基于人工智能課程教學提升初中生數字化學習與創新素養

李燕濤 袁月麗

【摘 要】人工智能的發展，有利于數字化學習工具的教育應用。以培養數字化學習與創新素養為目標進行人工智能課程設計與教學，凸顯了人工智能時代學習工具的特色。本文結合教學實踐，以“AI天工造物”一課為例，嘗試構建項目式教學模式，提升學生的數字化學習與創新素養，探討數字化學習工具評價在學校教學中的應用策略。

【關鍵詞】人工智能；項目式學習；數字化學習與創新；數字化學習工具

【中圖分類號】G434? ?【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）06-052-03

人工智能技術的發展呈現出數據規模增加、計算能力增強和行業應用能力提升等顯著特征[1]。人工智能技術支撐下的教育生態，學生的學習邁向個性化，教師開展精準化教學，學校實現智能化管理。教師利用數字化工具更好地推動初中生的數字化學習，讓學生在體驗中理解人工智能原理[2]；根據學生特點開展有趣味的人工智能項目式教學課程，以賽促學，設計創新性數字化作品，在解決問題的過程中培養學生人工智能學科素養。學生通過本學科學習之后，逐步形成人工智能關鍵能力、必備品格與價值觀念，并將人工智能技術遷移到生活中以解決實際問題。

人工智能課程教學思路

人工智能課程教學概念通常界定為以人工智能作為學習內容，體驗技術，并對技術應用蘊含的原理、創新方法進行學習，借助課程配套的實驗裝備，驗證測試原理并進行創新性的應用，通過機器自動對信息采集、分析、處理、執行的一系列過程模擬真實場景問題的實踐性課程。在初中階段開設人工智能課程，借助人工智能、大數據技術，打造一個智能化教育生態，通過線上和線下相結合的方式，能夠實現人工智能時代的教育教學創新。

1.基于項目的課程教學

何謂初中生數字化學習與創新素養？在初中階段，學生通過選用合適的數字設備、平臺和資源，有效地管理學習過程和學習資源，開展基于項目式的探究性學習，創造性解決真實問題，從而培養分析問題和解決問題的能力（圖1）。學生在學習過程中積極參與創新實踐活動，理解和內化知識技能，體驗創新的艱辛和成功的樂趣，注重的是項目完成過程，而不是最終的結果。

圖1? 項目式教學思維導圖

根據教學需求，筆者選擇AI編程，設計思路如圖2所示。從課標到教材，從內容到方法，這樣的設計能讓學生擁有更為廣闊的探究空間。

圖2? “AI天工造物”課設計思路

2．注重學生數字化學習真實體驗

人工智能課程教學為學生數字化學習提供了新視角，根據學生體驗的深度從下而上分為本能層、行為層、反思層三個層次（圖3）。感官體驗激發學生的學習興趣，數字化學習資源助力學生體驗資源的交互、生成等智能化功能，提高學生的數字化學習素養。符合學生從淺層次外在感知逐步走向深層次情感認同的認知規律，培養學生從個性化發展到情感價值觀塑造。

圖3? 智能時代數字化學習資源的學生體驗模型

3.提倡多元評價

教師利用問卷星、騰訊文檔在線收集、UMU互動、Storyline等搭建多維度、多主體參與的多元評價方式[3]，鼓勵學生將項目活動中編寫好的程序截圖或拍攝視頻后提交；指導學生錄制作品視頻時選擇容易操作的錄頻軟件，如全能錄屏助手、迅捷屏幕錄像等軟件，確保視頻畫面穩定，用通俗易懂的語言介紹作品功能，展示亮點。多元評價采取幾種評價相結合的方式。

（1）自評。側重分析小組成員的評價策略，如何對項目頭腦風暴，發現問題，對主題活動目標進行數字化學習與創新，如何分工，如何解決問題等，量化對比找差距。

（2）互評。要求團隊成員按照組長分工，查看和點評他組作業至少6份。從信息意識、計算思維、小組協作、數字化創新等方面進行多維度評價。學生通過數字化學習平臺查看其他小組上傳的數字化作品，充分發揮自主及合作能力，關注作品設計亮點，提升運用數字化資源與工具解決生活中實際問題的綜合能力。

（3）師評。教師評價既要從學生信息意識和計算思維課程設計進行評價，還要從學生數字化作品的創作和整合能力等方面進行綜合評價，分析存在的不足及需繼續完善的方向。

人工智能賦能課堂精準化教學

如何借助數字化學習創造性地解決問題？通過人工智能課程的教學實踐，筆者選擇適合項目式學習的環境、創意、活動、交流的教學模式，學生能夠積極主動地運用數字化學習平臺進行學習與創新活動。在活動過程中，學生專注知識創新和實際應用，實現教學目標，提升數字化學習與創新素養。教學環節以人工智能項目式教學“AI天工造物之食品分類”為例來說明。

1.創真實情境

教師視頻導入：冬奧會冰雪之旅，“冰雪精靈”賽車在賽場上按照比賽路線依次抵達檢錄區，錄入人臉信息；抵達休息區，識別食品；抵達比賽區，比賽計時，完成頒獎；最終抵達終點，完成冰雪旅程。學生看完視頻后，教師設問：如何幫助“冰雪精靈”賽車在2分鐘內按照既定路線完成各個賽區的任務呢？如果你能提前完成，每提前1秒加1分。

本項目以學生幫助冰雪精靈賽車完成比賽作為驅動，開展真實情境的學習活動，培養學生的團隊協作精神和創新意識，進而解決實際問題。

2.分析問題，設計方案

教師引導學生使用人工智能實驗教具——Futuristic AI小車的基本應用，對AI小車形成感性認識， 根據賽區完成的任務需求，建模并設計“冰雪精靈賽車”的創意雛形（圖4）。本階段是AI知識、技巧掌握的關鍵環節。在設計過程中，學生分析問題特征，教師幫助學生在數字化學習平臺上合理地甄別學習資源，拓寬視野，引導學生有效地解決問題，實現數字化學習。

圖4? 學生設計的賽車雛形

3.引導解惑，活動驗證

教師請學生觀察賽車前進時輪子轉動方向是怎樣的？接著示范編寫前進的程序，學生編寫后退程序。教師指導學生小組協作探究小車轉向的幾種方式，編寫程序測試不同轉向方式的效果，用時最短優先選擇。學生用履帶、編碼電機及手動遙控程序，在起點、檢錄區、休息區、比賽區、終點的路程中，控制機器人移動；用超聲波傳感器和測距程序在檢錄區測量機器到目標的距離，并語音合成播報和顯示。

教師拋出問題：食品分類識別的奧秘是什么呢？學生只需要打開攝像頭并拍下方塊上的文字就可以識別食物的種類。學生用攝像頭、人臉識別程序、印刷數字文字識別程序，在檢錄區、休息區和比賽區，分別進行人臉錄入、人臉身份驗證、數字識別、文字識別。本活動中，學生編寫分類程序，建立一個訓練模型，將類似的詞分別輸入兩個框中，然后進行“模型訓練”，在大數據庫，訓練模型時就從數據庫中找到同類的并分配。這樣一來，在運行時就可以隨意調用這些數據并分類。

4．拓展交流，概念轉化

教師提問：在日常訓練中也會出現識別錯誤的現象，那么這又是為什么呢？（縱向拓展）學生各抒己見，如攝像頭拍攝方塊上的食物文字，方塊上的字與其他類別的食品名字相似度太高，如蘋果、蘋果汁，我們在模型訓練時盡可能多地輸入詳細的詞條，避免失誤。學生經過思考提出優化解決方案：事先建立分類模型，再新建三個模型，在每一個模型中，首先通過輸入文本，輸入十個以上的文字數據，對這些數據進行人工分類；之后讓計算機根據這些數據的相關特點建立模型，對于每一種模型，先根據第一個數據建立模型，再結合后面的相關數據進行矯正，最后形成一個相對準確的模型。每一類建立一個模型，然后進行模型訓練，訓練出準確的模型，再通過攝像機將圖像識別成文字，拍攝識別文字，將錄入的文字與這些模型進行對比，選擇相似度最高的一個模型進行模型分類，最終確定分類結果。如輸入火龍果，則輸出結果為水果，這樣完成食品分類。

在新的情境活動中，教師引導學生對發現的新問題進行矯正，訓練準確模型，進行有效的數據模型建立，從而優化方案，提升了數字化創新能力。學生在交流拓展中深化新知識和內容，在挑戰中體驗成就感。

基于項目式的教學模式，從問題情境、興趣引入、活動組織、活動評價、問題解決這些環節既相對獨立，又緊密聯系，組成了人工智能課程教學的閉環。其蘊藏著由淺入深培養學生問題探究能力的教學理念，從深刻理解原理到逐級探索創新，培養學生由概念轉變到知識體系建構的人工智能數字化創新思維提升能力。

人工智能課程教學反思

1.項目式教學激發學生創新欲

在項目式教學實踐中，教師要將生活中人工智能應用的事物和現象融入課程，拓展并豐富中學階段人工智能課程教學目標和內容向更深層次的發展。同時，教師在課程中應用相關人工智能硬件和成熟的智慧課堂系統，降低對學生人工智能知識儲備要求，更有益于教師普及性教學，激發學生的探索欲望。

2.巧用教具助力培養學生高階思維

教師選擇適合學生的人工智能實驗教具，根據問題需求，搭建集功能性和個性化于一體的模型，如學生可以通過AI圖形化的方式實現程序功能，降低他們文本編程對編程能力的要求，從而將更多的注意力和精力投入到體驗和實踐人工智能作品創作上，力圖發展學生的數字化學習能力。教師要注重從學生問題解決能力、創新思維開發和團隊合作等方面綜合考慮、評價，致力于提高初中學生的人工智能創新素養和項目開發能力。

結? 語

人工智能教育能夠培養學生“巧做事”，享受個性化教育。智能化的教育生態，讓學生領悟到課程學習目標的新穎和獨特，改變了教師的教育理念及教學模式。以現實問題的解決為導向，借助各種數字化學習資源開展項目式學習，學生能夠輕松地參與探討、積極實踐，從而培養數字化學習與創新素養。

參考文獻

盧宇. 智能時代的中小學人工智能教育：總體定位與核心內容領域[J]. 中國遠程教育，2021（5）： 22-32.

謝忠新，曹楊璐，李盈. 中小學人工智能課程內容設計探究[J]. 中國電化教育，2019（4）： 22-27.

項慧芳. 中小學普及型人工智能課程教學實踐探究[J].中國現代教育裝備，2021（12）： 31-34.