高中信息技術教材研用主線設計探究

摘要：本文探討了高中信息技術教材在使用過程中的主線設計，提出要結合學生需求、真實情境和科技發展現狀，設計項目范例和教學環節主線，并以《剖析領域知識智能問答機器人》一課為例，設計了“識、明、智、審”的教學流程，旨在增強學生對智能問答系統的理解和應用能力。

關鍵詞：高中信息技術；教材研用；教學主線；智能問答系統

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）15-0068-03

研讀教材的主要目的是幫助教師構建完整的學科邏輯體系，從而深入理解不同模塊、單元內容的教學目標，把握教學的重點和難點，確保教學內容的系統性、科學性和準確性。而高中信息技術教師在應用教材開展教學時，常會出現“過分拘泥于教材”“完全脫離教材”等問題。筆者根據教學實踐提出，在“使用”教材時，教師不僅要考慮學生的實際學情和需求，還要結合科技發展的現狀，選擇科學的教學方法和策略優化教學內容及實施路徑，進而更好地激發學生的學習興趣，提高教學效率。下面，筆者以“主線創建”為視角，以《剖析領域知識智能問答機器人》一課為例，探討高中信息技術教材研用的做法與收獲。

問計于生，設計真實情境的項目范例主線

本課例出自粵教版高中信息技術必修一《數據與計算》“6.1.2剖析領域知識智能問答機器人”。教材以“剖析空調企業智能客服機器人”作為項目范例，引導學生體驗人工智能典型應用，并通過剖析，了解智能信息處理的巨大進步和應用潛力，認識人工智能在信息社會中的重要作用。在實際教學中，筆者發現學生對“客服”機器人的情境認同感和興趣并不高。如何更好地激發學生學習興趣，設計符合學生認知水平和真實情境的項目范例呢？

筆者采用了“問計于生”的方式，即在前期通過問卷調查和訪談的形式，收集學生最感興趣的話題，并據此設計項目范例主題。在實際教學中，根據實際調查結果，筆者將教材中原來的“企業智能客服機器人”調整為學生提出的“智能學習助手”，這樣不僅能提升更多學生的體驗興趣，還可以在此基礎上引導學生結合其不同的愛好與需求將“領域”進行聚焦重構。此外，在“6.2 人工智能的應用”案例中，筆者仍以智能教育為重點，延續AI在學習領域的剖析，讓本章的探究與學習有統一的項目主線，從而將問答系統的基本結構、認識人工智能、人工智能的應用等單元知識內容進行有序串聯，讓項目范例更具示范性和實效性。

跨學科融合，設計能啟發思考和引導實踐的探究問題

要想提高學生項目探究的積極性和實效性，還要輔以具體的探究問題。例如，“智能學習助手”仍然是一個比較“泛”的概念，在實際教學中，學生的起點和興趣不同，教師要找到一個深淺適度的探究問題，讓學生都感興趣，并適合用AI問答系統提問和分析。在此過程中，筆者嘗試跨學科融合，結合語文、英語、歷史等學科具體問題，引導學生使用AI問答系統去提問。通過不斷嘗試，筆者最終設計了“我國秦朝以來歷朝都城變遷有何規律”這一探究問題，激發了學生興趣。同時，AI系統的回答也具備多樣性，比較適合進行對比分析。

目標導向，設計張弛有度的教學環節主線

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》的具體要求和教材的內容在落實到每節課時，有著不同的教學目標與實施重點。例如，在設計“剖析領域知識智能問答機器人”項目時，筆者將目標聚焦于幫助學生了解并體驗智能問答系統，剖析其工作原理，明白智能問答系統如何通過數據（知識庫）和算法（相似度計算）等實現對自然語言問題的處理，從而理解問答系統的基本模塊及其作用。同時，在內容上，本節課的知識密度較高，因此，如何根據知識點的重要性、難度，設計一條清晰的課堂教學主線，保障目標在探究實施活動中逐步達成，成為本課面臨的一大難點。筆者的做法是以目標為導向，設計張弛有度的教學環節主線，即將重點放在數據和算法上：數據以知識庫的內容體現；算法則主要結合教材中的Jaccard相似度系數算法。在教學環節的設計上，設計了體驗AI應用、剖析相關算法、了解工作過程、理解AI問答系統等環節，最終提煉出“識、明、智、審”作為教學環節的主線，分別對應四個教學環節，通過教學環節的不同時間分配，讓課堂的探究活動有清晰的線索，最終解決兩個重難點問題，落實教學目標。

基于教材，開展教學

1.識—問題導入、體驗分析

情境導入：高中生小涵想構建一個歷史知識問答機器人CHAI博士，請幫小涵剖析如何讓CHAI博士實現歷史知識的人機問答？

活動一：認識智能問答系統。

①人機共答問題：“我國秦朝以來歷朝都城變遷有何規律？”（這也是測試“CHAI博士”問答能力的問題）

②學生思考：AI能回答這類開放性的問題嗎？

③教師演示。

④學生體驗：打開“CHAI博士.py”程序→運行程序→開展人機問答→分析AI的回答，思考它需要具有哪些知識才能回答此類問題。

⑤師生分析：對比人的思維過程，分析CHAI博士從接收問題到給出答案之間可能的“思維過程”：獲取問題→提取問題關鍵信息→搜尋知識庫→分析數據尋找規律→做出回答。

2.明—知識為基、原理剖析

活動二：剖析智能問答系統—剖析CHAI博士的知識庫及其重要性。

①教師展示，學生觀察：提供“CHAI博士的知識庫.txt”資料，查看已有知識。

②教師演示，學生實驗：運行“CHAI博士問答機器人一代.py”程序，提問知識庫中已有的問題、沒有的問題及測試問題，分析“CHAI博士問答機器人一代.py”回答問題的“水平”、原理、不夠智能的表現。（結論：CHAI博士一代只能回答與知識庫中一模一樣的問題）

③學生思考并回答：根據CHAI博士現在的知識庫內容，它可以將測試問題回答到哪種程度？（結論：能部分回答“我國秦朝以來歷朝都城”，但是缺少各都城詳細的數據與知識，無法總結變遷規律）

④教師講授新知：介紹專家文檔庫相關知識，提供可以構建歷史領域知識的專家文檔庫，從而讓CHAI博士具備歷史知識問答的知識基礎。

3.智—算法優化、智能問答

活動三：剖析如何優化算法，讓CHAI博士更“智能”。

①啟發思考：如何讓CHAI博士可以尋找相似的問題進行解答，或找到相關問題用于學習分析？

②引出算法：學生閱讀教材，了解Jaccard算法。

③新知講授：相似度系數的作用；用Jaccard算法計算相似度系數的方法。

④教師演示，學生實驗：打開“CHAI博士的知識庫.txt”，找一個庫存問題（如“漢朝的首都是哪兒？”，記為QN），并記住它的答案→打開“分詞并計算相似度.py”程序，用程序計算QN及其相似問句（如“漢朝的首都？”，記為QA）的Jaccard相似度系數→運行“CHAI博士問答機器人二代.py”程序，修改判斷用戶提問QA和庫存問題QN是否相似的判斷條件，運行并觀察程序是否會輸出相似問題的答案，分析如何結合相似度系數讓比對條件設置得更合理。（例如，if jac≥0.5就是程序中設定的判斷語句，jac變量值就是實際計算得到的QA和QN的Jaccard相似度系數）

結合問題，理解新知：結合活動三中發現的問題（如即使找到相似問題進行回答，也依然存在不篩選所有符合條件的候選問句等不足），進一步思考還可以怎樣讓問答系統更智能，加深對相似度計算、答案抽取、問題理解等模塊和問答系統結構的理解（如下圖）。

4.審—勤疑善問、合理使用

活動四：思考如何合理使用智能問答系統。

利用問答案例，啟發學生思考：通過對CHAI博士幾個程序在本節課中的回復分析，提醒學生對智能問答的結果要在知識、數據、算法、程序等方面進行驗證，合理使用，保持獨立的思考和辨析，即勤疑善問、合理使用。

反思

一是要明確教學理念，融入更多信息社會責任思辨環節。相比教學生體驗和使用各種AI，讓學生學會學習、學會審辨式思考，并培養其探究意識和探究能力更為重要。

二是要與時俱進，選用或搭建適合的數字化工具。

該課例需要體驗和分析智能問答系統，在實際教學中，由于各AI平臺都需要驗證登錄，筆者沒有直接使用AI平臺，而是借助模型調用，結合本課內容重點編寫便于調用和體驗的智能問答程序。這體現了信息技術學科與時俱進的時代特征，也體現了提升數字化學習與創新能力的學科價值。

三是要根據目標，合理設計教學支架和教學環節。由于課堂條件有限，學生不一定有足夠的時間從頭到尾完整編寫程序，因此，如何合理設計教學支架和環節顯得尤為重要。在本課例中，將四個知識點均衡分配時間顯然是不合理的，所以，為了讓學生在實驗中感受到數據與算法的重要性，筆者提供了不同版本的簡易AI程序作為學習支架，這既可以為后續讓學生完善程序開展探究做鋪墊，也能夠滿足教材中對于智能問答系統的要求。

參考文獻：

胡長權.新課程背景下的信息技術新教材初探[J].中國教育信息化，2010（22）：31-32.