三維聯(lián)動人工智能教育實踐研究

摘要：本文構(gòu)建了“課程·空間·活動”三維聯(lián)動的人工智能教育模式，該模式以“課程”為基礎(chǔ)，以“空間”為支撐，以“活動”為提升，通過三者的相互融合，有效提升了人工智能教育的效果。

關(guān)鍵詞：人工智能教育；三維聯(lián)動模式；視覺識別；智能閘機；實踐研究

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）14-0104-03

為了培養(yǎng)適應(yīng)未來社會需求的創(chuàng)新型人才，越來越多的學(xué)校開始將人工智能納入課程體系，并開始探索有效的實施模式。而如何有效地整合課程資源、構(gòu)建學(xué)習(xí)空間、設(shè)計實踐活動，以形成系統(tǒng)、高效的人工智能教育體系，是當前教育領(lǐng)域亟待解決的問題。[1]在此背景下，“三維聯(lián)動模式”應(yīng)運而生，該模式強調(diào)課程、空間與活動的有機結(jié)合。下面，筆者以“基于視覺識別的智能閘機”項目為例，深入探討基于三維聯(lián)動模式的人工智能教育實踐。

人工智能教育三維聯(lián)動模式的確立實施

筆者經(jīng)過多年的實踐研究發(fā)現(xiàn)，“課程”“空間”“活動”三要素在人工智能教育中發(fā)揮著重要的作用。

課程：在人工智能教育中，課程是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新力的基礎(chǔ)。人工智能課程不僅要重視大班教學(xué)的普及課程，還要關(guān)注社團、校隊的課程，為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才打下堅實的基礎(chǔ)。

空間：學(xué)習(xí)空間是支撐師生開展教學(xué)活動的重要場所。在人工智能教育中，學(xué)習(xí)空間應(yīng)包括物理空間和虛擬空間。[2]物理空間應(yīng)配備相關(guān)的人工智能教具和器材，如開源硬件等；虛擬空間則應(yīng)提供豐富的數(shù)字資源和學(xué)習(xí)平臺。

活動：活動是激活學(xué)生創(chuàng)新力的關(guān)鍵。在人工智能教育中，活動不應(yīng)局限于課堂活動，還應(yīng)包括與人工智能教育相關(guān)的競賽活動、科創(chuàng)節(jié)活動與體驗式活動等。

經(jīng)過文獻分析、案例研究和實證研究等，筆者確立了“課程·空間·活動”三維聯(lián)動的人工智能教育實施模式（如下頁圖1）。具體為：根據(jù)人工智能課程的教學(xué)目標、課程內(nèi)容設(shè)計合理的學(xué)習(xí)空間，同時，空間的建設(shè)為人工智能課程的進一步優(yōu)化提供了更大的可能性。人工智能教育的活動則是貫穿于課程和空間的主要內(nèi)容。人工智能課程的相關(guān)知識需要以項目活動為載體，而空間則是活動開展的物理支撐和保障。形成“課程+空間+活動”全面融合的人工智能人才培養(yǎng)模式，能夠達到以學(xué)促教、以教促建、以學(xué)促建的良好教學(xué)生態(tài)。

項目設(shè)計簡述

1.基于三維聯(lián)動模式的項目框架設(shè)計

課程設(shè)計：本項目采用大概念、大單元、大項目和學(xué)歷案的教學(xué)方式，將人工智能知識與實際生活場景相結(jié)合，通過項目驅(qū)動的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。同時，注重跨學(xué)科融合，將數(shù)學(xué)、物理、生物等多學(xué)科知識融入課程中，拓寬學(xué)生的知識視野。

空間構(gòu)建：本項目通過引入信息化工具，如點名系統(tǒng)、評價系統(tǒng)、直播投屏系統(tǒng)等，改善師生互動效果，提升學(xué)生參與度。同時，采用圓桌排列的方式提高小組內(nèi)的交流效果，營造積極向上的學(xué)習(xí)氛圍。

活動實施：本項目通過小組合作、自主探究等多樣化的學(xué)習(xí)方式培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新能力。同時，關(guān)注過程評價和能力培養(yǎng)，指向深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)理念。

項目模型分別為環(huán)境支撐層、教學(xué)準備層、活動設(shè)計層和目標導(dǎo)向?qū)樱鐖D2所示。活動設(shè)計層是模型的關(guān)鍵部分，是師生共同體在項目驅(qū)動下面向教學(xué)目標的活動，本項目采用了項目式學(xué)習(xí)、“做中學(xué)”學(xué)習(xí)模式、小組合作學(xué)習(xí)、支架式學(xué)習(xí)。首先，以學(xué)生熟悉的“校門口的出入閘機檢查”這一真實場景引出本項目課題，讓學(xué)生探究并嘗試解決生活中的真實問題。其次，學(xué)生進行自主探究，理解“訓(xùn)練模型”的概念，教師提供學(xué)習(xí)支架。再次，學(xué)生以小組合作的形式完成素材采集及模型訓(xùn)練。最后，學(xué)生運用數(shù)字化工具進行創(chuàng)意的展示和分享。[3]

2.以學(xué)生為中心的活動設(shè)計

在人工智能教育的“課程·空間·活動”三維聯(lián)動模式中，活動作為一個重要維度，在提升學(xué)習(xí)效率、促進學(xué)生參與、增強學(xué)習(xí)體驗、培養(yǎng)實踐能力等方面都有著重要的作用。本項目以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，采用項目式學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)、支架學(xué)習(xí)和“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)模式進行活動設(shè)計。如下頁圖3所示。

（1）創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

播放值日教師在校門口反復(fù)檢查學(xué)生有沒有佩戴口罩的視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考能否在簡單閘機的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)“閘機檢查學(xué)生是否佩戴口罩”，讓“口罩檢查”實現(xiàn)自動化。通過創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，明確關(guān)鍵問題，確定本項目研究的主題：基于視覺識別的智能閘機—口罩識別。

（2）自主探究，分析問題

在確定項目研究主題之后，引導(dǎo)學(xué)生思考教師在校門口檢查學(xué)生是否佩戴口罩的過程中，是怎樣利用眼睛、大腦、嘴巴協(xié)調(diào)完成這一任務(wù)的，從而類比到機器應(yīng)該采用哪三個步驟來實現(xiàn)識別判斷。在這一環(huán)節(jié)中，教師提供學(xué)習(xí)支架，在Moddle平臺上提供“訓(xùn)練模型”的微課，讓有需要的學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)。

（3）合作探究，解決問題

學(xué)生以小組合作的形式完成素材采集及模型訓(xùn)練。學(xué)生將采集的圖片根據(jù)戴口罩和不戴口罩進行分類并將分類好的照片導(dǎo)入，接著，進行模型測試，以驗證模型的有效性。學(xué)生借助程序流程圖，正確理解分支結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)當識別到戴口罩的時候做出合適的反應(yīng)，并適當增加樣本的復(fù)雜性以實現(xiàn)不同場景的識別，培養(yǎng)邏輯思維能力和計算思維。

（4）展示作品，分享評價

學(xué)生在完成口罩識別閘機的設(shè)計后，進行作品展示，師生對遇到的困難或難點進行討論分析，幫助學(xué)生進一步完善作品。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生能從程序編寫、語言表達、作品分享等方面綜合評價各小組的展示，提升運用數(shù)字化資源實現(xiàn)創(chuàng)意表達的能力。

（5）歸納總結(jié)，拓展延伸

教師采用知識搶答的方式，鞏固本節(jié)課的重難點，并對本節(jié)課進行總結(jié)，接著拋出問題引發(fā)學(xué)生思考：“怎樣才能讓閘機識別到具體是哪些同學(xué)沒戴口罩呢？”“閘機如何才能實現(xiàn)體溫自動測量？”通過這一系列問題讓學(xué)生舉一反三，遷移應(yīng)用所學(xué)知識，在主題的延伸中繼續(xù)深入思考和探索，從而培養(yǎng)科學(xué)探究精神。[4]

結(jié)束語

實踐研究表明，三維聯(lián)動模式將課程、空間和活動三個維度有機結(jié)合起來，有助于打破傳統(tǒng)教育的界限，實現(xiàn)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。對“基于視覺識別的智能閘機”項目的實踐分析表明，基于三維聯(lián)動模式的人工智能教育實踐在強化學(xué)生學(xué)習(xí)成果、改善教師教學(xué)效果以及促進教育創(chuàng)新等方面具有顯著效果。這種效果不僅體現(xiàn)在學(xué)生的知識掌握上，還體現(xiàn)在他們的思維能力、情感態(tài)度以及價值觀念等多方面。未來，筆者將繼續(xù)深入研究三維聯(lián)動模式在不同類型的人工智能教育項目中的應(yīng)用和推廣策略，以期為一線教師提供更全面有效的借鑒。

參考文獻：

[1]袁中果.新技術(shù)下中小學(xué)人工智能教育的現(xiàn)狀[J].中國科技教育，2023（04）：23-25.

[2]陳明陽，陽亞平，陳明，等.智慧教育視域下混合式學(xué)習(xí)空間的構(gòu)建與實踐研究[J].中國遠程教育：綜合版，2019（11）：79-85.

[3]范仁俊.淺談“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”素養(yǎng)的培育[J].教育研究與評論：中學(xué)教育教學(xué)版，2019（07）：78-82.

[4]李俊.三維聯(lián)動人工智能教育[M].長春：東北師范大學(xué)出版社，2022：124-126.