高中人工智能探究式教學案例設計與實踐研究

摘要：隨著科技的飛速發展，人工智能已成為教育領域的重要組成部分，而高中作為培養學生科學素養和創新能力的關鍵階段，著重圍繞人工智能教學方式進行創新顯得尤為重要。而將探究式教學法融入高中人工智能展開授課，將以學生為中心，通過提出問題、自主探究、合作交流等方式，引導學生主動探索知識，培養其解決問題的能力。為此，研究先行概述了人工智能與探究式教學模式內涵，隨后以探究式教學理念為中心設計了高中人工智能教學過程，最后以案例分析的形式展開具體的實踐教學，希望以此為同行提供參考。

關鍵詞：人工智能；探究式教學；高中；案例設計；教學實踐

一、前言

隨著科技的日新月異，人工智能技術已滲透到社會生活的方方面面，成為推動經濟社會發展的重要力量，面對這一趨勢，教育領域對人工智能人才的需求日益增長，而高中作為基礎教育與高等教育的重要銜接階段，其教學的重要性不言而喻。但是，傳統的教學方式往往側重于知識的傳授與記憶，忽視了對學生創新能力和實踐能力的培養，難以滿足新時代對人工智能人才的需求。上述背景下，探究式教學法以其獨特的優勢逐漸受到教育界的關注，其強調學生的主體地位，通過問題引導、自主探究、合作交流等方式，激發學生的學習興趣，培養其獨立思考和解決問題的能力，那么高中AI教學中引入探究式教學法，不僅能夠幫助學生更好地理解AI技術的核心概念和原理，還能提升其實踐能力和創新思維，最終為學生未來在人工智能領域的深入學習和職業發展奠定堅實的基礎。

二、概念分析

（一）人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指利用計算機技術模擬、延伸和擴展人的智能，包括感知、學習、推理、交流等能力，該項技術涉及多個學科領域，如計算機科學、數學、心理學、語言學等，其核心在于通過算法和模型實現機器的智能化[1]。隨著技術的不斷進步，人工智能已經從理論研究走向實際應用，廣泛應用于醫療、教育、金融、娛樂等多個領域，為人類的生活帶來了極大的便利和改變。

（二）探究式教學模式分析

探究式教學模式是一種以學生為主體，通過問題引導、自主探究、合作交流等方式進行教學的教學模式，該模式注重教導學生學會主動參與和積極探索，以此培養其創新思維、批判性思維和解決問題的能力[2]。在探究式教學中，教師不再是單純的知識傳授者，而是成為學生學習的引導者和支持者，學生則在教師的指導下，圍繞特定的問題，通過查閱資料、討論交流、實驗操作等方式進行自主探究，最終達到對知識的深入理解和掌握[3]。整體分析而言，探究式教學模式應用于高中人工智能教學中，不僅能夠激發學生的學習興趣和動力，還能提高其自主學習能力和團隊協作能力，為其學習能力提升、現代科技應用能力培養夯實基礎。

三、高中人工智能探究式教學案例設計

（一）前期準備與需求分析

首先應確定教學目標，了解學生的年齡、興趣、知識基礎及學習風格，以便設計符合他們認知水平和興趣點的探究活動，并通過探究活動加深學生對人工智能概念、原理及應用的理解，培養高中生探究能力、創新能力和問題解決能力[4]。其次應根據教學目標和學生特征，精選人工智能領域的核心知識點和熱點話題，作為探究式教學案例的主要內容，并收集、整理相關的文獻資料、視頻教程、在線課程、實驗器材等教學資源，為探究式教學的順利開展提供有力支持。

（二）案例設計與活動規劃

首先，應創設問題情境，設計一個與人工智能緊密相關且富有挑戰性的問題情境，激發學生的探究興趣和求知欲。明確探究任務時，教師需引導學生將大問題分解為若干個小任務，每個任務都圍繞一個具體的知識點或技能點展開，讓學生在逐步完成任務的過程中構建知識體系[5]。其次，在規劃探究過程時，教師可為學生設計探究活動的具體步驟和流程，包括資料搜集、實驗設計、數據分析、結論提煉等環節，促使高中生在探究過程中能夠有序進行，并設定評價標準，制定明確的評價標準和方法，用于評估學生的探究成果和學習效果，包括知識掌握程度、探究能力、創新能力及團隊協作能力等方面[6]。

（三）實施過程與指導策略

首先，應通過生動的案例、視頻或實物展示等方式引入話題，激發學生的探究興趣，隨后將學生分為若干小組，每組負責一個或多個探究任務，鼓勵學生通過小組合作、在線協同等方式共同解決問題[7]。在探究過程中，教師應適時給予學生指導和幫助，引導學生圍繞課堂主題進行深入思考、發現問題并嘗試解決問題，引導學生提出自己的想法和見解，培養其批判性思維能力。其次，應該組織學生進行成果展示和分享交流活動，讓其展示自己的探究成果和學習心得，并通過分享交流，學生可以相互學習、取長補短，進一步鞏固所學知識。

（四）總結反思與持續改進

探究式教學的總結反思階段，教師需在學習活動結束后，和學生共同總結探究成果和學習經驗，幫助學生提煉出有價值的經驗和教訓，從中挖掘自身不足進行反思和分析，提出改進措施和建議，鼓勵學生進行自我反思和互評互學，找出自己的不足之處并制定改進計劃。此外，還需引導高中生圍繞探究活動中的不足做進一步反思，以不斷優化探究式教學案例的設計和實施過程，提升教學質量和效果。對于教師自身而言，應在日常教學中，密切關注人工智能領域的最新發展動態和研究成果，及時更新教學內容和教學資源，確保教學活動的前沿性和時效性。

四、高中人工智能探究式教學實踐分析

（一）項目引入與情境創設

1.項目引入

在正式進入人工智能的探究學習之前，一個精心設計的項目引入環節至關重要，高中教師可以選擇一段引人入勝的視頻或動畫作為開場，比如展示AlphaGo與圍棋世界冠軍李世石之間那場震撼人心的對決，視頻中AlphaGo以其超乎尋常的計算能力和策略選擇，與李世石展開了一場智慧的較量，最終取得了勝利，這一片段不僅展現了人工智能在復雜策略游戲中的強大能力，也讓學生直觀地感受到了AI技術的飛速發展。視頻播放結束后，教師可以適時地引導學生進入思考模式，首先通過提問的方式引出關鍵概念：

“剛才我們看到的是什么？”

“它代表了什么領域的最新成就？”

“你們認為什么是人工智能？”

提出上述問題的目的就是為了激活學生的前置知識，同時引導其進入新的學習領域，隨后進一步深入探討：

“人工智能有哪些應用領域？”

“從我們的日常生活到工業生產，再到科學研究，AI是如何影響我們的？”通過不同的問題，引導學生意識到人工智能的廣泛滲透性和深遠影響，從而激發其好奇心和探究欲望。此外，在引導學生思考的過程中，教師還可分享一些人工智能改變生活的實例，如智能語音助手、智能電車、智能醫療診斷輔助系統等，讓學生感受到AI技術就在身邊，與每個人的生活息息相關，利用此種情感上的共鳴，進一步加深學生對AI技術的興趣和探索欲，為后續的深入學習打下良好的基礎。

2.情境創設

為了讓學生更加直觀地理解人工智能的應用潛力和未來趨勢，高中教師可在課堂上為學生創設一個“智能家居的未來暢想”情境，邀請學生在情境中想象自己生活在一個完全由人工智能驅動的家中：

從清晨的自動窗簾緩緩拉開迎接第一縷陽光，到智能音響根據心情播放音樂；從廚房里的智能冰箱根據食材推薦健康食譜，到臥室里自動調節溫濕度的智能空調……每一個細節都充滿了AI的智慧與關懷。

在上述情境創設基礎上，教師還可組織學生進行小組討論或角色扮演，讓學生分組設計自己理想中的智能家居系統，包括功能、外觀、交互方式等，此過程中學生不僅能夠加深對人工智能技術的理解，還能鍛煉自己的創新思維和團隊協作能力。此外，教師應鼓勵學生大膽想象、敢于創新，讓學生將自己對未來生活的美好愿景融入設計中，為人工智能技術的未來發展貢獻自己的創意和想法。

（二）課堂教學活動設計

1.課堂講授

在知識講授環節，教師充分利用人工智能互動平臺、電子白板等數字設備，通過理論與實踐相結合的方式，將復雜抽象的人工智能概念生動直觀地呈現給學生，不僅能夠吸引學生的注意力，提高課堂互動性，還能有效降低學習難度，幫助學生更快地掌握基礎知識。例如，在講解人工智能的發展歷程時，教師可以通過時間軸的方式展示從最初的圖靈測試到深度學習、自然語言處理等關鍵技術的突破，配以相應的歷史圖片和簡短視頻，再讓學生到AI互動平臺操作體驗，使學生仿佛穿越時空，親身參與這一科技革命。

為了讓學生更好地理解人工智能的實際應用和價值，教師在講授過程中穿插了大量具體案例和實例，如無人駕駛汽車作為人工智能技術的集大成者，其精準的感知、決策與控制能力讓學生驚嘆不已。此時，教師就可通過展示無人駕駛汽車的工作原理、測試視頻以及面臨的挑戰，讓學生直觀地感受到人工智能在交通領域的巨大潛力。再比如人臉識別技術在安全監控、支付驗證等方面的廣泛應用，智能客服機器人在提升服務效率、改善用戶體驗方面的卓越表現都為學生提供了豐富的應用場景，加深學生對人工智能技術的認識和理解。知識講授中教師應注重與學生的互動問答，以提問、討論等方式引導學生主動思考，提出自己的見解和疑問，如介紹完人工智能在醫療領域的應用后，教師可提問：“你認為人工智能在醫療領域最大的優勢是什么？它可能帶來哪些挑戰？”以問題引導反思，檢驗學生學習效果，激發學生探索欲和批判性思維，為后續教學活動的開展打下良好的基礎。

2.活動設計

教授完新知后，教師可組織學生進行具體的探究活動——“調查并分析人工智能在某一領域（如醫療、教育、交通等）的應用現狀和未來發展趨勢”。這一教學活動旨在引導學生將所學知識應用于實際問題解決中，培養學生實踐能力和團隊協作能力。為了確?；顒拥捻樌M行，教師可要求學生分組進行，每組選擇一個感興趣的領域進行深入探究，既保證每個學生都能參與到探究活動中來，又能發揮他們的特長和優勢，形成互補效應。活動過程中，教師需為學生提供必要的指導方法和資源支持，如可以介紹一些權威的學術網站、研究報告和期刊論文，幫助學生快速定位到相關信息，也可分享一些優秀的探究案例和研究成果，為學生提供參考和借鑒，且探究中教師還應鼓勵學生自主研究、獨立思考，通過查閱資料、數據分析、專家訪談等方式獲取第一手資料，形成自己的觀點和見解。

（三）自主探究與合作交流

在該階段，學生將圍繞“人工智能技術在交通領域中的應用”這一主題，以獨立或小組形式進行深入的研究，目的是培養學生的問題解決能力、信息檢索與分析技能，以及批判性思維。

步驟一：明確研究目標與問題。學生需明確研究目標，如探討人工智能如何改善交通擁堵、提高交通安全、優化公共交通系統或推動自動駕駛技術的發展等，并基于研究目標設定具體的研究問題，如：

“人工智能算法如何預測并緩解城市交通擁堵？”

“自動駕駛車輛的安全性能如何評估與保障？”

步驟二：文獻綜述與資料收集。學生可利用圖書館資源、學術數據庫、行業報告及互聯網等渠道，廣泛收集關于人工智能在交通領域應用的文獻資料，包括但不限于學術論文、技術白皮書、政策文件、新聞報道、案例分析等，仔細閱讀和分析這些資料，了解當前的研究進展、技術實現方式、應用效果及面臨的挑戰。

步驟三：數據分析與案例研究。針對收集到的數據，學生需系統整理和分析，其間可設計如表1所示的內容來呈現關鍵信息，用于展示不同城市或國家的人工智能交通項目、采用的技術、實施效果及存在的問題。此外，學生還可選取具體案例進行深入剖析，如某城市的智能交通管理系統如何通過實時數據分析調整信號燈配有效緩解早晚高峰的擁堵問題，或某自動駕駛公司如何通過不斷的算法優化和算力提升，提升自動駕駛車輛的安全性和可靠性，讓學生深入體會人工智能三要素“數據、算法和算力”的重要作用。

步驟四：形成初步結論與觀點?；谏鲜龇治?，學生需要形成自己對于人工智能在交通領域應用現狀的初步結論，并提出自己的觀點和建議，如人工智能技術在提高交通效率、保障交通安全方面具有巨大潛力，但同時也需要關注數據隱私保護、法規適應性等問題。

（四）成果展示與總結反思

在“人工智能技術在交通領域中的應用”探究項目接近尾聲時，教師可帶領學生舉辦一場精彩的成果展示會，要求各小組精心準備展示材料，通過PPT、視頻、實物模型等多種形式，生動展現各自組的研究成果：

有的小組詳細介紹了智能交通信號系統如何根據實時交通流量調整信號燈配，有效緩解交通擁堵；有的小組則展示了自動駕駛技術的最新進展，包括車輛感知、決策與控制等關鍵技術；還有的小組聚焦車輛調度優化，提出了創新的解決方案。

上述不同小組展示過程中，小組代表自信滿滿且講解清晰，充分展現其對人工智能技術的深刻理解和獨到見解，并通過成果展示為學生創造了展示自我、分享成果的機會，借以促進班級內部的知識交流與思想碰撞。隨著成果展示的圓滿結束，教師需引導學生進入總結反思階段，回顧整個探究項目的實施過程，肯定學生在自主探究和合作交流中所付出的努力和取得的成果，客觀地指出項目執行過程中存在的問題和不足，如部分學生對人工智能技術的理解還不夠深入、數據分析能力有待提高等，并針對問題提出改進措施和建議，鼓勵高中生在今后的人工智能學習中繼續加強相關知識和實踐能力的提升，最終為個人的長遠發展奠定基礎。

五、結語

綜上所述，在高中人工智能教學中，積極將探究式教學方法引進課堂，設計教學案例與實踐，不僅使得高中生在“人工智能技術在交通領域中的應用”這一探究式教學項目下深化對人工智能技術的理解，還顯著激發其創新思維與實踐能力。此外，學生在自主探究與合作交流中，也展現出濃厚的學習興趣和解決問題的能力，進一步驗證了探究式教學方法在高中人工智能教育中的有效性，為培養未來科技創新人才提供了寶貴經驗。展望未來，高中教師應繼續去優化和完善探究式教學內容與方法，以此更全面地推動人工智能教育向更高水平發展。

參考文獻

[1]朱新麒.生成式人工智能在高中信息技術教學中的應用探究[J].中國信息技術教育，2024（06）：41-44.

[2]耿楓，尚防亞.“互聯網+教育”背景下高中機器人教學模式探究[J].中國新通信，2022，24（17）：227-229.

[3]羅敬芬.“以賽促學、以賽促教”——基于項目化學習的高中人工智能創新教學模式實踐探究[J].信息技術時代，2023（02）：167-169.

[4]陳勝賢.生成式人工智能在高中地理個性化教學中的運用[J].中學地理教學參考，2024（05）：16-21.

[5]陳丁雷.高中人工智能項目活動設計——以Micro：bit開源硬件教學為例[J].中小學信息技術教育，2022（12）：55-56.

[6]魏鵬飛.由表及里，初識人工智能——高中人工智能項目制作教學策略[J].發明與創新·高中生，2022（09）：38-41.

[7]葉大盛.試誤法在高中人工智能模型訓練教學中的應用[J].教育與裝備研究，2023，39（02）：60-63.

作者單位：黃桂琳，深圳市寶安區教育科學研究院；張膺鈦，深圳中學

責任編輯：王穎振、楊惠娟