基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的人工智能創(chuàng)意課程活動設(shè)計(jì)

歐陽瑤瑤

【摘要】把握全球人工智能發(fā)展為中國教育帶來的新的發(fā)展契機(jī)，培養(yǎng)大批具有創(chuàng)新能力的高端人才，是中小學(xué)教育的重要使命。而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)對學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一種有效途徑。本文根據(jù)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求以及項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)對小學(xué)人工智能創(chuàng)意課程進(jìn)行了教學(xué)活動設(shè)計(jì)及教學(xué)實(shí)施，以“基于機(jī)器學(xué)習(xí)（ML5）KNN物體分類器的垃圾智能識別與分類系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例”為例呈現(xiàn)活動設(shè)計(jì)及實(shí)施效果。通過本文，希望為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動的具體實(shí)施提供參考，在實(shí)踐上對人工智能創(chuàng)意課程活動的設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目式學(xué)習(xí);人工智能;活動設(shè)計(jì);創(chuàng)新能力

2017年國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出：“為搶抓AI發(fā)展的重大戰(zhàn)略機(jī)遇，中國要大力加強(qiáng)AI勞動力培訓(xùn)，廣泛開展AI科普活動，實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程?！彪S即，中小學(xué)學(xué)校將人工智能引入信息技術(shù)課堂，推動課程建設(shè)，開展人工智能的普及和提升教育，為培養(yǎng)適應(yīng)未來的創(chuàng)新型人才打下基礎(chǔ)。在實(shí)踐層面上，雖然中小學(xué)信息技術(shù)課程設(shè)有AI的相關(guān)知識模塊，但是課程設(shè)計(jì)和活動設(shè)計(jì)卻不夠合理，對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)成效不明顯。教育界對人工智能創(chuàng)意課程活動設(shè)計(jì)的討論越來越熱烈，試圖通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。這也成為時(shí)下熱點(diǎn)。

一、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，以實(shí)際問題情境為研究項(xiàng)目，以項(xiàng)目任務(wù)為驅(qū)動，以小組協(xié)作方式進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃及解決項(xiàng)目任務(wù)的學(xué)習(xí)方式。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為學(xué)生提供了動態(tài)、主動、多元的情境的體驗(yàn)，鼓勵學(xué)生運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的知識和技能解決問題，呈現(xiàn)出崇尚問題化學(xué)習(xí)、提倡團(tuán)隊(duì)式學(xué)習(xí)、崇尚聯(lián)系性學(xué)習(xí)、鼓勵創(chuàng)造性學(xué)習(xí)四大特征。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開展過程中，教師發(fā)揮組織、指導(dǎo)、監(jiān)督、評價(jià)作用，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)一系列的知識和技能，并利用這些技能完成激活舊知、展示新知、應(yīng)用新知、融會貫通等知識構(gòu)建的過程，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，兼顧知識掌握和能力培養(yǎng)。

常見的基于項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)活動包括選定研究項(xiàng)目、分析研究項(xiàng)目、設(shè)計(jì)研究方案、實(shí)施研究方案、成果交流與評價(jià)五大環(huán)節(jié)。在選定研究項(xiàng)目環(huán)節(jié)，教師創(chuàng)設(shè)問題情境，吸引學(xué)生探索與學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生確定研究主題;在分析研究項(xiàng)目環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生分析如何運(yùn)用所學(xué)知識與技能，分析項(xiàng)目需求的方案，最終確定研究策略，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力;在設(shè)計(jì)研究方案環(huán)節(jié)，教師指導(dǎo)學(xué)生以小組為單位進(jìn)行項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生體驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與研究的過程，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力;在實(shí)施研究方案環(huán)節(jié)，教師指導(dǎo)研究實(shí)施過程，讓學(xué)生在實(shí)施研究方案過程中培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力;在成果交流與評價(jià)環(huán)節(jié)，教師組織學(xué)生以小組為單位總結(jié)匯報(bào)，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自評、他評和自我反思。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)過程層層遞進(jìn)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力及提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、人工智能創(chuàng)意課程開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐

（一）課程內(nèi)容選擇

如何進(jìn)行基于項(xiàng)目式的人工智能創(chuàng)意課程設(shè)計(jì)，筆者選擇佛山市小學(xué)信息技術(shù)五年級中“圖像識別技術(shù)”部分課程為例，來呈現(xiàn)項(xiàng)目式活動設(shè)計(jì)。

“圖像識別技術(shù)”的教學(xué)目標(biāo)標(biāo)不單是讓學(xué)生掌握圖像識別技術(shù)的理論知識，筆者更希望以設(shè)計(jì)“基于機(jī)器學(xué)習(xí)（ML5）KNN物體分類器的垃圾智能識別與分類系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例”活動為載體，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過程中始終圍繞項(xiàng)目主題，積極學(xué)習(xí)新的人工智能知識和技能，并主動選擇和利用最優(yōu)化的學(xué)習(xí)資源，通過分析研究項(xiàng)目、設(shè)計(jì)研究方案、實(shí)施研究方案、成果交流與評價(jià)等環(huán)節(jié)， 獲得具體知識、形成信息素養(yǎng)、發(fā)展創(chuàng)新與實(shí)踐能力。

（二）活動開展過程

1.確定研究項(xiàng)目

教師活動：引出問題：播放視頻——垃圾分類環(huán)保歌.mp4，談話分析我國城市實(shí)行垃圾分類的標(biāo)準(zhǔn)，吸引學(xué)生的興趣，引出本節(jié)項(xiàng)目主題——基于機(jī)器學(xué)習(xí)（ML5）KNN物體分類器的智能垃圾識別與分類系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例。

學(xué)生活動：學(xué)生通過視頻以及教師的引導(dǎo)，進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，明確項(xiàng)目主題。

2.分析研究項(xiàng)目

（1）教師活動：教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)主題、垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)功能、編程等方面使用思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)垃圾智能識別與分類系統(tǒng)。

（2）學(xué)生活動：學(xué)生知曉垃圾分類的標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用系統(tǒng)通過機(jī)器視覺識別垃圾種類并且進(jìn)行自動化分類的原理，思考如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺識別與自動化分類，確定解決本項(xiàng)目需要基于機(jī)器學(xué)習(xí)的視覺識別技術(shù)并結(jié)合邏輯判斷語句進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。

3.設(shè)計(jì)研究方案

（1）教師活動：播放微課講解概念與原理：機(jī)器學(xué)習(xí)（ML5）、模型訓(xùn)練;通過教師演示，講解Mind+軟件中KNN物體分類器建立標(biāo)簽及訓(xùn)練模型的方法。（下轉(zhuǎn)第23版）（上接第22版）引導(dǎo)學(xué)生使用KNN物體分類器建立訓(xùn)練模型，同時(shí)要求學(xué)生完成高準(zhǔn)確度的識別模型訓(xùn)練，提高垃圾識別的準(zhǔn)確率，并自主將KNN物體分類器使用到研究項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，最后通過邏輯判斷語句的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)垃圾智能識別與自動化分類。在此過程環(huán)節(jié)，教師處于引導(dǎo)的地位，為學(xué)生項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)提供知識與技能，引導(dǎo)學(xué)生使用新的知識與技能進(jìn)行知識建構(gòu)，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，兼顧知識掌握和能力培養(yǎng)。

（2）學(xué)生活動：學(xué)生學(xué)習(xí)了關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)（ML5）、模型訓(xùn)練的概念與原理，使用KNN物體分類器建立標(biāo)簽及訓(xùn)練模型的方法，建立垃圾智能識別模型，并在此過程中，掌握新課內(nèi)容——機(jī)器學(xué)習(xí)的含義與應(yīng)用。學(xué)生以小組為單位進(jìn)行模型訓(xùn)練，分析如何提高模型的識別準(zhǔn)確率，對訓(xùn)練模型方案進(jìn)行優(yōu)化，并且結(jié)合訓(xùn)練模型的結(jié)果對自動化分類的邏輯判斷語句進(jìn)行分析，最后討論得到最終的項(xiàng)目方案。

4.實(shí)施研究方案

（1）教師活動：教師巡堂觀察，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，進(jìn)行合理的分工和合作;鼓勵學(xué)生圍繞項(xiàng)目主題，自主探究，結(jié)合設(shè)計(jì)方案和實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)編程。