人工智能與初中信息科技教學(xué)的結(jié)合路徑

□山東省淄博市淄川經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 張繼忠

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》（下文簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）將“人工智能與智慧社會(huì)”作為第四學(xué)段（七～九年級(jí)）的教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)是讓學(xué)生了解人工智能的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和能力邊界，知道人工智能與社會(huì)的關(guān)系以及發(fā)展人工智能應(yīng)遵循的倫理道德規(guī)范。由此觀之，初中信息科技教師將人工智能與課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合，能夠有效地貫徹《新課標(biāo)》的要求，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，借助人工智能豐富知識(shí)，清晰地認(rèn)知人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)發(fā)展創(chuàng)新思維。所以，初中信息科技教師要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，積極引入人工智能的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生在掌握更多先進(jìn)人工智能技術(shù)和知識(shí)的同時(shí)，提升靈活應(yīng)用人工智能解決實(shí)際問(wèn)題的能力，進(jìn)一步推進(jìn)人工智能教育的可持續(xù)發(fā)展?；诖?，文章分析了人工智能與初中信息科技教學(xué)結(jié)合的價(jià)值，探索了人工智能與初中信息科技教學(xué)結(jié)合的路徑，旨在推進(jìn)學(xué)生獲得學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、人工智能與初中信息科技教學(xué)結(jié)合的價(jià)值

（一）豐富教學(xué)內(nèi)容

信息科技本身就是一種工具化、實(shí)用化的技術(shù)教育，課程特征決定了其與其他課程的深度融合能夠讓教學(xué)起到事半功倍的效果，所以教師將人工智能與信息科技教學(xué)結(jié)合起來(lái)，將豐富課程教學(xué)內(nèi)容，滿足學(xué)生多元化、系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)需要。因此，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容建構(gòu)并引入人工智能的相關(guān)知識(shí)，為學(xué)生創(chuàng)造更加適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境，引領(lǐng)學(xué)生根據(jù)自身對(duì)人工智能的理解展開課后實(shí)踐，利用人工智能技術(shù)解決生活中的問(wèn)題，以此拓寬學(xué)生的信息科技認(rèn)知維度。人工智能所涵蓋的各項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)可以為學(xué)生提供更為前沿的學(xué)科知識(shí)，構(gòu)建更為多元且有趣的信息技術(shù)課堂。教師也可以借助豐富的教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)，引領(lǐng)學(xué)生善于利用人工智能技術(shù)展開多維實(shí)踐，提升探究能力，發(fā)展邏輯思維與創(chuàng)新思維，以豐富的教學(xué)內(nèi)容支撐學(xué)生對(duì)信息科技知識(shí)展開深層次探索。

（二）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

初中學(xué)生正處于好奇心強(qiáng)的階段，且學(xué)生對(duì)信息科技有了一定的認(rèn)知程度，喜歡探索更多的高科技知識(shí)。所以人工智能與初中信息科技教學(xué)的結(jié)合，將為學(xué)生帶來(lái)更為豐富的知識(shí)，引領(lǐng)學(xué)生了解更為前沿的技術(shù)，促使學(xué)生展開綜合性的實(shí)踐探索，充分了解人工智能與智能社會(huì)構(gòu)建的關(guān)系，驅(qū)動(dòng)學(xué)生更好地學(xué)習(xí)并掌握信息科技知識(shí)和技能，學(xué)會(huì)在創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)活動(dòng)中獲得更為新穎的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，了解人工智能的基本概念與內(nèi)涵，明晰人工智能的實(shí)現(xiàn)方式。同時(shí)，學(xué)生能夠結(jié)合社會(huì)現(xiàn)實(shí)生活，闡述智慧社會(huì)下人工智能的倫理安全與未來(lái)發(fā)展，并主動(dòng)參與各項(xiàng)社會(huì)實(shí)踐探究活動(dòng)。這樣不僅可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)并享受信息科技課程的趣味，主動(dòng)地在課后了解更多的人工智能技術(shù)，豐富并拓寬自身的認(rèn)知視野，讓自己對(duì)信息科技課程產(chǎn)生更加濃厚的探究興致。

（三）提升信息素養(yǎng)

《新課標(biāo)》將“信息技術(shù)”變?yōu)椤靶畔⒖萍肌?，指明了信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過(guò)程和工程實(shí)現(xiàn)，這充分表明了該課程反映了數(shù)字時(shí)代的育人方向，充分詮釋了提升學(xué)生信息素養(yǎng)的必要性。人工智能與初中信息科技教學(xué)的結(jié)合能夠進(jìn)一步提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，教師借助人工智能的相關(guān)知識(shí)，輔助學(xué)生使用人工智能技術(shù)，能夠提升學(xué)生的信息資源的搜集、整理、判斷及動(dòng)手操作能力，讓學(xué)生對(duì)信息科技知識(shí)展開深度探索，在多元化的實(shí)踐中真正地掌握抽象的信息科技知識(shí)，構(gòu)建邏輯關(guān)聯(lián)的課程結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生展開真實(shí)性的學(xué)習(xí)。同時(shí)，學(xué)生在這樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)中也能進(jìn)行自我規(guī)劃、自我管理、自我評(píng)價(jià)，做到“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)造學(xué)”，充分彰顯自身對(duì)信息科技知識(shí)的思考，利用人工智能拓寬認(rèn)知視野，讓自身的課程學(xué)習(xí)達(dá)到知與行的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，以此提升自身的信息素養(yǎng)。

二、人工智能與初中信息科技教學(xué)結(jié)合路徑

（一）創(chuàng)設(shè)情境，初步感知人工智能知識(shí)

《新課標(biāo)》指明教師要驅(qū)動(dòng)學(xué)生實(shí)現(xiàn)真實(shí)性學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)情境創(chuàng)設(shè)，注重學(xué)生的參與。在將人工智能與信息科技教學(xué)進(jìn)行結(jié)合的過(guò)程中，教師應(yīng)該重視情境的創(chuàng)設(shè)，以情境感染學(xué)生，驅(qū)動(dòng)他們初步感知人工智能知識(shí)，了解相關(guān)概念，感知人工智能魅力，以強(qiáng)有力的好奇心與積極性主動(dòng)參與到人工智能知識(shí)的探究中，借助人工智能知識(shí)，創(chuàng)造性地理解課內(nèi)所學(xué)知識(shí)，開展富有特色的課程學(xué)習(xí)活動(dòng)，在一片輕松且愉悅的課程學(xué)習(xí)氛圍中實(shí)踐，以此提高信息科技課程的教學(xué)效果。

泰山版初中信息科技“探究繪制圖像的方法”教學(xué)的重點(diǎn)是讓學(xué)生使用電腦繪制三維造型，掌握?qǐng)D形繪制的方法，體驗(yàn)在PS 中使用矩形、三角形、圓等圖形以及透視原理等進(jìn)行三維造型的過(guò)程，感悟電腦軟件繪圖的便捷性。很多學(xué)生對(duì)這一操作缺乏興趣，研究動(dòng)力不足?；谶@一現(xiàn)狀，教師可以創(chuàng)設(shè)豐富的情境，引入“AI 繪圖”這一十分富有生活化特色的現(xiàn)象，調(diào)動(dòng)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，讓他們回憶生活中使用AI 繪畫的經(jīng)歷，在豐富的生活化情境中感悟AI 繪畫與使用電腦技術(shù)軟件繪圖其實(shí)有著異曲同工之妙，以此激發(fā)學(xué)生的課程探究積極性。對(duì)此，在課堂初始階段，教師可以利用微課視頻，為學(xué)生展示自己使用短視頻社區(qū)平臺(tái)APP 中“AI 擴(kuò)圖功能”及“人臉特效AI 濾鏡”等功能的過(guò)程，而后詢問(wèn)學(xué)生是否也操作過(guò)這一功能。學(xué)生在互相分享、闡述中將視角聚焦某一個(gè)具體的AI 技術(shù)，感悟了AI 在圖像繪制領(lǐng)域的具體運(yùn)用，使學(xué)生在分享中對(duì)AI 技術(shù)有初步認(rèn)知。然后，教師可以讓學(xué)生思考這一功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是怎樣的？以問(wèn)題為引導(dǎo)，將學(xué)生的視角延展至學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域，讓學(xué)生嘗試運(yùn)用信息科技的知識(shí)解答這一問(wèn)題，順勢(shì)將學(xué)生引入本節(jié)知識(shí)的探究中。

在本次課程中，學(xué)生將經(jīng)歷三個(gè)環(huán)節(jié)，即從信手涂鴉到手繪大師——用圖形設(shè)計(jì)三維造型——用色彩設(shè)計(jì)景物。三個(gè)環(huán)節(jié)中需要學(xué)生掌握的方法與目的是不同的，第一個(gè)環(huán)節(jié)是讓學(xué)生體驗(yàn)線條、色彩、形象的表現(xiàn)力；第二個(gè)環(huán)節(jié)是讓學(xué)生體驗(yàn)圖形、選擇、填充等編輯方法；第三個(gè)環(huán)節(jié)是讓學(xué)生感受減淡、圖層、前景等工具的用途。在學(xué)生完成了數(shù)字圖像的繪制之后，教師可以借助AI 繪圖技術(shù)，為學(xué)生展現(xiàn)一鍵生成圖像的過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)比自己繪制的數(shù)字圖像，初步感悟手動(dòng)繪圖與AI 繪圖的異同點(diǎn)，切身感受AI人工智能技術(shù)的強(qiáng)大，在對(duì)比中感悟信息科技更新?lián)Q代的速度，樹立緊隨時(shí)代學(xué)習(xí)智能技術(shù)的意識(shí)，提高學(xué)習(xí)能動(dòng)性。

（二）項(xiàng)目實(shí)踐，感悟人工智能實(shí)現(xiàn)方式

項(xiàng)目化的實(shí)踐操作更加重視學(xué)生的綜合探究，驅(qū)動(dòng)學(xué)生做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)，充分凸顯學(xué)生的個(gè)體化差異。因此，教師要結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行拓展延伸，引入人工智能技術(shù)，讓學(xué)生以項(xiàng)目化實(shí)操的形式經(jīng)歷項(xiàng)目問(wèn)題的分解、抽象與解決，逐步建構(gòu)起運(yùn)用人工智能技術(shù)解決問(wèn)題的思維路徑。教師還要充分發(fā)揮自身的引導(dǎo)作用，將項(xiàng)目任務(wù)作為結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，全力推進(jìn)學(xué)生綜合運(yùn)用人工智能的知識(shí)與技術(shù)來(lái)解決任務(wù)，感知人工智能的實(shí)現(xiàn)方式，彰顯信息科技課程的實(shí)用性、操作性特征。

以泰山版初中信息科技“數(shù)字化的生活與學(xué)習(xí)”教學(xué)為例，教師可以根據(jù)這一章節(jié)的知識(shí)內(nèi)容并融合《新課標(biāo)》要求，打造跨學(xué)科項(xiàng)目主題活動(dòng)——“人工智能預(yù)測(cè)出行”。這一項(xiàng)目活動(dòng)重在引領(lǐng)學(xué)生使用數(shù)據(jù)集，結(jié)合人工智能算法解決日常生活出行問(wèn)題。學(xué)生將在項(xiàng)目活動(dòng)中親身經(jīng)歷人工智能實(shí)現(xiàn)過(guò)程，準(zhǔn)確人工智能技術(shù)應(yīng)用意識(shí)。基于這一項(xiàng)目主題，教師可以指導(dǎo)各項(xiàng)目組完成以下實(shí)踐活動(dòng)：

項(xiàng)目一：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

教師指導(dǎo)各項(xiàng)目組基于項(xiàng)目主題，準(zhǔn)備與該項(xiàng)目相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，并經(jīng)歷以下活動(dòng)：

（1）確定數(shù)據(jù)類型。教師指導(dǎo)各項(xiàng)目組思考“影響出行方式的因素”，分析需要采集的數(shù)據(jù)類型。項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)討論交流，明確所需采集的項(xiàng)目數(shù)據(jù)為氣溫、降水量、濕度、光照等。

（2）完成數(shù)據(jù)采集。出于對(duì)人工智能高效課堂的目標(biāo)，教師可以讓各項(xiàng)目組通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式收集與氣溫、降水量及距離等相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。

（3）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析。教師引領(lǐng)各項(xiàng)目組使用WPS 表格，將所收集的數(shù)據(jù)填入其中，并使用不同的分析工具（排序或數(shù)據(jù)透視圖）完成分析，深化對(duì)數(shù)據(jù)的理解。

項(xiàng)目二：模型訓(xùn)練

在各項(xiàng)目組完成了數(shù)據(jù)收集之后，教師可以指導(dǎo)他們分析思考項(xiàng)目原理。項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)思考研究，明確了人工智能預(yù)測(cè)出行的工作原理為：輸入氣溫、降水量、濕度、光照、出行方式等表格數(shù)據(jù)——利用貝葉斯算法訓(xùn)練成模型，將傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、光照、是否下雨等輸入模型——模型輸出出行預(yù)測(cè)結(jié)果。

項(xiàng)目三：模型應(yīng)用

教師指導(dǎo)各項(xiàng)目組明晰該項(xiàng)目實(shí)施原理之后，要繼續(xù)指導(dǎo)各項(xiàng)目組搭建模型，使用主控器（行空板）結(jié)合傳感器（溫濕度傳感器、水分傳感器），談?wù)撚布泳€原理，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目功能。

如上，教師指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合具體的項(xiàng)目主題完成了項(xiàng)目化實(shí)操，學(xué)生也真正地使用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化生活，感悟了人工智能的實(shí)現(xiàn)，讓整個(gè)課程教學(xué)質(zhì)效得到了大幅提升，推進(jìn)了學(xué)生思維和能力的發(fā)展。

（三）課外實(shí)踐，體會(huì)人工智能實(shí)際運(yùn)用

除了引領(lǐng)學(xué)生在課內(nèi)了解人工智能之外，教師還要組織學(xué)生走向課外，拓寬認(rèn)知視野，體會(huì)人工智能在實(shí)際生活中的運(yùn)用，激發(fā)探究更多人工智能知識(shí)的興趣，使學(xué)生對(duì)人工智能產(chǎn)生更加詳細(xì)的認(rèn)知與了解。所以，教師要充分利用信息科技課程的特點(diǎn)，善用各項(xiàng)技術(shù)手段打造第二課堂，引領(lǐng)學(xué)生在課外繼續(xù)探索、研究，切身感悟人工智能在現(xiàn)實(shí)生活各領(lǐng)域的綜合運(yùn)用，了解人工智能技術(shù)的應(yīng)用前景，明晰人工智能與信息科技之間的關(guān)系，樹立投身于人工智能研發(fā)領(lǐng)域的職業(yè)規(guī)劃，充分發(fā)揮出信息科技的育人價(jià)值。

以泰山版初中信息科技“感受人工智能的魅力”教學(xué)為例，教學(xué)目標(biāo)是促使學(xué)生在本章節(jié)中切實(shí)體會(huì)人工智能的魅力及具體應(yīng)用，感受人工智能應(yīng)用前景的廣闊?；谶@一教學(xué)基礎(chǔ)，教師可以引領(lǐng)學(xué)生展開課后拓展實(shí)踐，鼓勵(lì)學(xué)生積極體驗(yàn)人工智能技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的具體應(yīng)用。教師可以要求學(xué)生搜集家中的人工智能工具，如手機(jī)中的人臉識(shí)別、智能語(yǔ)音助手（小愛同學(xué)、天貓精靈、小度等）、智能家居（掃地機(jī)器人、陪伴機(jī)器人、智能電視、智能門鎖、智能空調(diào)等）。在收集了這些具有代表性的人工智能工具之后，學(xué)生可以通過(guò)錄制視頻的方式，展現(xiàn)自己和家人在生活中運(yùn)用這些工具的方式，展現(xiàn)智能工具與便捷生活融為一體的過(guò)程。再比如，在體驗(yàn)了家中人工智能技術(shù)運(yùn)用情況之后，學(xué)生還可以拓展至社會(huì)層面，感悟社會(huì)上使用人工智能技術(shù)的情況。

在完成社會(huì)調(diào)研后，學(xué)生可以以小組為單位，利用手機(jī)錄制vlog 視頻，記錄自己調(diào)研的過(guò)程。比如，學(xué)生從出門開始設(shè)置了目的地之后，便使用智能導(dǎo)航軟件幫助自己到達(dá)目的地。進(jìn)入銀行之后，銀行有智慧服務(wù)機(jī)器人；進(jìn)入醫(yī)院之后，醫(yī)院的智能醫(yī)療能幫助醫(yī)生更為精準(zhǔn)地診斷病情，提升治療效果；進(jìn)入商場(chǎng)之后，商場(chǎng)也有“展廳智能+各類場(chǎng)景”的智能機(jī)器人等。學(xué)生可以使用視頻一一記錄，而后將重點(diǎn)內(nèi)容剪輯出來(lái)，生成課外調(diào)研成果。然后，教師可以讓學(xué)生上傳至智慧中小學(xué)平臺(tái)，提交作業(yè)成果，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)學(xué)生的成果進(jìn)行分類，如文字類、視頻類、PPT 類、照片類等。課外實(shí)踐的全過(guò)程都展現(xiàn)了人工智能技術(shù)的運(yùn)用，學(xué)生獲得了更為深刻的感悟，調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)信息科技的積極性，助力高質(zhì)量課程教學(xué)活動(dòng)的開展。

（四）有效評(píng)價(jià)，評(píng)估人工智能倫理道德

《新課標(biāo)》強(qiáng)調(diào)教師要改進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)，以評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)落地。因此，在實(shí)現(xiàn)人工智能與信息技術(shù)結(jié)合的過(guò)程中，教師要重視展開有效評(píng)價(jià)，把握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。教學(xué)評(píng)價(jià)可以分為兩部分，一是評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)人工智能的認(rèn)知及實(shí)際應(yīng)用情況，二是讓學(xué)生基于自身的課內(nèi)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)及課外實(shí)踐探究情況，分析智能社會(huì)下人工智能的倫理、安全與發(fā)展，進(jìn)行立體化評(píng)估，將讓人工智能與信息科技的結(jié)合模式變得更為科學(xué)、合理，以期對(duì)學(xué)生產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。

例如，在引領(lǐng)學(xué)生完成了“人工智能預(yù)測(cè)出行”這一項(xiàng)目探究活動(dòng)之后，教師可以根據(jù)各項(xiàng)目組生成的成果、得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)，同時(shí)讓各項(xiàng)目組依據(jù)自己在每一個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)中的表現(xiàn)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)與互相評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)。過(guò)程性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式能夠做到對(duì)學(xué)生的全方位評(píng)估，全面分析學(xué)生對(duì)人工智能的認(rèn)知情況及使用人工智能解決問(wèn)題的能力，以此反饋人工智能與信息科技課程結(jié)合的狀況，便于教師有針對(duì)性地調(diào)整后續(xù)的教學(xué)計(jì)劃，讓兩者的結(jié)合更為科學(xué)合理。

再如，在學(xué)習(xí)了“感受人工智能的魅力”這一章節(jié)之后，教師可以讓學(xué)生完成課后調(diào)研，感悟生活中人工智能技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用情況，并讓學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際體驗(yàn)評(píng)價(jià)人工智能技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。有的學(xué)生通過(guò)調(diào)研了解了“無(wú)人駕駛”出現(xiàn)了諸多弊端，在報(bào)告闡述中指出人類應(yīng)該適度使用人工智能技術(shù)，也有的學(xué)生搜集了人工智能竊取數(shù)據(jù)、AI 換臉實(shí)施詐騙的案例，在報(bào)告闡述中指出人類不能全盤信任人工智能，并且在應(yīng)用人工智能時(shí)要遵守倫理道德，切勿做違法行為等。學(xué)生對(duì)人工智能的評(píng)估充分展現(xiàn)了他們對(duì)該領(lǐng)域的綜合思考，在潛移默化中實(shí)施了倫理道德教育，讓學(xué)生清晰地認(rèn)知了智慧社會(huì)這一新型社會(huì)形態(tài)下的新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在初中信息科技教學(xué)中融入人工智能，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、科學(xué)思維及邏輯思維，更加符合培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。所以，教師要在意識(shí)理念層面清晰地認(rèn)知人工智能與初中信息科技教學(xué)結(jié)合的價(jià)值，創(chuàng)新、優(yōu)化課程教學(xué)路徑，讓人工智能與信息科技教學(xué)更好地結(jié)合。教師可以通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)的方式讓學(xué)生初步感知人工智能知識(shí)；通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐的方式讓學(xué)生感悟人工智能實(shí)現(xiàn)方式；通過(guò)課外實(shí)踐的方式讓學(xué)生體會(huì)人工智能的實(shí)際運(yùn)用；通過(guò)有效評(píng)價(jià)來(lái)幫助學(xué)生評(píng)估人工智能倫理道德，使人工智能得以在初中信息科技教學(xué)中更好地應(yīng)用，全面地貫徹并落實(shí)《新課標(biāo)》的要求和理念。