基于真實(shí)情境問題的人工智能項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

邢寅玲

摘要：目前，雖然“人工智能初步”已成為高中信息技術(shù)課程選擇性必修模塊4的內(nèi)容，但在實(shí)際教學(xué)過程中因?yàn)檎n時(shí)、師資以及配套軟硬件資源有限等因素，學(xué)生未能進(jìn)行該內(nèi)容的統(tǒng)一學(xué)習(xí)。因此，筆者以校本課程開發(fā)為契機(jī)，結(jié)合學(xué)校人工智能實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，開展針對(duì)高一和高二學(xué)生的人工智能項(xiàng)目活動(dòng)，圍繞學(xué)生在日常學(xué)習(xí)、生活中的真實(shí)場景，設(shè)計(jì)與實(shí)施了一些人工智能項(xiàng)目。本文結(jié)合設(shè)計(jì)與制作校園建筑文化智能識(shí)別講解小助手案例，介紹了真實(shí)問題情境下人工智能項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施過程。

關(guān)鍵詞：真實(shí)問題情境人工智能模型訓(xùn)練編程

一、中學(xué)開展人工智能項(xiàng)目活動(dòng)的意義

人工智能項(xiàng)目活動(dòng)的開展，適應(yīng)高中生的思維認(rèn)知水平，滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。它綜合了計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、生物、美術(shù)、物理等多種學(xué)科的知識(shí)，是提升學(xué)生綜合素養(yǎng)的良好平臺(tái)，能夠增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用人工智能相關(guān)技術(shù)服務(wù)社會(huì)發(fā)展的責(zé)任感與使命感，有助于學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)。

二、人工智能項(xiàng)目活動(dòng)目標(biāo)及活動(dòng)開展模式

根據(jù)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》關(guān)于“人工智能初步”課程的教學(xué)要求及學(xué)情要求，我們將人工智能項(xiàng)目活動(dòng)的總目標(biāo)定位為培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用信息技術(shù)解決簡單的實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

設(shè)計(jì)與制作校園建筑文化智能識(shí)別講解小助手的具體活動(dòng)目標(biāo)為：通過合作、探究了解圖像識(shí)別、語言識(shí)別技術(shù)的工作原理與流程;通過編程和模型訓(xùn)練，讓“小飛”機(jī)器人實(shí)現(xiàn)校園建筑文化圖卡的識(shí)別與信息播報(bào)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和動(dòng)手實(shí)踐能力，提升綜合運(yùn)用信息技術(shù)解決問題的能力;通過對(duì)校園建筑物圖像及其所代表的文化信息的采集，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于學(xué)校文化的認(rèn)同感，使其形成正確的價(jià)值取向。

在活動(dòng)開展模式上，主要采用比較穩(wěn)定的五步式，即真實(shí)情境問題—探究學(xué)習(xí)新知—思考技術(shù)工作流程—編寫程序?qū)崿F(xiàn)—成果評(píng)價(jià)交流。五個(gè)環(huán)節(jié)承前啟后，環(huán)環(huán)相扣，通過基于真實(shí)情境問題下的小組合作、項(xiàng)目學(xué)習(xí)等，利用“小飛”機(jī)器人和人工智能應(yīng)用框架等資源，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主合作探究學(xué)習(xí)，勇于實(shí)踐創(chuàng)新，促進(jìn)項(xiàng)目活動(dòng)目標(biāo)的達(dá)成。

三、人工智能創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目活動(dòng)具體的設(shè)計(jì)與實(shí)施

（一）以真實(shí)情境問題為基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生的探究興趣

校園建筑文化是學(xué)校文化的重要組成部分，但新入校的師生對(duì)校園建筑的文化內(nèi)涵并不了解。如何運(yùn)用人工智能相關(guān)技術(shù)讓師生快速地了解校園建筑的文化深意，讓師生不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，了解校園內(nèi)各建筑物的功能和文化信息，促進(jìn)校園文化的傳承？從基于學(xué)生認(rèn)知的真實(shí)問題情境出發(fā)，更易于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的積極性與主動(dòng)性，為后續(xù)活動(dòng)的順利開展奠定基礎(chǔ)。

（二）以問題求解為核心，進(jìn)行關(guān)鍵環(huán)節(jié)的活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

活動(dòng)一：分析問題，制定問題求解方案。從結(jié)果出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用逆向思維，思考：小助手需要實(shí)現(xiàn)的主要功能有哪些？實(shí)現(xiàn)功能需要的技術(shù)與方法是什么？可以通過哪些工具或技術(shù)獲取未知資源？進(jìn)行問題分析后，學(xué)生小組借助愛莫腦圖這一網(wǎng)絡(luò)在線平臺(tái)繪制思維導(dǎo)圖。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中的一些在線數(shù)字化工具，輔助分析實(shí)際問題，提高分析能力，創(chuàng)造性地制定問題求解方案，有利于學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

活動(dòng)二：制作校園建筑物文化信息圖卡。根據(jù)在校園中采集到的建筑物圖像與名稱，通過百度檢索，獲取建筑物名稱的文化典故或來歷，以及建筑物在校園內(nèi)的具體位置;結(jié)合模型與圖像關(guān)鍵信息之間的聯(lián)系，利用圖像處理軟件加工制作校園建筑文化信息圖卡。

活動(dòng)三：運(yùn)用科大訊飛AI產(chǎn)品“小飛”機(jī)器人進(jìn)行模型訓(xùn)練，識(shí)別圖卡并播報(bào)圖卡建筑物蘊(yùn)含的關(guān)鍵信息。以“小飛”機(jī)器人為載體，驗(yàn)證人工智能技術(shù)中圖像識(shí)別、文字識(shí)別等核心技術(shù)原理的應(yīng)用，解決校園建筑物識(shí)別與講解等現(xiàn)實(shí)場景問題，加深對(duì)人工智能技術(shù)中圖像識(shí)別與文字識(shí)別工作原理的理解以及提升運(yùn)用新技術(shù)解決真實(shí)問題的能力。

活動(dòng)四：編寫程序，調(diào)試，驗(yàn)證“小飛”機(jī)器人小助手識(shí)別校園建筑物圖卡的智能性與準(zhǔn)確性。小組共同參與，繪制流程圖，總結(jié)編制計(jì)算機(jī)程序解決問題的一般過程，小組成員之間通過協(xié)作、交流與分享，運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程這一工具提升其分析能力、實(shí)踐能力。

活動(dòng)五：成果展示與交流。小組成員回溯項(xiàng)目實(shí)施的過程與方法，構(gòu)建人工智能技術(shù)中圖像識(shí)別、語音識(shí)別與合成等技術(shù)原理體系，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)奠定基礎(chǔ);小組匯報(bào)交流，分享問題求解方案制定的過程與成果，實(shí)現(xiàn)信息共享價(jià)值最大化，有利于學(xué)生進(jìn)行自我反思與總結(jié)，促進(jìn)學(xué)生自我成長。

四、人工智能項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的總結(jié)和反思

1.基于學(xué)生真實(shí)情境的問題求解過程，尊重學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)能力的差異性。教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞問題進(jìn)行自主探究、思考，學(xué)習(xí)新知，充分遵循“以學(xué)生為本”的新課程理念，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，自主構(gòu)建知識(shí)體系，提升解決問題的能力。

2.實(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)生問題求解進(jìn)展，及時(shí)反饋評(píng)價(jià)。人工智能教學(xué)中活動(dòng)多、時(shí)間緊，教師更關(guān)注對(duì)學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)，而忽視對(duì)學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)。在活動(dòng)實(shí)施過程中，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生在制定問題求解方案、實(shí)踐驗(yàn)證方案、小組匯報(bào)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等環(huán)節(jié)中，進(jìn)行科學(xué)有效的自評(píng)與互評(píng)，建立自我學(xué)習(xí)反饋機(jī)制，形成勇于發(fā)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)問題、樂于向身邊同學(xué)取經(jīng)的良好學(xué)習(xí)心理和積極健康的學(xué)習(xí)心態(tài)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的韌性，克服學(xué)習(xí)惰性，提高教學(xué)效率。

3.活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的過程還有待完善。目前開展的人工智能項(xiàng)目活動(dòng)側(cè)重于了解人工智能技術(shù)的應(yīng)用以及驗(yàn)證運(yùn)用人工智能相關(guān)技術(shù)解決較為簡單的情境問題，形成運(yùn)用人工智能相關(guān)知識(shí)和技能解決簡單問題的能力，注重人工智能相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)的普及。隨著學(xué)生學(xué)習(xí)的深入，后期將加強(qiáng)基于真實(shí)情境問題的人工智能個(gè)性化功能開發(fā)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

目前，人工智能技術(shù)得到國家的高度重視，合肥市先后啟動(dòng)了一系列的人工智能相關(guān)項(xiàng)目，尤其是智慧校園建設(shè)，為市區(qū)高中學(xué)校引入人工智能學(xué)科教育提供了必要的軟硬件資源、政策保障。我校充分利用科大訊飛在人工智能領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)資源，開發(fā)高中人工智能項(xiàng)目活動(dòng)，既能幫助學(xué)生運(yùn)用人工智能技術(shù)創(chuàng)造性地分析問題、解決問題，又能提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，助力實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

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責(zé)任編輯：唐丹丹E1E90740-0DC0-4343-A25B-1540B459E182