基于學(xué)科核心素養(yǎng)的初中信息科技教學(xué)設(shè)計(jì)策略
——以“走進(jìn)人工智能”為例

文｜禹榮學(xué)

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》明確指出，信息科技教學(xué)應(yīng)重點(diǎn)圍繞學(xué)生信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四大核心素養(yǎng)實(shí)施。信息科技作為初中生必修課程之一，不僅關(guān)注學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)與操作技能的掌握，而且要求學(xué)生形成信息科技核心素養(yǎng)。目前，從我國(guó)初中學(xué)校的信息科技教學(xué)情況來看，大多存在對(duì)學(xué)生信息科技核心素養(yǎng)關(guān)注度不夠的情形，普遍重知識(shí)與技能學(xué)習(xí)，忽略信息科技核心素養(yǎng)培養(yǎng)。對(duì)此，為更好地培養(yǎng)學(xué)生的信息科技核心素養(yǎng)，本文從落實(shí)新課標(biāo)精神出發(fā)，以“走進(jìn)人工智能”為課堂教學(xué)實(shí)例，提出具體的教學(xué)設(shè)計(jì)方法與理念，旨在促進(jìn)學(xué)生信息科技核心素養(yǎng)發(fā)展。

一、立足實(shí)際，做好教材與學(xué)情分析

人工智能是初中信息科技課程的重點(diǎn)內(nèi)容。目前，無論是人教版的信息科技課程，還是蘇教版或其他地方教材版本的信息科技課程，從初一或初二開始就已經(jīng)涉及人工智能的知識(shí)板塊。雖然總體上占比有限，但卻是學(xué)生初步認(rèn)識(shí)與了解人工智能的重要途徑。

（一）教材分析

本次教學(xué)實(shí)例為由廣東科技出版社出版、中山信息科技教材編寫組編寫的信息科技八年級(jí)下冊(cè)第二單元第三節(jié)“走進(jìn)人工智能”。該板塊內(nèi)容以講解人工智能概念、人工智能研究的基本內(nèi)容、人工智能的應(yīng)用案例、人工智能的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)等知識(shí)為主。根據(jù)新課標(biāo)精神與教材的要求，初中階段不要求學(xué)生掌握人工智能的專業(yè)操作技術(shù)，也不要求學(xué)生掌握人工智能的應(yīng)用方法，但是重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)人工智能的正確認(rèn)識(shí)、應(yīng)用案例與原理的了解，同時(shí)能科學(xué)辯證地認(rèn)識(shí)人工智能與人類的關(guān)系，樹立正確的人工智能觀，愛上人工智能，樂于探究人工智能。

（二）學(xué)情分析

人工智能的知識(shí)是初中生首次接觸。雖然小學(xué)信息科技課程中開展了一些人工智能教學(xué)，但是學(xué)生對(duì)人工智能的掌握僅局限于人工智能的概念科普，超過80%的初中生都不能夠全面、正確地了解人工智能的技術(shù)類型，尤其是人工智能的實(shí)現(xiàn)案例與原理。因此，從基本學(xué)情來講，學(xué)生對(duì)人工智能的了解程度有限，基礎(chǔ)知識(shí)積累不足，在教學(xué)上需要關(guān)注學(xué)生的理解差異性。

二、明確教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn)，做好教學(xué)準(zhǔn)備

（一）教學(xué)目標(biāo)

1.使學(xué)生了解智能的含義和基本表現(xiàn)，了解人工智能的概念和人工智能研究的基本內(nèi)容，能夠舉例說出人工智能在現(xiàn)實(shí)生活中的具體應(yīng)用。

2.能夠引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人工智能觀，以科學(xué)發(fā)展態(tài)度正確審視人與人工智能。

3.激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣，幫助學(xué)生形成樂于探究人工智能的積極性。

（二）教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：人工智能的應(yīng)用原理和人工智能的應(yīng)用案例。

教學(xué)難點(diǎn)：人工智能的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用案例及其原理。

（三）教學(xué)準(zhǔn)備

教學(xué)課件、計(jì)算機(jī)設(shè)備、多媒體顯示屏、板書、任務(wù)學(xué)習(xí)單、小型的人工智能玩具設(shè)備及人工智能系統(tǒng)軟件。

三、多措并舉，科學(xué)實(shí)施教學(xué)過程

培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，教學(xué)方式的采用尤為重要。經(jīng)過長(zhǎng)期的探索，筆者認(rèn)為采用小組合作法、體驗(yàn)探究法、學(xué)習(xí)反思法等進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，能夠取得理想的效果。

（一）導(dǎo)入：多媒體演示，加深對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是初中生信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)之一，代表著學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)的學(xué)習(xí)，并認(rèn)識(shí)到各種數(shù)字化技術(shù)的創(chuàng)新方式與應(yīng)用邏輯，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)理論掌握。因此，此次教學(xué)運(yùn)用多媒體設(shè)備導(dǎo)入了人工智能概念知識(shí)。

問題導(dǎo)入：同學(xué)們，你們聽說過人工智能嗎？你們知道什么是人工智能嗎？人工智能有哪些代表性技術(shù)呢？

學(xué)生根據(jù)教師提問，依據(jù)自身對(duì)人工智能的了解與課本上的提示，回答人工智能的概念，發(fā)表自己對(duì)人工智能的見解。

內(nèi)容引入：教師根據(jù)學(xué)生的回答情況，針對(duì)性補(bǔ)充或糾正學(xué)生的認(rèn)知，使用多媒體設(shè)備直接展示有關(guān)智能、人工智能的動(dòng)畫與圖片，講解智能、人工智能等概念。

深入講解：教師運(yùn)用多媒體設(shè)備為學(xué)生講解人工智能的機(jī)器感知、機(jī)器思維、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器行為、知識(shí)表示等基本內(nèi)容，促使學(xué)生全面認(rèn)識(shí)人工智能。在此基礎(chǔ)上，教師介紹人工智能的實(shí)際應(yīng)用情況，如手機(jī)拍照搜題、小區(qū)門禁人臉識(shí)別或體溫檢測(cè)、智能機(jī)器人掃地、智能音響等。

（二）合作學(xué)習(xí)，分析人工智能案例

計(jì)算思維是初中生信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)之一，主要是指學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法進(jìn)行現(xiàn)實(shí)問題的解決或案例分析。以“走進(jìn)人工智能”為教學(xué)案例，指導(dǎo)學(xué)生拓展思維，列舉生活中的人工智能案例，并運(yùn)用上一環(huán)節(jié)已學(xué)的人工智能理論知識(shí)、原理去分析與解釋人工智能在實(shí)際案例中的實(shí)現(xiàn)邏輯，這本身是對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的訓(xùn)練。

問題導(dǎo)入：同學(xué)們，通過對(duì)人工智能的概念認(rèn)識(shí)、技術(shù)要素及實(shí)現(xiàn)原理的學(xué)習(xí)，相信大家都對(duì)人工智能有了全新的認(rèn)識(shí)。那么，你能列舉一些生活中見過的、聽說過的或了解的人工智能應(yīng)用實(shí)例嗎？請(qǐng)小組探討，并由小組代表分享案例。

小組討論：教師指導(dǎo)學(xué)生以班級(jí)學(xué)習(xí)小組為基本單位（4～6 人一組），圍繞“人工智能在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用案例”進(jìn)行廣泛討論，小組成員積極發(fā)表觀點(diǎn)，分享自己了解、見過或聽說過的人工智能應(yīng)用案例，并利用已學(xué)的知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用案例技術(shù)原理分析。

案例解讀：教師邀請(qǐng)每一個(gè)小組的組長(zhǎng)或代表進(jìn)行案例分享。小組A 認(rèn)為：汽車上的智能網(wǎng)聯(lián)車機(jī)系統(tǒng)就運(yùn)用了人工智能，汽車上的車機(jī)系統(tǒng)顯示屏帶有AI 助手功能，可以直接喊AI 助手的代號(hào)名字，喚醒AI 助手，AI 助手本身就是一個(gè)人工智能機(jī)器人，可以與人進(jìn)行互動(dòng)，并自動(dòng)識(shí)別人的語音信息，完成各種自動(dòng)化、智能化的操控。包括代替人打開汽車天窗、播放音樂、打開汽車空調(diào)、打開汽車遮陽簾等。人工智能在汽車車機(jī)系統(tǒng)中的運(yùn)用，其實(shí)現(xiàn)原理是語言智能交互技術(shù)、ASR（語音識(shí)別）技術(shù)，讓語音交互系統(tǒng)更具人類的親和力特質(zhì)和邏輯思維能力，能帶給用戶更具情景化、更有溫度的用車體驗(yàn)。小組B 認(rèn)為：機(jī)器人是人工智能的應(yīng)用體現(xiàn)，如家用機(jī)器人（智能掃地機(jī)），它可以根據(jù)人的語音喚醒，在房間里自動(dòng)打掃衛(wèi)生，而且可以根據(jù)人的指令，不斷變換打掃衛(wèi)生的方法與強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)清掃、吸塵、拖地等清理工作的一體化。智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的原理就是語言處理系統(tǒng)、AI 算法等技術(shù)的結(jié)合，機(jī)器人中集成了處理器、傳感器、控制器、執(zhí)行器等系統(tǒng)，同時(shí)搭載了智能語音交互系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，以此完成對(duì)人類語言加工與信息指令的操控。

延伸評(píng)價(jià)：教師根據(jù)每一個(gè)小組的分享，做好課堂的評(píng)價(jià)，每一個(gè)小組分享完案例后，教師都應(yīng)給予簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)與延伸，既幫助學(xué)生從案例中認(rèn)識(shí)人工智能的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，也激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣，確保學(xué)生以正確的見解去學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)。

案例展望：教師根據(jù)學(xué)生的分享，做最后的案例匯總，列舉現(xiàn)實(shí)生活中經(jīng)常出現(xiàn)的人工智能實(shí)現(xiàn)方式與案例。如近些年人工智能熱潮的興起給我們的生活帶來了巨大的改變。無人駕駛、機(jī)器翻譯、語音識(shí)別、圖像識(shí)別，這些都是人工智能的產(chǎn)物。如AlphaGo Zero 經(jīng)過幾天的自我博弈成為世界第一的圍棋大師；“風(fēng)格多變”App 能自動(dòng)將用戶上傳的照片轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴囆g(shù)風(fēng)格的照片；“機(jī)器翻譯”可以在很短的時(shí)間內(nèi)將一種語言翻譯成另外一種語言，以及“AI 智能醫(yī)生”能夠使病情診斷變得更加精準(zhǔn)等。人工智能逐漸改變著人類社會(huì)，推動(dòng)著智慧社會(huì)的形成。

（三）直觀體驗(yàn)，理解人工智能原理

計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等核心素養(yǎng)，均強(qiáng)調(diào)在實(shí)際的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)踐中進(jìn)行知識(shí)運(yùn)用，在知識(shí)運(yùn)用與技能實(shí)操中形成實(shí)際的計(jì)算思維、數(shù)字化創(chuàng)新能力。因此，在“走進(jìn)人工智能”教學(xué)中，我設(shè)計(jì)了一個(gè)富有體驗(yàn)性的實(shí)踐活動(dòng)，以此讓學(xué)生既體驗(yàn)人工智能，又進(jìn)一步加深其對(duì)人工智能原理的理解，從而真正認(rèn)識(shí)人工智能的實(shí)現(xiàn)邏輯。

活動(dòng)準(zhǔn)備：教師提前準(zhǔn)備了一個(gè)搭載AI 系統(tǒng)的機(jī)器小車，現(xiàn)場(chǎng)給學(xué)生講述機(jī)器小車的零部件組成與AI 系統(tǒng)的聯(lián)系，通過模型展示，講解AI 是如何在機(jī)器小車中實(shí)現(xiàn)智能控制的，讓學(xué)生了解人工智能在實(shí)際案例中的應(yīng)用原理，從而真正加深對(duì)AI的認(rèn)識(shí)。

主題活動(dòng)：在學(xué)生觀看學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，開展一個(gè)“AI 機(jī)器人智能挑戰(zhàn)搭建紅藍(lán)碰碰車”的活動(dòng)，活動(dòng)主題以AI 機(jī)器小車設(shè)計(jì)為主，每組3 人，一起搭建機(jī)器小車，設(shè)計(jì)出帶有2 個(gè)傳感器、能夠前后左右運(yùn)動(dòng)的機(jī)器小車，同時(shí)也要設(shè)計(jì)隊(duì)名、思維導(dǎo)圖等。活動(dòng)最后在規(guī)定場(chǎng)地中進(jìn)行1V1 對(duì)抗賽和2V2 團(tuán)隊(duì)賽，比賽時(shí)間1 分鐘，在30 秒時(shí)交換遙控器，成功將對(duì)手撞停視為勝利。還用搭建的機(jī)器人進(jìn)行了吸球大挑戰(zhàn)，學(xué)生簡(jiǎn)單規(guī)劃了路線，學(xué)會(huì)遙感控制機(jī)器人前后左右運(yùn)動(dòng)，以及用按鈕控制機(jī)器人吸取和釋放小球，設(shè)計(jì)出專屬的機(jī)器人操控路線，更高效地完成操控任務(wù)。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動(dòng)，學(xué)生不僅體驗(yàn)了人工智能，而且初步運(yùn)用人工智能知識(shí)進(jìn)行了實(shí)際操作，學(xué)習(xí)AI 機(jī)器小車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理，訓(xùn)練了計(jì)算思維、數(shù)字化創(chuàng)新能力，學(xué)習(xí)編程，立志將來為人工智能技術(shù)發(fā)展出一份力。

活動(dòng)反思：教師組織學(xué)生對(duì)實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行反思，表達(dá)對(duì)人工智能的應(yīng)用感悟。通過實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生的計(jì)算思維得到發(fā)展，能夠初步運(yùn)用計(jì)算機(jī)知識(shí)、人工智能知識(shí)等進(jìn)行簡(jiǎn)單的動(dòng)手設(shè)計(jì)，有利于開發(fā)學(xué)生的大腦，也激發(fā)了學(xué)生對(duì)人工智能的興趣。

（四）深度反思，形成正確的人工智能觀

“走進(jìn)人工智能”重點(diǎn)涉及人工智能與智慧社會(huì)之間的關(guān)系分析，旨在引導(dǎo)學(xué)生正確審視人工智能，正確認(rèn)識(shí)人工智能與人類的關(guān)系，讓學(xué)生形成正確的人工智能觀，這與信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)的信息意識(shí)、信息社會(huì)責(zé)任相契合，即要求學(xué)生樹立正確的人工智能意識(shí)與責(zé)任心、態(tài)度、價(jià)值觀。

問題導(dǎo)入：同學(xué)們，人工智能的出現(xiàn)與發(fā)展給人類社會(huì)帶來了翻天覆地的變化，目前人工智能在生活中各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，極大地方便了人們的生活，給人們提供了無限可能。那么，人工智能為人們帶來更多便利的同時(shí)，又會(huì)對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生哪些影響呢？

學(xué)生思考：學(xué)生在教師的提問下對(duì)人工智能進(jìn)行全面思考與審視。教師重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)辯證的角度對(duì)人工智能的利弊進(jìn)行分析，既要全面認(rèn)識(shí)到人工智能的益處，又要客觀認(rèn)識(shí)到人工智能可能會(huì)帶來的危機(jī)，如人工智能的大范圍應(yīng)用，可能會(huì)引發(fā)誠信危機(jī)、削弱人的主體作用、出現(xiàn)虛假信息誤導(dǎo)甚至出現(xiàn)人工智能機(jī)器人代替人類顛覆社會(huì)倫理等。帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行客觀審視的目的就是讓學(xué)生樹立正確的人工智能觀，認(rèn)識(shí)人工智能與人的正確關(guān)系，以正確的觀念與思想進(jìn)行人工智能創(chuàng)造。

學(xué)習(xí)展望：教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行展望，在強(qiáng)調(diào)和體現(xiàn)人工智能技術(shù)價(jià)值之外，應(yīng)更多地看到技術(shù)對(duì)社會(huì)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和促進(jìn)作用，尤其要把數(shù)字化時(shí)代社會(huì)群體在信息安全、道德規(guī)范、交往與合作等方面趨利避害的選擇作為智慧社會(huì)建構(gòu)的一個(gè)核心關(guān)鍵加以重視。

總而言之，初中信息科技核心素養(yǎng)主要體現(xiàn)于信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四大板塊。整個(gè)“走進(jìn)人工智能”的教學(xué)實(shí)施，應(yīng)重點(diǎn)圍繞如何培養(yǎng)學(xué)生信息科技核心素養(yǎng)，通過采取小組合作、體驗(yàn)探究、學(xué)習(xí)反思等教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生自主、合作參與到課程知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)踐中，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。