初中階段信息技術(shù)學(xué)科中人工智能課程的實(shí)施建議

楊青清

摘要：教育是為學(xué)生的未來發(fā)展做準(zhǔn)備，在人工智能時(shí)代普及人工智能教育，對于信息技術(shù)教師來說是機(jī)遇更是挑戰(zhàn)，有效地推進(jìn)人工智能教育既是責(zé)任更是使命。新形勢對信息技術(shù)學(xué)科的課程設(shè)計(jì)、教學(xué)策略和學(xué)習(xí)方式等提出了新的要求，本文圍繞信息核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，從初中階段信息技術(shù)課程實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合具體教學(xué)案例，從課程內(nèi)容開發(fā)、教學(xué)活動設(shè)計(jì)、課程融合、評價(jià)方式、經(jīng)驗(yàn)方法等方面進(jìn)行了大膽嘗試、深入研究和細(xì)致總結(jié)，提高了人工智能教育的科學(xué)性與可操作性，以期為相關(guān)教學(xué)提供可借鑒的教學(xué)資源和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)課程;人工智能;創(chuàng)客教育;機(jī)器人

中圖分類號：G642 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?論文編號：1674-2117（2022）03-0093-04

● 時(shí)代背景和現(xiàn)實(shí)環(huán)境

1.時(shí)代背景

人工智能給世界和人類帶來了勢不可擋、潛移默化的變化和影響，目前，已逐步走向教育市場，線上平臺提供的虛擬人工智能體驗(yàn)服務(wù)、線下以開源硬件或機(jī)器人等方式開展的人工智能體驗(yàn)和教育服務(wù)等，都給學(xué)生帶來了全新的感受和體驗(yàn)。2017年，國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》報(bào)告指出，“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”，鼓勵學(xué)校和社會逐步推廣人工智能教育，其愿景目標(biāo)是“設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國人工智能人才高地”。同年，我國發(fā)布基礎(chǔ)教育人工智能教材，內(nèi)容涵蓋人工智能發(fā)展歷史、基本概念及應(yīng)用案例。與此同時(shí)黑龍江省初中階段信息技術(shù)教材中也大幅增加了反映信息技術(shù)新技術(shù)、新發(fā)展方向的內(nèi)容，尤其是增加了人工智能及其相關(guān)技術(shù)的內(nèi)容。但要真正達(dá)到良好的教育教學(xué)效果，還需要一線教師主動參與其中，開動腦筋，真正結(jié)合實(shí)際情況開展行之有效的形式多樣、內(nèi)容豐富的教育教學(xué)工作。

2.現(xiàn)實(shí)環(huán)境

教材內(nèi)容：筆者所在學(xué)校使用的是黑龍江教育出版社出版的義務(wù)教育信息技術(shù)教材，其中人工智能內(nèi)容集中出現(xiàn)在六年上冊第一單元和八年下冊第一單元，其又與教材中創(chuàng)客課程和應(yīng)用軟件內(nèi)容緊密聯(lián)系、互為補(bǔ)充，因此可以國家教材為依據(jù)，對課程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充和拓展。

學(xué)生情況：筆者所在學(xué)校學(xué)生對現(xiàn)代信息技術(shù)在生活中的應(yīng)用有一定的了解和認(rèn)識，普遍接觸過人工智能產(chǎn)品，但受年齡及知識儲備的影響，對人工智能的理解多為碎片式的，更多的是感性的、直觀的認(rèn)識。同時(shí)，在知識儲備、眼界視野、語言表達(dá)以及綜合能力方面，學(xué)生之間差異性較大，普遍缺乏深入的思考和分析意識，欠缺小組合作的方法和技巧。

師資情況及學(xué)校硬件配置：專職信息技術(shù)教師目前為6人，均具有多年信息技術(shù)教育、STEAM教育和創(chuàng)客教育經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，學(xué)校自2017年9月購置多批創(chuàng)客課程教具后，又于2020年創(chuàng)建了創(chuàng)客空間，擁有人形機(jī)器人、多足機(jī)器人、無人機(jī)、機(jī)械臂、智能小車等多種人工智能產(chǎn)品。

● 人工智能教育目標(biāo)的確定

基于以上情況，筆者所在學(xué)校已具備全面開展人工智能課程的條件，因此確定以普惠式課程為主要形式開展人工智能教學(xué)活動，同時(shí)確定了“強(qiáng)化立德樹人、培育科學(xué)精神、激發(fā)創(chuàng)新意識、提升信息素養(yǎng)”的教育理念。人工智能教育目標(biāo)確定如下：

（1）了解人工智能的概念、發(fā)展歷程、相關(guān)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)原理、應(yīng)用方向和發(fā)展趨勢;

（2）了解簡單的傳感器、運(yùn)動、控制知識，體驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用，并對技術(shù)應(yīng)用蘊(yùn)含的原理、創(chuàng)新方法等有所體悟，繼而延伸至能夠創(chuàng)造性地應(yīng)用和改進(jìn)技術(shù);

（3）掌握計(jì)算機(jī)和編程知識，能夠使用編程語言進(jìn)行人工智能學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐，提升對編程與人工智能關(guān)系的認(rèn)識，培養(yǎng)計(jì)算思維和工程思維，養(yǎng)成敢于探索和大膽創(chuàng)新的科學(xué)習(xí)慣;

（4）滲透人工智能倫理和法律，逐漸形成正確的人工智能發(fā)展觀，形成遵守智慧社會道德、法律的意識，增強(qiáng)維護(hù)社會信息安全、促進(jìn)人工智能健康發(fā)展的責(zé)任意識;

（5）培養(yǎng)創(chuàng)造力、設(shè)計(jì)能力、動手實(shí)踐能力、語言表達(dá)能力、溝通協(xié)作能力等。

● 人工智能教學(xué)的探索過程

1.初期：教學(xué)對象為六學(xué)年學(xué)生，重點(diǎn)工作為課程資源開發(fā)與重組

初中階段開展人工智能課程的初期，教學(xué)活動形式主要是科普課程、大班集體活動，以體驗(yàn)感受為主。依據(jù)此目標(biāo)，在學(xué)校現(xiàn)有教學(xué)資源基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)實(shí)環(huán)境，筆者所在教研組圍繞教材內(nèi)容整合和開發(fā)了一系列人工智能課程內(nèi)容，如《疫情下人工智能的應(yīng)用》《認(rèn)識大數(shù)據(jù)》《解密大數(shù)據(jù)》等。通過淺顯準(zhǔn)確的內(nèi)容和實(shí)際具象的體驗(yàn)，幫助六學(xué)年學(xué)生初識人工智能知識，領(lǐng)會人工智能的基本思路，啟發(fā)思維，培養(yǎng)興趣。

以《疫情下人工智能的應(yīng)用》一課為例，該主題內(nèi)容以線上線下混合式教學(xué)形式進(jìn)行。

線上主題教學(xué)活動是在2020年初新冠疫情期間開展的，主要包括了三部分：人工智能初識、實(shí)踐操作體驗(yàn)、反饋檢測交流。

人工智能初識：廣泛搜集和整理相關(guān)視頻資料，結(jié)合學(xué)情進(jìn)行素材重組，從知識和應(yīng)用兩個(gè)層面，引導(dǎo)學(xué)生初步理解人工智能的發(fā)展歷史和基本概念，再圍繞新冠疫情中人工智能產(chǎn)品的具體應(yīng)用，明確人工智能給社會和人們生活帶來的便利，促進(jìn)學(xué)生對生活、對周圍事物的觀察和思考。

實(shí)踐操作體驗(yàn)：選擇易理解易操作的人工智能技術(shù)——視覺識別，鼓勵學(xué)生動手實(shí)踐，體驗(yàn)百度AI中“人臉識別”和“人流量統(tǒng)計(jì)”功能，讓學(xué)生在與人工智能技術(shù)的互動體驗(yàn)中感受人工智能的技術(shù)魅力。

反饋檢測交流：設(shè)計(jì)反饋調(diào)查問卷，在線調(diào)查與測評，促進(jìn)學(xué)生及時(shí)反思學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)線上基于數(shù)據(jù)的客觀評價(jià)。

開發(fā)重組后的教學(xué)內(nèi)容巧妙且有效利用了“新冠疫情”這一特殊的學(xué)習(xí)契機(jī)，既有聯(lián)系實(shí)際生活的感性認(rèn)知，又有動手體驗(yàn)的主觀感受，培養(yǎng)了學(xué)生主動觀察、實(shí)踐體驗(yàn)、分析和理解現(xiàn)實(shí)生活的信息意識。

當(dāng)學(xué)生重返學(xué)校后，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整線上課程內(nèi)容（如下頁圖1），調(diào)整后的線下課程內(nèi)容能夠充分發(fā)揮線下教學(xué)實(shí)時(shí)互動的優(yōu)勢，促進(jìn)學(xué)生更客觀、更深入、更科學(xué)地看待人工智能。例如，體驗(yàn)活動中增加了班級人數(shù)識別、語音識別等多種應(yīng)用，讓學(xué)生更充分體驗(yàn)當(dāng)前人工智能技術(shù)應(yīng)用的廣泛性。又如，在分析探尋“AI產(chǎn)品分布比例不均衡”的原因時(shí)，適時(shí)選用“華為禁令”這一新聞事件，引發(fā)學(xué)生討論交流，了解華為事件對祖國的綜合科技國力、外交政策和信息安全的深層影響，從而激發(fā)學(xué)生“以天下復(fù)興為己任”的愛國情懷，樹立為科技復(fù)興、民族復(fù)興而積極進(jìn)取、努力學(xué)習(xí)的社會責(zé)任感。

2.中期：教學(xué)對象為六學(xué)年學(xué)生，重點(diǎn)工作為教學(xué)活動設(shè)計(jì)與實(shí)施

隨著人工智能課程的推進(jìn)，教學(xué)活動形式逐漸向綜合性活動、小組深入研討、能力培養(yǎng)方面轉(zhuǎn)變。學(xué)校開展了“智能機(jī)器人舞蹈創(chuàng)編”主題活動，并開發(fā)了前端課程——《智能機(jī)器人》《人形機(jī)器人》，具體內(nèi)容如圖2所示。

以上的教學(xué)安排讓學(xué)生從理論到實(shí)踐，適度地拓展學(xué)習(xí)深度，引導(dǎo)學(xué)生先學(xué)習(xí)機(jī)器人基本知識，再進(jìn)行編程和應(yīng)用;在概括和明確核心要素的基礎(chǔ)上，掌握簡單傳感器、反應(yīng)器（舵機(jī)）、控制方法;在了解機(jī)器人的使用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢后，通過討論交流人與機(jī)器人關(guān)系的活動，使學(xué)生正確面對人工智能發(fā)展帶來的前所未有的挑戰(zhàn)，樹立正確的社會倫理和責(zé)任意識。

在實(shí)施機(jī)器人舞蹈創(chuàng)編活動時(shí)，考慮到大部分學(xué)生沒有參與類似活動的經(jīng)歷，課前又從合作交流、音樂選擇、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)踐注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行細(xì)致引導(dǎo)、明確要求，保障了創(chuàng)編活動的順利開展。

3.發(fā)展階段：教學(xué)對象為六、七學(xué)年學(xué)生，重點(diǎn)工作為人工智能與創(chuàng)客課程融合

結(jié)合教材中創(chuàng)客課程的內(nèi)容，筆者所在教研組將人工智能技術(shù)融入到常規(guī)教學(xué)中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和使用開源軟件與相關(guān)硬件的同時(shí)，掌握基本的編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對人工智能設(shè)備的操控，并掌握基本的工程設(shè)計(jì)思想，了解工程設(shè)計(jì)的基本規(guī)范，掌握核心技能，繼而提升學(xué)生工程設(shè)計(jì)思維和創(chuàng)意思維能力。

目前，課程內(nèi)容從主題內(nèi)容拓展和難易程度調(diào)整兩方面開展，力爭生活化、層次化設(shè)計(jì)。同時(shí)在普適教育的基礎(chǔ)上，充分考慮學(xué)生的差異性和興趣點(diǎn)，遴選對人工智能和高新科技感興趣，同時(shí)有較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)和項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，以校本課程為主，部分學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下深入學(xué)習(xí)技術(shù)，由模塊化編程全面轉(zhuǎn)為代碼化編程，積極為各級各類科技競賽做準(zhǔn)備。

● 課程評價(jià)多樣多元

在評價(jià)內(nèi)容上，根據(jù)課程的過程性和任務(wù)的完成度進(jìn)行綜合評價(jià)，如學(xué)科基礎(chǔ)知識和技能、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、問題解決能力、團(tuán)隊(duì)合作、溝通交流能力、自我學(xué)習(xí)能力等課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn);在評價(jià)方式上采取評價(jià)主體多元化（學(xué)生、教師和家長），線上線下混合式，將線下的學(xué)科活動與創(chuàng)新成果在互聯(lián)網(wǎng)平臺上淋漓盡致地呈現(xiàn)與共享。同時(shí)，制訂具體可執(zhí)行易評價(jià)的量規(guī)引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，下頁表為智能機(jī)器人舞蹈評價(jià)量規(guī)。

● 經(jīng)驗(yàn)方法與階段收獲

1.學(xué)科間滲透和協(xié)助

人工智能技術(shù)不是孤立的，而是綜合的、涉及很多其他學(xué)科的內(nèi)容，如果能實(shí)現(xiàn)有效的學(xué)科橫向聯(lián)系和協(xié)助，則能更好地幫助學(xué)生理解與應(yīng)用。例如，《解密大數(shù)據(jù)》課程中的“滴滴出行星云圖”與地理學(xué)科的“人口分布線（胡煥庸線）”完美重合，用現(xiàn)代信息技術(shù)證明了人口分布線的地理價(jià)值?！缎畔⑴c信息技術(shù)》課程中信息的容量單位中蘊(yùn)含著許多數(shù)學(xué)知識，如多種進(jìn)制在生活中的應(yīng)用及相互轉(zhuǎn)換等，讓學(xué)生感受到數(shù)學(xué)知識與信息技術(shù)的緊密聯(lián)系?！吨悄軝C(jī)器人》課程中，于千變?nèi)f化的外形結(jié)構(gòu)中探尋功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，概括得出機(jī)器人最核心最本質(zhì)的特征，讓學(xué)生真正使用了工程知識和語文能力?！稒C(jī)器人舞蹈創(chuàng)編》活動中，讓機(jī)器人在音樂中翩翩起舞，體驗(yàn)科技與藝術(shù)的巧妙配合，也讓學(xué)生感受到了科技之美。

2.重視信息社會責(zé)任教育（德育目標(biāo)）

人工智能技術(shù)的使用是把雙刃劍，在開展人工智能教育時(shí)，絕不能忽視人工智能教育中的社會責(zé)任教育，必須引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到其推動科技進(jìn)步、促進(jìn)社會發(fā)展、改善人民生活的價(jià)值，同時(shí)，不合理地應(yīng)用人工智能技術(shù)可能造成的負(fù)面影響或危害。筆者在每一課都深度挖掘相關(guān)內(nèi)容，通過討論、交流等各種形式進(jìn)行引導(dǎo)和規(guī)范。

例如，《認(rèn)識大數(shù)據(jù)》教學(xué)內(nèi)容挖掘的德育目標(biāo)為：①通過交流分享身邊大數(shù)據(jù)的具體應(yīng)用，體會大數(shù)據(jù)給人們生活帶來的巨大變化，進(jìn)一步體驗(yàn)科技的強(qiáng)大力量;②從“安全與隱私”的問題出發(fā)，對安全與隱私進(jìn)行思考，正確認(rèn)識信息安全和隱私安全之間的關(guān)系，提高個(gè)人隱私保護(hù)意識;③通過星云圖的展示與分析，從數(shù)字化的角度了解祖國、了解家鄉(xiāng)，深刻體會大數(shù)據(jù)的用途;④提升數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，為未來的數(shù)字化生活做準(zhǔn)備。

人工智能教育中的社會責(zé)任教育是一個(gè)不斷發(fā)展、不斷完善的過程，維護(hù)這個(gè)過程的科學(xué)性、維護(hù)人工智能教育的健康發(fā)展任重道遠(yuǎn)。

3.取得的階段收獲

學(xué)校開展的人工智能課程，讓學(xué)生理解和深刻感知到科技的變化，增長了相關(guān)知識，學(xué)會用一種全新、客觀的視角去了解科技。為促進(jìn)和提升學(xué)生的思考和反饋，筆者設(shè)計(jì)了如下題目：結(jié)合生活實(shí)際，如果你打算設(shè)計(jì)一個(gè)作品，說說你的設(shè)計(jì)思路。學(xué)生呈現(xiàn)的作品創(chuàng)意無限。

學(xué)習(xí)類：“聽寫閱讀器”“智能黑板”“自動監(jiān)考器”“緩解疲倦的臺燈”“智能書包（分類整理、記錄提醒）”“課堂小助手（糾正和提醒不良習(xí)慣）”“自動感應(yīng)筆”“萬能筆（各種類型和顏色筆的集合體）”。

生活類：“智能眼鏡（自動調(diào)整度數(shù)）”“動漫耳機(jī)”“自動溶解垃圾器”“智能滅蚊寵物”“健康衛(wèi)士（生活規(guī)律、飲食健康）”“園藝機(jī)器人”“導(dǎo)航助殘輪椅”“智能衣柜（搭配服裝）”“感應(yīng)移動柜（避障）”“家門衛(wèi)士（住宅防盜）”。

同時(shí)經(jīng)過一年多的課程學(xué)習(xí)，學(xué)生更適應(yīng)和喜愛小組協(xié)作這種組織形式。在學(xué)習(xí)活動調(diào)查問卷中學(xué)生明確表示：合作學(xué)習(xí)過程讓自己受益匪淺，掌握了與人交往的能力，增強(qiáng)了凝聚力，收獲了友誼，感受到并肩作戰(zhàn)的樂趣，還總結(jié)了如何帶動組內(nèi)學(xué)習(xí)能力弱的同學(xué)共同進(jìn)步的若干方法。

● 結(jié)語

中小學(xué)階段開設(shè)人工智能相關(guān)的創(chuàng)客課程，可以提升學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新素養(yǎng)，創(chuàng)設(shè)合作的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生更好地適應(yīng)未來社會發(fā)展的需求。當(dāng)前，以人工智能技術(shù)為載體的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)踐尚處于摸索階段，如何從課程目標(biāo)、課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)模式、課程評價(jià)等方面構(gòu)建體系化的創(chuàng)客課程，還需要一線教師進(jìn)行更深入的思考。

參考文獻(xiàn)：

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