例談初中人工智能課程教學(xué)策略

包桂霞 江蘇省南京市科利華中學(xué)

目前，多版本的高中信息技術(shù)教材中已有了人工智能的相關(guān)內(nèi)容，部分初中信息技術(shù)教材中也已融入人工智能的內(nèi)容，人工智能教育正逐步走進(jìn)大班課堂。初中生對(duì)人工智能在生活中的各項(xiàng)運(yùn)用已有初步的感知，但是因受知識(shí)儲(chǔ)備不足、思維能力不夠等的限制，尚不能掌握人工智能技術(shù)原理，因此，在初中階段應(yīng)確定合適的人工智能培養(yǎng)目標(biāo)。

● 在觀察分析中提高對(duì)人工智能應(yīng)用的鑒賞力

在人工智能時(shí)代，學(xué)生應(yīng)具備一定的對(duì)人工智能應(yīng)用的鑒賞力，在生活中見(jiàn)到智能產(chǎn)品時(shí)要能敏銳地判斷其是否運(yùn)用了人工智能技術(shù)，能夠在與人工智能產(chǎn)品互動(dòng)時(shí)初步分析其運(yùn)行效果，能夠分析人工智能產(chǎn)品的價(jià)值和影響。

1.分析AI應(yīng)用的價(jià)值，提高對(duì)人工智能應(yīng)用的鑒賞力

在《語(yǔ)音識(shí)別》一課中，教師引導(dǎo)學(xué)生識(shí)別生活中各種語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品，分析它們的價(jià)值。學(xué)生對(duì)照概念關(guān)聯(lián)已有生活經(jīng)驗(yàn)，分享相關(guān)應(yīng)用，如語(yǔ)音輸入法讓溝通更高效、語(yǔ)音控制讓控制更方便、語(yǔ)音導(dǎo)航讓駕駛更安全、語(yǔ)音客服降低成本。

通過(guò)識(shí)別出生活中各種人工智能技術(shù)的應(yīng)用和價(jià)值，讓學(xué)生了解AI對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的影響，可以提高學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)應(yīng)用的“鑒賞力”。

2.分析AI應(yīng)用的運(yùn)行效果，提高對(duì)人工智能技術(shù)的鑒賞力

引導(dǎo)學(xué)生分析AI應(yīng)用的運(yùn)行效果，做到不僅能識(shí)別人工智能技術(shù)，還能分析其后面的技術(shù)原理，更能在其失誤時(shí)分析原理，找出對(duì)策。

在《問(wèn)答系統(tǒng)》一課中，學(xué)生與“小愛(ài)”聊天，體驗(yàn)問(wèn)答系統(tǒng)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)小愛(ài)能準(zhǔn)確回答絕大部分問(wèn)題，但也會(huì)出現(xiàn)不會(huì)答或答錯(cuò)的情況。學(xué)生研究這一過(guò)程，運(yùn)用自然語(yǔ)言處理技術(shù)解釋其背后的技術(shù)原理；分析其失敗的原因，同時(shí)類比分析商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人、醫(yī)院導(dǎo)診機(jī)器人、景點(diǎn)導(dǎo)游機(jī)器人的問(wèn)答功能，知其然并知其所以然。

● 在場(chǎng)景體驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)中提高對(duì)人工智能知識(shí)的理解力

人工智能知識(shí)專業(yè)性非常強(qiáng)。初中階段的人工智能學(xué)習(xí)目標(biāo)應(yīng)以人工智能知識(shí)啟蒙、興趣培養(yǎng)為主，初步了解人工智能的相關(guān)技術(shù)及其原理即可。教師需要將專業(yè)的知識(shí)變得淺顯易懂，讓深?yuàn)W的算法變得形象生動(dòng)。

1.搭建人工智能應(yīng)用場(chǎng)景，在體驗(yàn)中掌握知識(shí)

如何讓學(xué)生理解并掌握“語(yǔ)音識(shí)別”這一概念呢？筆者以“智能語(yǔ)音”單元的《語(yǔ)音識(shí)別》一課為例進(jìn)行實(shí)踐。

課前，教師在教室搭建基于小愛(ài)音箱和小米空調(diào)伴侶的人工智能+物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制空調(diào)開(kāi)關(guān)，并在教室一體機(jī)上連接訊飛智能語(yǔ)音鼠標(biāo)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音轉(zhuǎn)字幕。

課上，教師說(shuō)道：“今天有點(diǎn)冷，讓我們打開(kāi)空調(diào)。小愛(ài)同學(xué)，打開(kāi)空調(diào)，將溫度設(shè)置為28度?！贝藭r(shí)空調(diào)自動(dòng)啟動(dòng)，同時(shí)教師說(shuō)的話以字幕形式呈現(xiàn)在一體機(jī)屏幕上。同學(xué)們看到后十分驚奇，課堂氣氛被調(diào)動(dòng)起來(lái)。

教師提問(wèn)：請(qǐng)大家觀察現(xiàn)象，分析老師的語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)了什么功能？

學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象總結(jié)：實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音控制空調(diào)和語(yǔ)音變成文字。

教師給出概念：語(yǔ)音識(shí)別是機(jī)器通過(guò)識(shí)別和理解，將語(yǔ)音轉(zhuǎn)換成指令或文本的技術(shù)。

在教學(xué)中，教師通過(guò)搭建人工智能應(yīng)用場(chǎng)景將語(yǔ)音識(shí)別的概念“展示”出來(lái)，讓學(xué)生主動(dòng)說(shuō)出“語(yǔ)音識(shí)別”的概念，并理解“語(yǔ)音識(shí)別”的作用。

2.借助人工智能虛擬實(shí)驗(yàn)，在模擬中理解知識(shí)

人工智能課程的教學(xué)難點(diǎn)之一在于人工智能技術(shù)很專業(yè)，其背后的原理復(fù)雜，難以理解。如何將復(fù)雜的技術(shù)形象生動(dòng)地呈現(xiàn)出來(lái)呢？筆者在教學(xué)“機(jī)器視覺(jué)”單元的《人臉識(shí)別》一課時(shí)，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生形象直觀地體驗(yàn)和理解了機(jī)器識(shí)別人臉的整個(gè)過(guò)程及過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)。

第一步：采集圖像。學(xué)生借助平板拍攝人臉照片，采集人臉圖像，并標(biāo)記姓名，建立人臉庫(kù)。第二步：人臉檢測(cè)。以動(dòng)畫方式呈現(xiàn)機(jī)器掃描人臉的過(guò)程，再利用人臉?lè)诸惼?，檢測(cè)出照片中的人臉。第三步：特征提取。人工智能程序計(jì)算人臉特征的128維度向量，呈現(xiàn)具體數(shù)據(jù)；勾勒出臉部器官的輪廓。第四步：人臉匹配。再次拍照，設(shè)置據(jù)閾值，匹配人臉，輸出結(jié)果。

● 在項(xiàng)目實(shí)踐中提高創(chuàng)作人工智能作品的創(chuàng)新力

學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)可以更好地理解、體驗(yàn)和掌握人工智能與生活生產(chǎn)結(jié)合的過(guò)程、技術(shù)、意義以及價(jià)值，相對(duì)完整地經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，培養(yǎng)創(chuàng)新力。

1.了解AI技術(shù)在行業(yè)的深度應(yīng)用，啟發(fā)創(chuàng)新視角

教師可以帶領(lǐng)學(xué)生深入了解行業(yè)應(yīng)用，打開(kāi)學(xué)生眼界，將對(duì)AI應(yīng)用的認(rèn)知從生活升華到行業(yè)應(yīng)用。例如，在《圖像識(shí)別》一節(jié)課的教學(xué)中，筆者展示圖像識(shí)別技術(shù)與行業(yè)深度結(jié)合的案例，如智慧交通、無(wú)人汽車等。又如，在《語(yǔ)音識(shí)別》一課的課堂上，展示語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與行業(yè)深度結(jié)合的案例，分析醫(yī)院運(yùn)用智能語(yǔ)音技術(shù)幫助醫(yī)生記錄病患信息的案例、法院借助語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)提高提審品質(zhì)的案例。

2.通過(guò)項(xiàng)目學(xué)習(xí)創(chuàng)作AI作品，提高創(chuàng)新能力

項(xiàng)目背景：常有外校教師到校參觀，運(yùn)用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)校園智能導(dǎo)游代替校園講解員的部分工作。

項(xiàng)目分析：小組成員分析討論講解員的工作有哪些？哪些工作可被語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)代替？哪些工作不能被代替？設(shè)計(jì)智能導(dǎo)游功能圖，并細(xì)化每個(gè)功能的工作場(chǎng)景。

項(xiàng)目實(shí)施：小組探究學(xué)習(xí)編程平臺(tái)中的AI模塊——語(yǔ)音合成、語(yǔ)音轉(zhuǎn)寫、語(yǔ)音命令詞、語(yǔ)音喚醒、聲紋識(shí)別等，靈活運(yùn)用AI模塊編寫程序并不斷優(yōu)化升級(jí)。

項(xiàng)目評(píng)價(jià)：參考學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表（如103頁(yè)表），進(jìn)行自評(píng)和小組評(píng)價(jià)。

在校園智能導(dǎo)游項(xiàng)目中，學(xué)生從校園生活中的真實(shí)問(wèn)題和實(shí)際需求出發(fā)，綜合運(yùn)用智能語(yǔ)音技術(shù)創(chuàng)作智能導(dǎo)游機(jī)器人。在此過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生辯證思考人與人工智能的關(guān)系，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)人工智能應(yīng)用場(chǎng)景，編寫人工智能程序，創(chuàng)作人工智能作品，提高AI創(chuàng)新能力。

● 在課程實(shí)施中培養(yǎng)人工智能時(shí)代的責(zé)任感

1.理性思考，分析AI技術(shù)的問(wèn)題隱患

AI技術(shù)是把雙刃劍，在學(xué)生分析運(yùn)用AI技術(shù)或工具時(shí)，可能存在法律、安全、倫理、隱私等方面的倫理風(fēng)險(xiǎn)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生形成風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)和安全意識(shí)，防范技術(shù)不合理應(yīng)用帶來(lái)的負(fù)面影響。

例如，在《語(yǔ)音識(shí)別》一課的教授中，筆者引導(dǎo)學(xué)生探討語(yǔ)音監(jiān)聽(tīng)?zhēng)?lái)的危害，如規(guī)避麥克風(fēng)惡意監(jiān)聽(tīng)、手機(jī)APP軟件僅在使用時(shí)獲得麥克風(fēng)權(quán)限等；在《語(yǔ)音合成》一課的課堂上，通過(guò)探討語(yǔ)音合成犯罪的案例，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到技術(shù)可能帶來(lái)的安全問(wèn)題。

2.積極展望，憧憬AI技術(shù)的無(wú)限魅力

在《語(yǔ)音合成》一課的課堂上，筆者展示概念型產(chǎn)品，以及多模態(tài)語(yǔ)音合成、人工智能主播等，讓學(xué)生了解人工智能的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)發(fā)展方向，使其對(duì)人工智能技術(shù)充滿期待。

● 展望

評(píng)價(jià)維度 自我評(píng)價(jià) 小組評(píng)價(jià)合作表現(xiàn)合作交流的積極性 ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆項(xiàng)目作品的貢獻(xiàn)度 ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆作品表現(xiàn)作品功能的完整性 ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆作品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性 ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆匯報(bào)表現(xiàn)內(nèi)容陳述語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、表達(dá)清晰 ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆作品演示重點(diǎn)突出、過(guò)程流暢 ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆

在人工智能課程的實(shí)施中，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生的人工智能鑒賞力、理解力、創(chuàng)新力以及責(zé)任感，讓學(xué)生對(duì)人工智能先感知體驗(yàn)再理解掌握，進(jìn)而應(yīng)用創(chuàng)新直至感悟內(nèi)化，助力學(xué)生的人工智能能力提升。目前，筆者在初中信息技術(shù)教學(xué)中對(duì)人工智能課程的探究實(shí)踐還十分有限，在課程實(shí)施的過(guò)程中遇到各種各樣的問(wèn)題仍待解決，人工智能課程的探索之路任重道遠(yuǎn)。