：計算機進行人臉識別的過程是怎樣的呢？

問題2：人工智能人臉識別過程與我們人類進行人臉識別的過程是否相同呢？

（2）學生以小組為單位使用AI圖像識別軟件的具體過程如下：將所要識別的照片存放于軟件的人臉庫中，再打開另外一張我們想要識別的圖片，點擊對比按鈕，即可識別出我們想要識別的人的相關信息。在實際操作中，小組里的每位成員都非常積極踴躍地嘗試利用AI圖像識別軟件進行識別。匹配識別過程中出現問題時，小組成員之間會相互幫助。此實踐活動充分調動了學生學習的積極性與主動性，學生也體驗到了將知識應用于實踐中的快樂，并嘗試在實踐中總結理論知識。實踐活動結束后，每個小組選派一位代表回答問題。由于在此環節中，每位學生都積極參與實踐與思考，小組成員間互幫互助，學生對于問題的回答達到了預期的教學效果。

（三）聯想

所謂“聯想”，是由一件事物想到另一件事物的心理過程。由當前的事物回憶起有關的另一件事物，或由想起的一件事物又想到另外一件事物，這都是聯想。一切智力活動都離不開聯想，教學中通過聯想，可以喚起學生對舊知識的回憶，溝通新舊知識之間的聯系，促進知識的遷移與發展，使學生在思維發散過程中產生更多的創作靈感，迸發出創新的火花。在該環節中依舊讓學生以小組為單位，發散思維，分析如下問題：

問題1：你剛才分享的人工智能環節涉及的是人工智能的哪些領域？

問題2：你所使用的智能工具還有哪些不足？你有哪些建議和想法？（可不考慮技術限制）

（四）鞏固

完成實踐活動中的AI圖像識別后，由實踐再回歸到理論。播放視頻《機器是如何進行人臉識別的》，并給出填空題目，讓學生認真觀看視頻后作答。

（五）反思

子曰：“吾日三省吾身。”在學習過程中如果只學習不反思，往往會缺乏知識的系統性歸納，導致所獲取的知識較為散亂。在本環節中，教師布置如下作業：我們知道人工智能對我們生活的方方面面都產生了一定的影響，很大程度上給我們的生活帶來了便利。這么優秀且能干的人工智能有沒有缺點呢？請寫一篇以“我眼中的人工智能”為題的小短文。這樣的課后作業可以讓學生積極回憶本節課中所呈現的人工智能的一些優點與缺點，有意識地建構相關的知識系統和知識網絡，辯證、理性地認識人工智能。

三、課堂結構優化

課前，筆者對《探秘人工智能》一書的內容進行了仔細研究，并根據課程知識的特點，將本節課的教學結構設計為“準備—呈現—聯想—鞏固—反思”。

關于聯想環節，在設計時筆者曾猶豫是否要加入這一部分。人工智能所涉及的領域非常廣泛，也是學生比較感興趣的話題。若學生“腦洞大開”，可能會提到非常多的相關知識，這樣會導致本節課的知識點過多而顯得課程內容過于雜亂。與此同時，也擔心學生的討論過于激烈而導致課堂“失控”。但是對于人工智能這種話題如果課堂上少了學生的頭腦風暴，也將失去本節課的趣味性。事實證明，在聯想部分，學生果然情緒高昂，紛紛分享自己對于人工智能的了解以及智能工具的應用體驗，課堂氣氛非常活躍。

關于反思環節，最初的教學設計是總結環節，讓學生回憶本節課內容，總結所學知識點。而反思環節不但包含對課堂內容的總結，還包含對知識的遷移應用。“授人以魚不如授人以漁”，筆者將原教學結構中的“總結”改為“反思”，并布置小短文，讓學生通過總結課堂知識、遷移應用知識，辯證、理性地認識人工智能。

本節課為人工智能初探，是學生學習人工智能知識的第一節課，是為后續人工智能的學習做鋪墊的一節課，所以筆者要提前構思接下來的人工智能相關知識點要如何教學。而布置開放性主題的課后作業就是不錯的選擇。它可為后續的課堂教學產生鋪墊作用。讓學生寫一篇以“我眼中的人工智能”為題的小短文，既可以讓學生回憶本節課教學內容，復習回顧本節課的知識點，又可以讓學生自己查閱材料，總結人工智能的優點和缺點，從而對人工智能有更加全面的認識，為后續人工智能的學習做好鋪墊。

課堂教學過程中多采用小組合作的方式進行教學。小組合作是一種有助于集思廣益的學習方式。學生在小組討論中，各抒己見，熱烈討論，在一次次的小組討論中，每個人的思想都可以得到分享，在別人提出意見或者給予贊同時，都會促進自己思想與想法的升華。

本節課是高中信息技術課堂中的第一節人工智能課程，在接下來的人工智能課程中，教師和學生還會對人工智能有持續動態化的感觸與認識。教師在教學過程中隨時調整自己的教學內容與教法，學生在學習過程中不斷地更新著對人工智能的認識。隨著時間的流逝，教師將會在今后的教學中完善高中信息技術人工智能版塊的內容，學生也將在今后的生活中親自體驗與感悟人工智能。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 沈菊峰.人工智能在信息技術教學中的實踐探索：以“單詞識別”教學設計為例［J］.中小學信息技術教育，2020（合刊1）：109-112.

［2］? 吳秀峰.人工智能賦能項目式課堂教學多元分析的實踐研究：以高中信息技術“聲光檢測”教學為例［J］.中小學信息技術教育，2022（9）：56-58.