基于設(shè)計思維的初中人工智能教學(xué)實(shí)踐

【摘 要】基于設(shè)計思維的初中人工智能教學(xué)模式以增強(qiáng)體驗(yàn)性為整體教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建教學(xué)流程，讓學(xué)生在感知體驗(yàn)、原理解析、設(shè)計制作與交流評價的過程中感受人工智能的魅力、理解原理、探究應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】人工智能教學(xué)；設(shè)計思維；教學(xué)模式；體驗(yàn)性

【中圖分類號】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2023）52-0036-03

【作者簡介】杜沁儀，江蘇省常州高級中學(xué)（江蘇常州，213004）教師，二級教師，主要研究方向?yàn)槿斯ぶ悄芙虒W(xué)。

隨著智能時代的到來，人工智能教育受到了國家的高度重視。2017年7月，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確我國應(yīng)在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。2022年4月，教育部印發(fā)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，要求在初中階段設(shè)置人工智能相關(guān)內(nèi)容。審視當(dāng)前初中人工智能教學(xué)現(xiàn)狀，教師缺少相應(yīng)教學(xué)策略，大多仍沿用傳統(tǒng)講授式教學(xué)模式。然而初中人工智能教學(xué)的內(nèi)容與目標(biāo)有新生性與特殊性，傳統(tǒng)教學(xué)模式難以促進(jìn)目標(biāo)有效達(dá)成，因此通過改進(jìn)教與學(xué)的形態(tài)來提升學(xué)習(xí)效果成為亟須深入研究的重要問題。設(shè)計思維是一種在現(xiàn)實(shí)問題解決中，綜合運(yùn)用知識，創(chuàng)造性解決問題的思考方式，為初中人工智能教學(xué)提供了一個新視角。鑒于此，本研究從設(shè)計思維視角切入，圍繞初中人工智能教學(xué)目標(biāo)，建構(gòu)基于設(shè)計思維的初中人工智能教學(xué)模式。

一、基于設(shè)計思維的初中人工智能教學(xué)模式構(gòu)建

（一）模式構(gòu)建的總體思路

1.以增強(qiáng)體驗(yàn)性為整體教學(xué)目標(biāo)

初中階段的學(xué)生對未知事物抱有強(qiáng)烈的好奇心，喜歡動手實(shí)踐，傾向于開展具有多種刺激因素的學(xué)習(xí)。初中人工智能教學(xué)的目標(biāo)是通過感知、體驗(yàn)、創(chuàng)作等活動，幫助學(xué)生感受、理解、探究人工智能，并適應(yīng)智能時代的工作與生活，為智能領(lǐng)域的專業(yè)人才發(fā)展奠基。知識具有體驗(yàn)屬性，需要學(xué)生親身感知，從而實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)化、素養(yǎng)生成。

2.基于設(shè)計思維模型構(gòu)建教學(xué)流程

在實(shí)施策略方面，設(shè)計思維模型使得基于設(shè)計思維的學(xué)習(xí)過程有依據(jù)。不等同于設(shè)計流程，設(shè)計思維模型展現(xiàn)了設(shè)計過程的有序性與可操作性，并從宏觀上明確了各環(huán)節(jié)所處的地位與相互關(guān)系。本研究經(jīng)過對EDIPT模型構(gòu)成要素與各階段內(nèi)涵的分析，發(fā)現(xiàn)EDIPT模型能夠?yàn)槌踔腥斯ぶ悄芙虒W(xué)單元化遞進(jìn)式活動的設(shè)計與實(shí)施提供有效指導(dǎo)。

3.采用單元教學(xué)設(shè)計統(tǒng)整學(xué)習(xí)活動

單元是教師以整體性視角重組教學(xué)內(nèi)容后，形成的具有鮮明主題、清晰主線和緊密結(jié)構(gòu)的教學(xué)單位，意味著以全局性的視角看待課時。采用單元教學(xué)設(shè)計統(tǒng)整學(xué)習(xí)活動的意義主要體現(xiàn)在兩個方面：一是能夠圍繞單元教學(xué)目標(biāo)將初中人工智能的學(xué)習(xí)內(nèi)容、活動、評價等要素相互關(guān)聯(lián)融合，有利于學(xué)生對于學(xué)科內(nèi)容的完整深入感知；二是能夠圍繞一個劣構(gòu)的真實(shí)性核心任務(wù)設(shè)計遞進(jìn)式學(xué)習(xí)活動，為問題解決的迭代優(yōu)化創(chuàng)造空間。

（二）初中人工智能教學(xué)模式構(gòu)建

本研究以增強(qiáng)體驗(yàn)性為整體教學(xué)目標(biāo)，基于設(shè)計思維模型構(gòu)建教學(xué)流程，采用單元教學(xué)設(shè)計統(tǒng)整學(xué)習(xí)活動，最終形成了基于設(shè)計思維的初中人工智能教學(xué)模式（如圖1所示）。

本研究基于EDIPT設(shè)計思維模型的五個核心要素以及初中人工智能教學(xué)活動的特征，構(gòu)建了四階段活動設(shè)計、學(xué)生活動和教師支持三個維度的教學(xué)實(shí)踐，這是一個整體性、單元化、非線性螺旋上升、循環(huán)迭代的過程。當(dāng)任何一個活動階段出現(xiàn)問題，師生都應(yīng)返回到可能導(dǎo)致問題的階段重新開展活動。面對不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，當(dāng)前模式需要根據(jù)實(shí)際情況發(fā)生相應(yīng)變化，某些流程會被省去，或是流程與流程之間有重疊，流程之間的順序有變更。此外，初中人工智能教學(xué)的順利開展還需要線上線下一體化的人工智能學(xué)習(xí)空間提供必要的資源保障。具體而言，該模式的教學(xué)過程如下。

1.感知體驗(yàn)

感知體驗(yàn)是學(xué)習(xí)人工智能的第一個環(huán)節(jié)。教學(xué)過程中，建議使用生活中的產(chǎn)品讓學(xué)生親身操作體驗(yàn)，直觀感知這項技術(shù)是什么，有什么作用，能怎么使用。基于本階段的感知體驗(yàn)，學(xué)生能夠更加深入地思考要如何運(yùn)用這一項技術(shù)解決自己發(fā)現(xiàn)的問題。教師可以結(jié)合實(shí)際教學(xué)情境，組織角色扮演、場景模擬、互動采訪等多元化活動，幫助學(xué)生明確受眾需求與問題本質(zhì)，形成本單元學(xué)習(xí)探索的目標(biāo)，提升學(xué)生的洞察力、觀察力與同理心。

2.原理解析

原理解析階段注重學(xué)生基于實(shí)踐操作的原理理解與運(yùn)用。在學(xué)生實(shí)踐過程中，教師不能過多干預(yù)，讓學(xué)生用“看說明書”代替“過程探究”。僅僅陳述或總結(jié)歸納實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與技術(shù)要點(diǎn)，缺少試錯、分析、調(diào)整等深度思考，隨著問題情境的變化，學(xué)生將難以激發(fā)出新的思考，陷入學(xué)過的知識想不到、不會用的境地。同時，當(dāng)問題解決陷入困境時，需要教師組織頭腦風(fēng)暴、小組協(xié)作、科學(xué)探究等活動，幫助學(xué)生為后續(xù)的原型構(gòu)建提供支撐。

3.設(shè)計制作

原型制作與測試是由創(chuàng)意發(fā)散、計劃構(gòu)思向創(chuàng)意聚斂、實(shí)踐操作匯聚的過程。原型制作以解決方案快速具體化為基本方針，可以是產(chǎn)品的簡略結(jié)構(gòu)，也可以是問題解決過程的簡單模擬。本階段活動以學(xué)生自主實(shí)踐為主，在循環(huán)迭代中優(yōu)化創(chuàng)意產(chǎn)品，借助用戶反饋清單、產(chǎn)品優(yōu)缺點(diǎn)分析圖等工具快速定位改進(jìn)方向，進(jìn)行持續(xù)探索。教師需要扮演教練員和指導(dǎo)員的角色，及時提供支架（如參考資料、平臺工具、操作指南等），推動問題解決進(jìn)程。

4.交流評價

人工智能教學(xué)采用過程性與總結(jié)性相結(jié)合的多元主體評價形式，尊重學(xué)生差異，以“彈性”量尺度量學(xué)生知識與能力的增長情況。融合質(zhì)性與量化評價數(shù)據(jù)，例如學(xué)生投票、用戶使用體驗(yàn)、習(xí)題測驗(yàn)、人工智能課程學(xué)習(xí)評價量表、課堂觀察記錄表、課堂錄制視頻以及學(xué)習(xí)互動平臺數(shù)據(jù)等，充分發(fā)揮評價的鑒定、導(dǎo)向與激勵作用。

二、基于設(shè)計思維的初中人工智能教學(xué)實(shí)踐案例

（一）案例設(shè)計

“智能語音”是初中人工智能中“聽”這一部分的單元綜合課程，在基于設(shè)計思維的初中人工智能教學(xué)模式與逆向教學(xué)設(shè)計理論的指導(dǎo)下完成該案例設(shè)計。

（二）案例實(shí)施

本次案例實(shí)施的對象為20名七年級學(xué)生，時間持續(xù)一個月。課前訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對智能語音技術(shù)的應(yīng)用基本有直觀體驗(yàn)，對這部分知識興趣濃厚。案例實(shí)施主要包含四個階段。

1.感知體驗(yàn)。學(xué)生“說”方言，“聽”方言，觀看宣傳片，接著借助電腦與智能機(jī)器人體驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用。2.原理解析。學(xué)生觀看技術(shù)原理動畫，概括技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程并實(shí)踐體驗(yàn)，接著以小組為單位構(gòu)思方言保護(hù)的實(shí)施方案。3.設(shè)計制作。學(xué)生自主實(shí)踐，制作方案原型。教師為學(xué)生提供個性化支架，引導(dǎo)學(xué)生迭代優(yōu)化原型。4.交流評價。各小組介紹原型實(shí)現(xiàn)的功能、創(chuàng)新點(diǎn)以及探索歷程，結(jié)合反饋優(yōu)化作品。

（三）教學(xué)效果

本次實(shí)踐主要采用人工智能教學(xué)實(shí)施效果問卷，對學(xué)生及聽課教師進(jìn)行非結(jié)構(gòu)式訪談，作品質(zhì)性評價和基礎(chǔ)知識測驗(yàn)四種途徑進(jìn)行評價。從教學(xué)效果來看，該模式對初中人工智能課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生了積極效果。

初中人工智能教學(xué)致力于促進(jìn)學(xué)生對人工智能應(yīng)用的深度體驗(yàn)以及對原理的深刻理解，從而進(jìn)一步提升深入探究的濃厚興趣。研究證明，學(xué)生對基于設(shè)計思維的初中人工智能教學(xué)模式滿意度較高，并且取得了積極的情感體驗(yàn)，能夠有效掌握相關(guān)知識與技能。在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)以下兩個問題：一是學(xué)生差異較大，存在小組個性化指導(dǎo)不及時與組內(nèi)成員“搭便車”的現(xiàn)象；二是學(xué)生并未充分理解各學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的核心任務(wù)，特別是設(shè)計制作環(huán)節(jié)不明確應(yīng)該以何種形式制作并測試產(chǎn)品原型。

未來將開展系統(tǒng)化、規(guī)模化的教學(xué)實(shí)踐，完善教學(xué)模式評價方式，推動實(shí)踐過程迭代優(yōu)化。此外，如何在教學(xué)實(shí)踐中基于差異促進(jìn)學(xué)生個性化發(fā)展，如何幫助學(xué)生更快適應(yīng)該模式下的教學(xué)活動以及該模式中各環(huán)節(jié)動態(tài)變化的過程有何規(guī)律等問題還有待進(jìn)一步深入研究。責(zé)任編輯：金茂喆