中小學(xué)人工智能教學(xué)“生活化”的實施策略

閆妮　李楠

［摘 要］新一代人工智能教學(xué)回歸了人工智能的本質(zhì)，關(guān)注人工智能應(yīng)用背后的原理和技術(shù)，但由于還處于起步階段，往往偏離學(xué)生生活，使得學(xué)生缺乏親身實踐。文章通過分析信息科技新課標(biāo)的要求和結(jié)合學(xué)生在人工智能方面的經(jīng)驗，提出中小學(xué)人工智能教學(xué)的實施策略：以陶行知生活教育理念為指導(dǎo)，以項目化學(xué)習(xí)為途徑，讓學(xué)生立足已有經(jīng)驗和認(rèn)知水平，直面真實問題，通過實踐探究，領(lǐng)悟人工智能的原理，并學(xué)會利用人工智能技術(shù)解決現(xiàn)實問題，突出人工智能的“生活化”韻味。

［關(guān)鍵詞］中小學(xué)；人工智能教學(xué)；生活化

［中圖分類號］? ? G633.67? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）11-0097-03

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，很多中小學(xué)信息科技教師一直在思考如何把“高深”的人工智能知識通俗易懂地教授給學(xué)生?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《信息課標(biāo)》）提出“倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)，以真實問題或項目驅(qū)動，凸顯學(xué)生的主體性”等課程理念，這為人工智能教學(xué)指明了方向。因此，筆者以陶行知生活教育理念為指導(dǎo)，以項目化學(xué)習(xí)為途徑，嘗試在項目活動設(shè)計中注重與學(xué)生的生活建立緊密聯(lián)系，讓學(xué)生在真實情境中運用人工智能技術(shù)解決問題。具體實施中，從項目導(dǎo)入到項目分析，再到項目實施與評價，都力圖做到“從生活中來，到生活中去”，實現(xiàn)“教學(xué)做合一”。通過實踐，學(xué)生的人工智能意識和素養(yǎng)有了明顯的提升。為此，筆者對中小學(xué)人工智能教學(xué)“生活化”的具體實施策略進(jìn)行闡釋和總結(jié)，以期為人工智能教學(xué)提供借鑒。

一、中小學(xué)人工智能教學(xué)發(fā)展階段

2017年7月，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）提出要“廣泛開展人工智能科普活動”“在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”的要求。自《規(guī)劃》出臺以來，各地區(qū)開展了形式多樣的中小學(xué)人工智能基礎(chǔ)教育實驗。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和政策文件，以《信息課標(biāo)》的發(fā)布時間為節(jié)點，可將中小學(xué)人工智能教學(xué)劃分成兩個階段。

（1）泛人工智能教學(xué)階段?！缎畔⒄n標(biāo)》頒布前，各地區(qū)的中小學(xué)校開展了形式多樣的人工智能教育探索與實踐活動，比如遴選人工智能實驗校或者試驗區(qū)。這一階段的人工智能教學(xué)屬于“泛人工智能教學(xué)”，課程內(nèi)容繁雜、更關(guān)注技術(shù)和硬件設(shè)備建設(shè)，而且一些屬于編程、機(jī)器人、開源硬件、3D建模甚至手工搭建的內(nèi)容被打包到人工智能課程中，更多的是以社團(tuán)或者興趣小組課程的形式開放，無法達(dá)到普及的程度。因此，泛人工智能教學(xué)難以觸及人工智能的本質(zhì)，并非真正意義上的人工智能教學(xué)。

（2）新一代人工智能教學(xué)階段。自《信息課標(biāo)》頒布后，“人工智能”成為課程邏輯主線之一，以“人工智能教學(xué)”為主題的教研活動相繼開展起來。觀照一些展示課例，仔細(xì)品味其教學(xué)內(nèi)容及核心知識，可以看出更加關(guān)注人工智能背后的原理和過程，回歸了人工智能的本質(zhì)。此外，一大批中小學(xué)人工智能教材及教學(xué)用書爭先出版，讓人工智能教學(xué)的開展有了切實可行的抓手。因此，我們可以將《信息課標(biāo)》頒布后的人工智能教學(xué)稱為“新一代人工智能教學(xué)”。

二、中小學(xué)人工智能教學(xué)現(xiàn)狀與對策分析

（一）教學(xué)現(xiàn)狀

由于新一代人工智能教學(xué)仍處于起步階段，與之相關(guān)的人工智能知識體系和評價機(jī)制暫未形成，因此還存在一些問題。

1.學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象，偏離學(xué)生生活

雖然人工智能的應(yīng)用已經(jīng)普及，但是其中涵蓋的知識較為抽象。授課教師由于缺乏人工智能相關(guān)的系統(tǒng)知識，往往是將抽象的知識直接傳授給學(xué)生。由于教學(xué)內(nèi)容偏離生活和缺乏真實情境，導(dǎo)致學(xué)生難以理解，從而降低學(xué)習(xí)興趣和期待。

2.缺乏親身實踐，難以實現(xiàn)知識遷移

由于缺乏免費的人工智能平臺或者人工智能平臺的使用受限，教師更多的是讓學(xué)生觀看視頻體驗人工智能的應(yīng)用，對于人工智能背后的原理只是停留在教師講解層面，對于某些功能在實現(xiàn)過程中經(jīng)歷了哪些環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)做了什么，學(xué)生沒有深入實踐。從新一代人工智能教學(xué)的角度看，這樣的教學(xué)停留在理論層面上，無法觸及人工智能的本質(zhì)，難以進(jìn)行知識的遷移運用，也達(dá)不到新課標(biāo)的“科”與“技”并重要求。

（二）對策分析

分析以上問題，關(guān)鍵在于如何讓知識“活”起來和“用”起來，讓學(xué)生愿意學(xué)和學(xué)得牢。具體來說，是如何讓學(xué)生理解人工智能背后的原理，并切實應(yīng)用人工智能技術(shù)來解決生活問題。我們不妨從新課標(biāo)理念、學(xué)生經(jīng)驗、陶行知生活教育理念等角度來分析，總結(jié)出一種可實踐的思路，讓人工智能變得“易學(xué)”、“易懂”和“易用”。

1.新課標(biāo)理念——倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)

《信息課標(biāo)》倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)，鼓勵“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，強(qiáng)調(diào)以真實問題引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運用過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度。在課程活動設(shè)計上，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)師生、生生互動的學(xué)習(xí)活動與項目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，圍繞信息科技的基本概念形成分析問題的基本邏輯與觀念［1-2］。因此，在實施人工智能教學(xué)時，教師可以將生活中的刷臉支付、無人駕駛、語音翻譯等作為學(xué)習(xí)情境引入課堂，讓學(xué)生通過解決相關(guān)問題掌握人工智能的原理。

2.學(xué)生已有的人工智能使用經(jīng)驗

近年來，人工智能技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。隨著智能手機(jī)、智能家居的普及，人工智能應(yīng)用已成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧Ｈ斯ぶ悄芫哂凶R別語音指令、拍照識圖、掃碼支付、控制家用電器、提供智能安防和實現(xiàn)健康監(jiān)測等功能?，F(xiàn)代的學(xué)生，正在被各種人工智能產(chǎn)品包圍著，學(xué)生具有豐富的人工智能使用經(jīng)驗，教師可結(jié)合學(xué)生的這些經(jīng)驗來開展教學(xué)，讓學(xué)生結(jié)合自身體驗分析人工智能的工作機(jī)制，將問題具體化，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

3.陶行知生活教育理念

陶行知生活教育理念包含“生活即教育”“社會即學(xué)校”“教學(xué)做合一”三大主張?！吧罴唇逃笔侵干畋旧砭褪墙邮芙逃倪^程，在生活中受教育，教育也是生活的一部分。學(xué)生在日常生活中使用人工智能產(chǎn)品，其實也是在學(xué)習(xí)，只是沒有提煉成知識。“社會即學(xué)?！敝干鐣彩墙邮芙逃膱鏊膭罱逃c生活、社會環(huán)境相結(jié)合。學(xué)生生活在人工智能高速發(fā)展的時代，已經(jīng)被人工智能包裹著，屬于人工智能的“原住民”，教師要結(jié)合社會背景分析學(xué)生的學(xué)情。“教學(xué)做合一”強(qiáng)調(diào)教師的教、學(xué)生的學(xué)和實踐是一體的。教師的教學(xué)不能脫離學(xué)生的實際，需要引導(dǎo)學(xué)生親身實踐體驗，強(qiáng)調(diào)知識的學(xué)習(xí)是親身經(jīng)歷并領(lǐng)悟的過程。

基于上述分析，不妨以“學(xué)生的生活”為抓手，讓人工智能教學(xué)“生活化”。教師要立足學(xué)生已有的經(jīng)驗和認(rèn)知水平，讓學(xué)生直面真實問題，增強(qiáng)實踐探究。這樣一方面有助于學(xué)生形成積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，消除學(xué)生對人工智能技術(shù)和原理的陌生感；另一方面讓學(xué)生在真實情境中理解和掌握人工智能原理和技術(shù)，形成利用人工智能技術(shù)服務(wù)生活和學(xué)習(xí)的意識和能力。

三、中小學(xué)人工智能教學(xué)“生活化”的具體實施策略

陶行知生活教育理念指導(dǎo)下的人工智能教學(xué)，要求教師緊密結(jié)合時代背景和學(xué)生的生活經(jīng)歷，挖掘問題情境、搭建學(xué)習(xí)支架、設(shè)計學(xué)習(xí)活動，突出實踐性。那么實施人工智能教學(xué)時，每個教學(xué)環(huán)節(jié)怎么體現(xiàn)出“生活化”呢？

由于人工智能的原理性強(qiáng)，可以采用微項目化學(xué)習(xí)的方式開展教學(xué)，通過“項目導(dǎo)入”“項目分析”“項目實施與評價”“總結(jié)拓展”等環(huán)節(jié)來突出“生活化”，做到以“生活”導(dǎo)入，再回歸“生活”應(yīng)用。具體來說，在每個環(huán)節(jié)中應(yīng)挖掘生活元素，讓學(xué)生在實踐中理解人工智能背后的原理和過程［3］。

（一）項目導(dǎo)入——以生活為本源，創(chuàng)設(shè)問題情境

項目導(dǎo)入是通過項目引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入到問題情境中，讓學(xué)生將問題與自身已有生活經(jīng)驗產(chǎn)生聯(lián)系，從而涌現(xiàn)出主動探索的動力。項目導(dǎo)入有真實體驗、模擬體驗、閱讀體驗三種方式，可以根據(jù)具體內(nèi)容來選擇。通過不同方式架起知識與生活經(jīng)驗的橋梁，幫助學(xué)生快速進(jìn)入項目情境中，發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)。

比如，通過“圖像識別”項目讓學(xué)生借助軟件體驗人臉識別在生活中的應(yīng)用；通過“無人駕駛”項目讓學(xué)生通過軟件模擬自動駕駛的過程或觀看無人駕駛應(yīng)用于生活中的視頻或圖片；通過“智慧社會”項目呈現(xiàn)小區(qū)物業(yè)經(jīng)理李大頭遭遇的現(xiàn)實困境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行初步探索，整理出傳統(tǒng)小區(qū)中在垃圾分類、人員進(jìn)出、路燈管理、車輛管理等方面存在的問題。

（二）項目分析——以生活為抓手，提煉原理過程

項目分析環(huán)節(jié)中，教師對問題進(jìn)行剖析，通過分析實現(xiàn)原理和交互過程，梳理出人工智能的應(yīng)用機(jī)制。由于人工智能原理具有抽象性和復(fù)雜性，因此教師可以借助生活中的處理方式或者人類的思考過程，為學(xué)生進(jìn)行遷移學(xué)習(xí)提供支架，將人工智能原理形象化和具體化。

比如在分析“機(jī)器學(xué)習(xí)”時，教師可以類比人類認(rèn)識物體的過程，進(jìn)行提問：“圖片中的是什么動物？人是怎么判斷出小貓的？我們在小時候是如何認(rèn)識小貓的？分析得到：①人在看到小貓后在大腦中對它建立初始特征；②大人告訴我們“這是小貓”；③隨著多次看見和學(xué)習(xí)，就認(rèn)識了什么是小貓［4］。從人學(xué)習(xí)的過程到機(jī)器學(xué)習(xí)的過程，學(xué)生更容易理解機(jī)器的學(xué)習(xí)原理。

又如在分析“人臉識別原理”時，教師先組織學(xué)生玩“從眾多‘睛字中找‘晴字”的游戲，并讓學(xué)生思考如何用人眼來尋找，總結(jié)得到“滑窗法”；然后分析圖像中人臉識別的過程為用滑窗法劃分區(qū)域，進(jìn)行人臉篩選。最后，結(jié)合生活中美顏相機(jī)的應(yīng)用，得到人臉識別時還會標(biāo)記人臉的尺寸和位置信息。

（三）項目實施與評價——以生活為支架，促進(jìn)深度探究

項目實施是指對原理進(jìn)行拆解，把每個環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為具體的任務(wù)，這一環(huán)節(jié)是學(xué)生對原理的內(nèi)化。為了確保項目活動的順利推進(jìn)，項目評價要貫穿整個活動過程。評價內(nèi)容要融入有趣的生活任務(wù)或背景，指向真實社會和工作中所需的能力，讓學(xué)生感受到評價能夠真實地檢測自己的能力并促進(jìn)自己成長。

比如“無人駕駛”項目中，當(dāng)檢測到小車到路口時沒有按要求轉(zhuǎn)彎時，可通過分析現(xiàn)實生活中導(dǎo)航的使用情境，得出當(dāng)判斷到路口時，還需要走到路口，然后再轉(zhuǎn)彎，從而解決了轉(zhuǎn)彎問題。在分析小車在路上的行駛情況時，結(jié)合現(xiàn)實開車情形，得出直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)三種情況，結(jié)合模擬得到傳感器表示左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的條件。“無人駕駛”項目中，在每個任務(wù)后面都會安排一次評價，反映學(xué)生的項目進(jìn)展。評價沒有采用傳統(tǒng)的測驗，而是通過拓展性任務(wù)和學(xué)習(xí)單反映學(xué)生的知識掌握和運用情況。

又如在“自然語言處理過程”一課中，讓學(xué)生探究身邊不同人工智能的應(yīng)用原理，也是一種評價方式。具體來說，比如有的學(xué)生以“智能寫詩”為例，分析出它能夠?qū)崿F(xiàn)“自動生成語句”的功能。原理是“第一步在機(jī)器中輸入句子或者關(guān)鍵詞，第二步是機(jī)器理解輸入的句子，第三步是機(jī)器在數(shù)據(jù)庫中找出可能的詩句，第四步是輸出整首詩”。

（四）總結(jié)拓展——以生活為延伸，遷移應(yīng)用原理

總結(jié)拓展是指對項目過程進(jìn)行整體回顧，結(jié)合現(xiàn)實去拓展一些復(fù)雜情境。在人工智能教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生回到真實情境去思考問題，一方面檢驗學(xué)生對人工智能原理的遷移應(yīng)用能力，另一方面讓學(xué)生了解更真實的情況，實現(xiàn)“從生活中來，到生活中去”。

比如在“自然語言處理過程”的拓展環(huán)節(jié)中，教師首先提出問題：“自然語言處理技術(shù)還能創(chuàng)作什么？”接著，展示手機(jī)的語音助手，帶領(lǐng)學(xué)生一起分析運用到的自然語言處理技術(shù)原理。隨后，師生共同尋找身邊的自然語言處理應(yīng)用，如智能翻譯、自動導(dǎo)航、微信的語音轉(zhuǎn)文字等［5］。

通過在每個教學(xué)活動環(huán)節(jié)中將人工智能的學(xué)習(xí)與學(xué)生的生活建立聯(lián)系，能夠有效降低學(xué)生的認(rèn)知難度，促進(jìn)學(xué)生對人工智能原理和過程的理解。立足當(dāng)下，人工智能正深刻改變著人們的生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)方式。放眼未來，富有“生活化”的人工智能教學(xué)，秉持著一種“生活即教育”的態(tài)度，以培育學(xué)生未來智能發(fā)展所需要的知識、能力、素養(yǎng)為目標(biāo)，讓人工智能真正地“活”起來、“動”起來，讓師生“身臨其境”，實現(xiàn)學(xué)以致用、用以促學(xué)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)：2022年版［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］? 熊璋.“科”“技”并重：義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)解讀：訪義教信息科技課標(biāo)組組長熊璋教授［J］.中國信息技術(shù)教育，2022（9）：4-7.

［3］? 閆妮.基于微項目化學(xué)習(xí)的人工智能教學(xué)實踐研究：以《無人駕駛》為例［J］.中國信息技術(shù)教育，2023（11）：56-58.

［4］? 湯瑩，陳慧，任靜，等.《走進(jìn)人工智能》教學(xué)設(shè)計［J］.中國信息技術(shù)教育，2021（14）：28-31.

［5］? 陳衛(wèi)軍，項婉.“科”“技”并重的初中人工智能教學(xué)實踐：以“機(jī)中生智——AI對對聯(lián)”一課為例［J］.中小學(xué)信息技術(shù)教育， 2023（4）：47-50.

（責(zé)任編輯 黃春香）

［基金項目］本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃重點立項課題“基于大概念的項目化學(xué)習(xí)九年融貫式設(shè)計與實施研究”（B/2021/02/60）、蘇州市陶行知研究會“十四五”一般課題“人工智能校本課程生活化開發(fā)的研究與實踐”（SZTY21-0246）的階段性研究成果。