淺談初中信息科技“體驗(yàn)人工智能應(yīng)用”

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》 明確指出，信息科技在課堂教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任四大核心素養(yǎng)意識。其中，信息意識與計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)是首要的，也是最顯性的。作為初中生的必修課程之一 ，在互聯(lián)網(wǎng)日新月異地發(fā)展及數(shù)字化時代的今天，初中生學(xué)習(xí)“信息科技”是順應(yīng)和滿足社會發(fā)展進(jìn)步、教育進(jìn)步的必然結(jié)果。當(dāng)前，無論是青少年學(xué)生，還是社會工作者，學(xué)習(xí)的需要、工作的需要、社會的發(fā)展、生活的需求，越來越離不開計(jì)算機(jī)知識和計(jì)算機(jī)操作技能。正因如此，信息科技課程對提升學(xué)生信息科技核心素養(yǎng)越來越重要，因此，要不斷進(jìn)行改編調(diào)整，優(yōu)化單元知識結(jié)構(gòu)框架。

然而，目前，許多初中學(xué)校的信息科技學(xué)科教學(xué)情況不盡如人意。不少鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校和教育資源緊缺的學(xué)校，對信息科技的授課時長較少，甚至沒有。雖然也有很多初中學(xué)校投入了大量的師資與經(jīng)費(fèi)，非常重視信息科技教育。但是，結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況來看，許多學(xué)校和教師重視對學(xué)生計(jì)算機(jī)操作能力的培養(yǎng)，忽略對學(xué)生信息科技核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。鑒于此，本文基于核心素養(yǎng)指向下的初中信息科技課堂教學(xué)實(shí)例，以人工智能單元教學(xué)為例，進(jìn)行了初步的探索與實(shí)踐。

一、真實(shí)情境驅(qū)動：引入應(yīng)用項(xiàng)目

（一）明確人工智能開發(fā)主題

以八年級教學(xué)為例，關(guān)于人工智能的教學(xué)，在課時、條件、資源有限的前提下，作為信息科技教師，要盡可能提高課堂教學(xué)效率，以培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、計(jì)算思維為前提，盡可能讓學(xué)生有機(jī)會多體驗(yàn)、多操作，且多接觸和聯(lián)系生活中常見的情境。正如開篇所言，當(dāng)前社會各領(lǐng)域早已離不開信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是人工智能技術(shù)在社會生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，極大方便了人們的工作、生活和學(xué)習(xí)。

目前，學(xué)生使用的教材中，設(shè)置了很多生活中的智能應(yīng)用，而大部分學(xué)生在生活中也曾接觸過智能應(yīng)用。例如：刷卡打卡系統(tǒng)、AI語音系統(tǒng)、 圖書館智慧機(jī)器人、飯店清掃衛(wèi)生機(jī)器人、交通智能識別系統(tǒng)、城市大街小巷逐漸多起來的無人超市等。在課前的導(dǎo)學(xué)互動環(huán)節(jié)中，教師通過調(diào)查問卷，了解全年級學(xué)生的實(shí)際情況，根據(jù)學(xué)生的意見、反饋和相關(guān)建議，最終確定將“無人超市/自動售貨機(jī)”等 ，作為本文人工智能項(xiàng)目活動設(shè)計(jì)的目標(biāo)任務(wù)。

（二）了解無人超市的工作流程

在授課前，教師可以讓學(xué)生們做一些準(zhǔn)備工作。例如：給學(xué)生簡單布置一些實(shí)踐性作業(yè)，要求學(xué)生尋訪街道上、家附近的無人超市。如果沒有碰到，可以上網(wǎng)搜索，通過觀看視頻，對無人超市的運(yùn)行模式、外觀特點(diǎn)、工作流程進(jìn)行初步了解，并觀察記錄。在課堂教學(xué)中，教師通過播放視頻，簡單為學(xué)生演示無人超市的工作流程。

（三）合理設(shè)計(jì)人工智能應(yīng)用項(xiàng)目

依照無人超市的工作流程、系統(tǒng)原理，讓學(xué)生分組討論，并進(jìn)行深入分析。從而，學(xué)生系統(tǒng)把握人工智能無人超市的主要設(shè)計(jì)原理。這就是本次人工智能主題授課的目的，也是學(xué)生需要掌握的核心操作技能。

對此，教師可以先設(shè)置一個問題鏈，讓學(xué)生進(jìn)行分組討論，匯總經(jīng)驗(yàn)，繼而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。教師設(shè)置問題：“它為什么叫無人超市，與其他超市相比有什么區(qū)別？”最終，大部分學(xué)生的意見基本一致，第一，無人超市，沒有人看管；第二，無人超市，沒有收銀員。

超市是售賣商品的，顧客買東西付錢天經(jīng)地義，那么，顧客如何付錢呢？這必然需要一套智能化的收費(fèi)系統(tǒng)。無人超市節(jié)省了人力，但也需要承擔(dān)一定的風(fēng)險，即顧客逃單的風(fēng)險。所以，無人超市必然要有一套規(guī)避風(fēng)險或者減輕風(fēng)險損失的防范措施，那便是監(jiān)控，能代替人的監(jiān)控。監(jiān)控具有實(shí)時效果，即對顧客購物過程可以直接進(jìn)行圖像識別、面部信息識別。不少學(xué)生建議在店門口貼出告示，寫明：“平價商品，安心選購；內(nèi)有監(jiān)控，祝您愉快！”學(xué)生們在短短5—8分鐘的探討辯論中，逐步理解了什么是信息社會責(zé)任。

二、合作學(xué)習(xí)探究：體驗(yàn)人工智能

（一）圖像識別

學(xué)生觀看教師推薦的視頻片段后，結(jié)合教師的簡單演示，初步了解了智能技術(shù)的具體應(yīng)用細(xì)節(jié)。例如：人臉識別技術(shù)，即圖像識別。在教師的指導(dǎo)下，各小組成員合作編寫程序，并檢查好，隨堂進(jìn)行檢測。這樣做可以適當(dāng)增強(qiáng)課堂教學(xué)的趣味性，盡可能吸引一些能力差、興趣不高、各小組里容易“拖后腿”的學(xué)生積極參與。學(xué)生們踴躍參與，親自動手操作，對知識的理解程度也會相應(yīng)提升，或多或少都能取得進(jìn)步。

例如：讓各小組的學(xué)生分別選擇不同的物品來進(jìn)行識別檢測。鼓勵學(xué)生多參與、多觀察，有疑惑的地方可以多嘗試幾遍，并自主分析其中的原因。在此過程中，一個小組發(fā)現(xiàn)，先后選擇了多個不同的物品進(jìn)行圖像識別檢測，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都會顯示一個概率值。比如：橘子、香蕉、黃瓜、水瓶、蘋果、茄子、文具盒等不同的物品，有的概率值較高，可達(dá)60%甚至70%，有的概率值很低，只有20%—30%，甚至為0% 。不僅如此，相同的物品，多進(jìn)行識別，給出的相符概率也存在很大差距。

在這個環(huán)節(jié)中，大部分學(xué)生進(jìn)一步明白和掌握了一些新規(guī)律。第一，同樣的物體，概率值存在差異，表明人工智能的圖像識別無法完全百分百地確定物品，即便該物品已經(jīng)錄入到后臺數(shù)據(jù)庫，再識別一次依然如此。第二，概率值高的物品，多為長條的物品。概率值低的物品，多為圓形物品，如橘子、蘋果。由于蘋果是圓的，香蕉是長的，二者特征差異很明顯，容易識別。反之，香蕉與茄子、黃瓜，概率值則忽高忽低。

如此一來，許多學(xué)生明白了，現(xiàn)實(shí)中的無人超市能高效率分辨出孩子、成年人，因?yàn)樗麄兊纳砀卟町愝^大；能高效率識別區(qū)分顧客的大體年齡范圍，骨骼、膚色、皮膚光滑度、頭部特征、面部特征等；能高效識別區(qū)分性別、發(fā)型、身材、走路特征差異等。

（二）收銀系統(tǒng)

教師選擇具有機(jī)器學(xué)習(xí)擴(kuò)展模塊的模塊化編程軟件，結(jié)合前期學(xué)生所學(xué)的相關(guān)知識，綜合運(yùn)用，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生理解“圖像識別”的過程。

依托教材，教師利用準(zhǔn)備好的課件素材、軟件工具等進(jìn)行演示，鼓勵學(xué)生創(chuàng)造性思考能夠提高圖像識別率的新方法、新路徑。

在整個過程中，學(xué)生通過普通超市手動收銀程序的編寫訓(xùn)練和能力培養(yǎng)，不斷提高計(jì)算能力。教師將不同的收銀系統(tǒng)進(jìn)行展示、分解，包括簡單與復(fù)雜的、功能單一與功能全面的、信息儲備量大與儲備量小的、低配版與高配版的。如此種種，在編程過程中，學(xué)生們從手動收銀到自動識別收銀程序改寫的過程中，深入認(rèn)識到，每一個系統(tǒng)都是由很多個小系統(tǒng)構(gòu)成的，且不同模塊各方面的工作性能也是千差萬別，且一代比一代強(qiáng)，需要不停地更新升級。

短短幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生在不知不覺中，理解了數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的意義。

三、結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)技術(shù)日新月異，新一代的青少年學(xué)生與信息科技、智能網(wǎng)絡(luò)共生共存。他們的日常生活與學(xué)習(xí)方式，衣食住行等各方面，都深受信息網(wǎng)絡(luò)、智能社會的影響。故此，將人工智能置入義務(wù)教育信息科技課程，已是必然趨勢。

特別是與十年前、二十年前相比，當(dāng)前信息科技教育資源豐富，經(jīng)費(fèi)投入也相對充足，寬帶網(wǎng)絡(luò)與移動智能更是全民化普及，所以各地學(xué)校有條件面向全體初中生開展系統(tǒng)化的信息科技課堂教學(xué)，這也是非常必要的。與此同時，教師應(yīng)充分結(jié)合新一代初中生的信息意識、計(jì)算機(jī)操作水平的整體現(xiàn)狀，適當(dāng)提高和拓展學(xué)生的創(chuàng)新能力、計(jì)算思維。

教材中關(guān)于計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)方面的基礎(chǔ)技能、操作技能，由于初中生對智能手機(jī)、電腦接觸和使用較為頻繁，大多簡單的技能都已熟知。大多數(shù)初中生欠缺的是程序編碼、智能系統(tǒng)等具有創(chuàng)造性的計(jì)算思維和創(chuàng)新意識。因此，在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)適當(dāng)增設(shè)課時，著重進(jìn)行教學(xué)。

（吳 瑩）