體驗式學習理論在信息科技課程AI教學中的應用探索

0 引言

隨著信息科技的快速發展，人工智能（AI）技術已經滲透到社會生活的各個層面，人工智能成為構建信息科技課程結構的邏輯主線之一[1]。在初中信息科技教學中如何挖掘AI知識內涵，為廣大學生提供豐富多彩的學習體驗，培育良好的學科核心素養和技術運用能力，是一個值得探討的新課題。體驗式學習理論作為一種先進的教育理念，為解決這一課題提供了可借鑒的思路。

什么是體驗式學習呢？簡而言之，學習是一個實踐、反思、再實踐的過程，學習者通過親身體驗、感知、操作等方式獲得知識，從而形成技能（圖1）。

體驗式學習理論強調學習者的主動性和參與性，注重培養學習者的實踐能力、創新思維和實際問題解決能力。在AI教學中，該理論的應用有助于提升學生的學習興趣和活動參與度、提升其信息科技核心素養和創新能力。本文主要介紹校的一些教學心得。

1創設環境，激發研學興趣

在AI教學中，筆者常根據教學內容和學生的實際情況，創設一些生動有趣的環境來激發學生的求知欲望和探究興趣。

例如，在講授“人工智能應用”一課時，筆者結合實驗器材為學生展示了AI語音識別和語言翻譯功能。科大訊飛AI機器人不僅能準確識別人類的語言，還能將語言實時翻譯成不同國家的官方語言，讓學生身臨其境地感受信息科技的魅力。通過設計富有挑戰性的游戲任務，幫助學生一步步地從認識到學會物品識別、人臉識別、語音識別等技術的應用。比如，借助寓樂灣人工智能PBL主題套裝“AI自識別分類垃圾站”搭建，讓學生體驗物品識別技術在現實生活中的應用；借助寓樂灣人工智能體驗套裝器材實驗探究，讓學生學會以人工智能AIDO開源硬件主板為核心，結合圖形化編程和人臉識別、圖像識別等功能，完成“戴／不戴眼鏡、戴／不戴口罩”等AI自動檢測裝置的設計制作，等等。

圖1體驗式學習圈

在這個過程中，教師的身份不再是單純的知識傳授者，而是利用那些可視、可聽、可感的教學媒體努力為學生做好親歷體驗和開展探究的輔導者，把學生萌生出的好奇心與渴望學會的沖動引導到自愿學習、積極探究的實踐過程中去，并通過體驗幫助學生真正掌握知識。例如，通過與人類學習過程進行對比（圖2），幫助學生認識機器學習解決問題的流程。那么，如何讓學生將學到的AI基礎知識與技能從依賴現成的AI教學裝備（案例樣本）中解脫出來，富有創意地自我“放飛”，從而推動AI從學到用、從用到創呢？

圖2機器學習與人類學習過程對比

為此，筆者組織學生進行AI社會應用調查，并引導他們思考如何運用所學知識創作應用小作品。有學生提出：“可否運用AI語音識別功能創制一個類似小度智能音箱的作品，讓它聽到我們發出語音指令時能播放我們點播的音樂？這確實是個好主意！可又如何去實現呢？”學生們你一言我一語，嘰嘰喳喳討論個不休。在教師指導下，經過網上查詢、方案比對和器材遴選，選定深圳市幻爾科技有限公司生產的語音識別模塊與Arduino UNO+Arduino擴展板組合的創作設計方案，如圖3所示。

圖4自制AI語音點播臺

圖3語音識別模塊與Arduino結合應用

初始接觸幻爾語音識別模塊時，大家都是陌生的，通過閱讀產品使用說明書，再經過“準備數據→模型訓練→驗證模型”等環節實驗，學生們心中便有了底，借助ArduinoIDE開源平臺對通過4P線連接到ArduinoUNO單片機上的語音識別模塊點歌指令進行編程。編程完成后，語音識別模塊采集到的指令信息經單片機處理，再通過Arduino多功能擴展板傳輸至執行器執行，從而播放出學生們預想聽到的曲子。

經數周調試，一臺能聽懂語音指令的AI語音點播臺終于誕生了（圖4）。隨著簡短的點歌指令發出，如“鋼琴曲”“葫蘆絲”…一首首悅耳的輕音樂從點播臺的小喇叭中飄然而出，學生們的心中都樂開了花，圍觀的師生和家長也都贊許地豎起了大拇指。

2學以致用，鼓勵動腦動手

回顧AI語音點播臺的創制過程不難發現，要真正上好人工智能課，不僅要教會學生掌握基本理論知識，更需要鼓勵學生多動手實踐，只有手腦并舉，才能學到知識掌握技能，而這一點，也恰恰是體驗式學習理論所強調的核心內容。

2.1邊學邊練，手腦并用

在AI教學中，筆者十分注重學生自主探究能力培養，時常留出一半左右的課時量讓學生親歷實踐，通過發現問題、思考問題、研究問題，達到解決問題的目的。例如，在教授物品識別這一部分知識時，筆者就指導學生利用科大訊飛AI機器人與網絡訓練平臺，自主體驗機器學會識別各類水果的操作過程，由學生自己通過實驗感悟所學知識點的要義，如表1所示。

2.2 他山之石，可以攻玉

AI教學器材通常都會附上產品使用說明與案例樣本（示例程序），而這些資料對發揮實驗器材在教學中的作用與幫助學生開展自主學習、學以致用是十分重要的，充分發揮這些資源的作用，往往會達到事半功倍的效果。1）有利于學生良好的實驗習慣養成。在做AI相關實驗前，若能事先對實驗器材有所了解，必然會有助于實驗的完成與質量提高。2）有利于學生學以致用目標的達成。通過隨機案例樣本學習，往往能讓學生從中受到啟發，并有助于促進創新研究中一些疑難技術問題的攻克，達到觸類旁通的效果。

以AI語音點播臺的創制為例，當語音識別模塊采集到的點歌信息傳輸到ArduinoUNO單片機上后，如何演變成可執行指令輸出呢？這就需要在ArduinoIDE開源平臺上編制相應的程序。由于器材隨機材料中沒有現成案例可以照搬照抄，要學生憑空用一條條 C++ 語句編寫出程序來難度確實不小。為此，筆者提示學生可以從幻爾語音識別模塊附帶的示例程序入手，結合AI語音點播臺項目規劃要求，對樣本程序進行改寫、移植，從而減輕學生憑空思索與編程的難度，還能讓他們從對示例程序的學習、挖掘中獲得書本上沒有的新知識、新技能，達到既快又好地完成創新設計編程任務的目的。

3呵護創作激情，捕捉智慧靈感

從AI語音點播臺的創制過程中還能發現，學生萌發的創作靈感有時還是很有價值的。悉心捕捉學生的智慧火花，呵護學生創新思維萌芽，是培育學生創新思維能力的最好契機，也體現了體驗式學習理論“反思/提升”與激發學生主動參與意識，有助于提升學生的學科核心素養。

為此，在AI教學中，筆者十分注重運用體驗式學習理論中的反思總結方法，引導學生及時開展反思交流，通過從個人、小組到班級的集體小結，梳理學習過程中發現的問題與收獲，幫助學生及時消化所學知識、總結經驗教訓，捕捉稍縱即逝的智慧火花。鼓勵學生即便遇到失敗也不氣餒，而是汲取教訓，找到再出發的起點，將創新思維的培育落實到每一堂課、每一次實踐活動中，一步一步將學科知識教扎實夯踏實。例如，在教物品識別這部分知識時，筆者就運用體驗式學習理論中的“反思／提升”思想，引導學生及時總結與反思所學知識，將學過、做過并體驗過的理論知識與經驗鞏固起來，真正實現認識的提升，如表2所示。

4做好課前準備，重視成效評價

4.1 課前準備

體驗式學習在組織形式上相對靈活，過程又較為開放，所以在活動開展時若稍不注意，往往會出現看似熱鬧卻缺乏實效的情況。為此，擬定適宜的評價方式，明晰任務與目標，對保障體驗式學習活動的正常實施與教學質量提升至關重要。具體而言：首先，在課前要對體驗式學習的結果進行預估，這是因為學生的情況千差萬別，構建的體驗情境也存在變數，所以做好課前準備或者運用翻轉課堂模式，都是值得考慮的方案；其次，要有活動過程動態調控預案，當出現某些學生過于興奮或討論陷入混亂的情況時，教師應及時進行做好疏導，甚至對活動作適當調整；最后，要對活動情況及時進行評價與小結，一方面可以對所學知識進行梳理與復盤，另一方面可以對活動中獲得的經驗進行匯總與歸類，從而為后續開展體驗式學習活動做好鋪墊。

4.2 成效評價

如何對體驗式學習活動做好成效評價呢？這確實是個值得深思的問題。活動有序開展僅僅是一個方面，學生通過這些活動學到了什么、掌握到了什么、促進了哪些方面的能力提升才是最關鍵的。筆者的體會是：理論須與實踐結合、應用須與創新結合、單知識須與多知識結合、個人貢獻須與團隊協作結合，從多個層面展開考量。

例如，在AI語音點播臺創制活動中，筆者依照信息科技課標要求，把過程性評價與終結性評價結合起來，將占 60% 的過程性評價放在語音識別、Arduino編程、 I/0 數據通信、執行器運行等四個工作段的目標達成與任務研究上，占 30% 的終結性評價則安排在其他各段，以考評學生對任務的了解與學習上[2]。這樣各個工作段對每位學生來說都做到有過程記錄與成效量化評價。能積極主動展示本工作段活動過程內容，介紹自己所知所會的學生，可得活動展示分；在完成本工作段任務與知識學習的前提下，能協助其他工作段活動的學生，可得活動協作分等。通過多途徑、多層面為學生提供主動學習、自主學習的機會，讓學生在“學得、習得、有所得”的過程中，踐行葉圣陶先生所提倡的“教是為了不教”的教育思想。

5 結束語

近年來，在體驗式學習理論指導下，蘇州市振華中學校面對信息科技課程中最前沿的AI教學，初步摸索出實施策略。筆者相信，只要悉心研究、勇于探索、敢于挑戰，就能將每一位學生培育成既懂人工智能技術，又會運用跨學科知識開展創智應用的新時代接班人。

6 參考文獻

[1]中華人民共和國教育部．義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]高丹，顧衛．基于任務驅動的創智實驗活動促進學生綜合潛能提升[J].中國信息技術教育，2024（8）：68-70.