人工智能校本課程的教學(xué)推進

周占美

摘要：開展人工智能教學(xué)的重要性不言而喻。開設(shè)人工智能課，在課時、設(shè)備、師資培訓(xùn)等層面作出努力，同時嘗試篩選改編合適的教學(xué)內(nèi)容，組建實力均衡的學(xué)習(xí)小組，針對不同的主題使用不同的學(xué)習(xí)單，結(jié)合虛擬情境設(shè)計學(xué)習(xí)活動，用展示平臺和量表優(yōu)化評價，保證人工智能校本課程的推進。

關(guān)鍵詞：人工智能；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)活動；評價方式

人工智能技術(shù)的發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個國家科技綜合實力的重要指標(biāo)。早在2003年，教育部審核通過的高中信息技術(shù)教材就包含了《人工智能初步》選修分冊。2008年，這部分內(nèi)容又被列入了必修模塊，其重要性不言而喻。筆者所在的學(xué)校從多方面進行嘗試：專門開設(shè)人工智能校本課程，保證課時；使用“未來小鎮(zhèn)”套裝、uCode軟件，配備平板電腦和筆記本電腦，滿足學(xué)生硬件、軟件方面的需要；邀請專業(yè)人員提供“一對一”長期上門培訓(xùn)服務(wù)，確保每節(jié)課都有專業(yè)人員指導(dǎo)試上。教學(xué)推進層面，我們在篩選改編教學(xué)內(nèi)容、組織學(xué)生高效率完成學(xué)習(xí)任務(wù)、合理設(shè)計教學(xué)活動、優(yōu)化評價方式等方面做了嘗試。

一、 篩選改編教學(xué)內(nèi)容

我們參考華東師范大學(xué)出版社出版的教材《AI在未來小鎮(zhèn)》，通過反復(fù)研討和試上，對其中的內(nèi)容做了篩選改編，保留其中的7個主題，結(jié)合學(xué)校的系列活動，新增貼近學(xué)生生活的3個主題，初步形成了“1個簡介＋10個主題”的人工智能課程教學(xué)內(nèi)容。

簡介部分的名稱為“初識AI”，安排1課時，選定設(shè)備為臺式機，主要讓學(xué)生了解、體驗、暢想人工智能。主題一的名稱為“方寸之間”，安排3課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uApp軟件，主要讓學(xué)生熟悉uApp的設(shè)計界面及流程，了解其程序的編寫和調(diào)適，以及“我愛南京”App制作。主題二的名稱為“翻譯大師”，安排2課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uApp軟件，主要讓學(xué)生熟悉“翻譯大師”App組件功能的介紹和界面設(shè)計，了解“翻譯大師”App程序的編寫和調(diào)試。主題三的名稱為“掌上繪畫板”，安排2課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uApp軟件，主要是讓學(xué)生了解“掌上繪畫板”App組件功能的介紹和界面設(shè)計、“掌上繪畫板”App程序的編寫和調(diào)試。主題四的名稱為“智能燈光”，安排4課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uKit Explore軟件、未來小鎮(zhèn)套裝盒，主要是讓學(xué)生了解智能燈光系統(tǒng)的相關(guān)硬件和軟件，燈光程序的編寫和調(diào)試，各類傳感器的介紹和使用、拼搭和展示。主題五的名稱為“活動展示”，安排3課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uApp軟件、uKit軟件、未來小鎮(zhèn)套裝盒，主要是讓學(xué)生熟悉舵機的使用。主題六的名稱為“智能電燈”，安排3課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uApp軟件、uKit軟件、未來小鎮(zhèn)套裝盒，主要是讓學(xué)生了解智能電燈App設(shè)計、Explore主板程序設(shè)計、藍牙組件和模塊的使用、造型設(shè)計。主題七的名稱為“遙控賽車”，安排3課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uApp軟件、uKit軟件、未來小鎮(zhèn)套裝盒，主要是讓學(xué)生熟悉汽車模型搭建，了解“遙控賽車”App設(shè)計和Explore主板程序設(shè)計，藍牙連接控制小車運動，并在科技節(jié)展示作品，包括智能售賣機、智能停車場、自動感應(yīng)車等。主題八的名稱為“猜年齡”，安排2課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uApp軟件，主要是讓學(xué)生了解“人臉檢測”App所用組件和API的調(diào)用，程序的編寫及調(diào)試。主題九的名稱為“智能服務(wù)”，安排2課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uApp軟件、未來小鎮(zhèn)套裝盒，主要是讓學(xué)生掌握導(dǎo)購機器人模型搭建、App界面設(shè)計及程序編寫調(diào)試的方法。主題十的名稱為“未來小鎮(zhèn)展示”，安排3課時，選定設(shè)備為臺式機、平板電腦、uApp軟件、uKit軟件、未來小鎮(zhèn)套裝盒，主要是讓學(xué)生展示期末作品，及時總結(jié)。

主題一到主題三是關(guān)于uApp軟件的使用，主要涉及App的界面設(shè)計和程序編寫。從“廣告牌”到“翻譯大師”再到“掌上繪畫板”，編程難度逐步增加。主題四中新增uKit Explore軟件和部分硬件設(shè)備，程序并不難，學(xué)生只需掌握其中的簡單編程和上傳操作，并學(xué)會使用傳感器。主題五是新增內(nèi)容，屬于綜合活動課。因為臨近學(xué)期末，本主題主要是鞏固前面所學(xué)內(nèi)容，同時給學(xué)生自由創(chuàng)作的空間。主題六也是新增內(nèi)容，是在新學(xué)期起到承上啟下的作用。原來教材中的遙控賽車涉及大量的搭建工作，并且引入了藍牙模塊的連接，對學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)都有不小的挑戰(zhàn)。新增的智能電燈內(nèi)容，只要求學(xué)生掌握藍牙組件和模塊的使用，不涉及結(jié)構(gòu)搭建。主題七延續(xù)主題六藍牙模塊的使用，融入要求更為復(fù)雜的uKit Explore程序的編程和賽車的搭建。結(jié)合學(xué)校的科技節(jié)活動，學(xué)生容易生成各式各樣的創(chuàng)意。主題八和主題九涉及Web客戶端組件的應(yīng)用和API的調(diào)用。主題十是新增的綜合活動課，作品作為期末考評的主要依據(jù)。

二、 組建實力均衡的學(xué)習(xí)小組

人工智能教學(xué)需使用未來小鎮(zhèn)套裝盒，包含外形搭建、App界面設(shè)計、編程等綜合性學(xué)習(xí)任務(wù)，具有一定的挑戰(zhàn)性。組建學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生分工合作，有助于取長補短，提高課堂活動效率。此外，學(xué)校提供的設(shè)備，不能滿足學(xué)生人手一份的需要，分組有利于資源的合理分配。

分組合作完成學(xué)習(xí)任務(wù)的方式有很多。筆者嘗試過按座位號就近分組和自由組合分組，效果不佳，總會出現(xiàn)一個小組中三個組員都不參與的現(xiàn)象。后來，筆者留意上課表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生，最終挑選出了14位組長，讓他們發(fā)揮引領(lǐng)作用，帶動整個小組積極行動。一段時間后，筆者會根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)更換組長，調(diào)整組員，力爭做到每個小組實力均衡。這樣的分組合作方式，充分考慮了教師的上課需求和學(xué)生的自由意志，效果較好。

三、 針對不同的主題使用不同的學(xué)習(xí)單

為了保證教學(xué)的高效實施，筆者嘗試使用課堂學(xué)習(xí)任務(wù)單和設(shè)備管理清單推動和監(jiān)測學(xué)生活動。

（一） 課堂學(xué)習(xí)任務(wù)單

課堂學(xué)習(xí)任務(wù)單大致有兩種類型。

一是個人學(xué)習(xí)任務(wù)單，主要包括學(xué)習(xí)目標(biāo)（教師填寫）、App名稱、主要目的（功能）、界面設(shè)計、組件功能、其他說明、困難和收獲等內(nèi)容。每人一份，下課前提交。

個人任務(wù)單主要在主題一、主題二、主題三、主題八、主題九使用uApp的過程中使用?？梢哉f，個人學(xué)習(xí)任務(wù)單就像是學(xué)生完成課堂任務(wù)的導(dǎo)航，先讓學(xué)生了解本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，進而確定App名稱，并對其進行規(guī)劃設(shè)計，最后在uApp中設(shè)計界面。

二是小組學(xué)習(xí)任務(wù)單，主要包括學(xué)習(xí)目標(biāo)（教師填寫）、作品名稱、外形設(shè)計、功能說明、編程實現(xiàn)、其他說明、困難和收獲等內(nèi)容。

小組學(xué)習(xí)任務(wù)單主要在主題四、主題五、主題六、主題七、主題十的活動展示課中使用，每個小組一份，合作完成，下課前提交。

小組學(xué)習(xí)任務(wù)單要特別標(biāo)注各個部分的主要負責(zé)人，任務(wù)落實到個人，避免有的學(xué)生無所事事。如此，既能將小組具體分工及任務(wù)分配落到實處，實現(xiàn)小組深度協(xié)作，又能在課程內(nèi)容上給予學(xué)生引導(dǎo)和幫助。

（二） 設(shè)備管理清單

人工智能課堂教學(xué)中，如何管理好大批設(shè)備和零件，保證下節(jié)課順利推進，是個難題。為此，筆者采用設(shè)備管理清單，把管理權(quán)下放給每個小組，讓每個小組長每節(jié)課前后清點設(shè)備然后上交。如在主題四的教學(xué)中，學(xué)生首次接觸未來小鎮(zhèn)套裝盒。教師讓學(xué)生依據(jù)設(shè)備管理清單（詳見圖1），認真記錄使用前領(lǐng)取設(shè)備和使用后歸還設(shè)備的情況，逐一核對打勾。這樣可以及時發(fā)現(xiàn)缺少的設(shè)備，追責(zé)到個人。

四、 結(jié)合虛擬情境設(shè)計學(xué)習(xí)活動

我們的人工智能教學(xué)都在虛擬的“未來小鎮(zhèn)”中開展。教師會結(jié)合虛擬背景，設(shè)計貼近學(xué)生生活的活動。例如，在主題一中，學(xué)生首次利用uApp軟件制作App。設(shè)備調(diào)試成功后，教師讓學(xué)生完善“我愛南京”App，界面設(shè)計的素材可以自己定，也可以設(shè)計其他自己

設(shè)備管理清單

月日星期第節(jié)初一班第組組長組員序號設(shè)備名稱使用前使用后序號設(shè)備名稱使用前使用后1開發(fā)板1個97pin線1根2保護板2片10USB線1根3電池1個11眼燈2個4藍牙1個12亮度傳感器1個5開關(guān)1個13紅外傳感器1個6直流電機1個14溫濕度傳感器1個73pin線20根15按壓傳感器6個圖1

感興趣的App。有一個學(xué)生說他要收集自己從小到大的照片，做一個“給媽媽的禮物”App，界面上有一個個按鈕，點擊后會出現(xiàn)照片和文字，且伴隨悅耳的音樂。我們還設(shè)計了和學(xué)校學(xué)習(xí)生活相融合的活動，如結(jié)合10個主題活動月，呼應(yīng)不同的主題學(xué)科設(shè)計活動。每年五月份是科技月，按照教學(xué)進度，對應(yīng)教學(xué)主題七。此時，我們會留出5個課時，鼓勵學(xué)生展示之前制作的App，再充分利用所學(xué)知識，以小組為單位，設(shè)計和制作人工智能創(chuàng)意作品，可以涵蓋智慧校園設(shè)計、智能家居設(shè)計、智趣生活設(shè)計等。每個小組針對自己選擇設(shè)計的作品，從開發(fā)背景、外形設(shè)計、功能說明、主要亮點等方面做介紹。此舉大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)作熱情，每個小組生成的作品五花八門，有智能售賣機、智能停車場、自動感應(yīng)車、機器人、飛機、創(chuàng)意客廳設(shè)計等，科技感和創(chuàng)意感滿滿。

五、 利用展示平臺和量表優(yōu)化評價

學(xué)校為人工智能課程搭建的展示平臺主要有學(xué)校官網(wǎng)、微信公眾號、櫥窗、優(yōu)必選的“擎課堂”平臺等。每結(jié)束一個主題活動，教師都會把優(yōu)秀作品放到學(xué)校官網(wǎng)展示，鼓勵學(xué)生再創(chuàng)佳作。比如，第一學(xué)期結(jié)束主題四和主題五的教學(xué)后，教師利用優(yōu)必選的“擎課堂”平臺，上傳了所有小組的作品，積極組織學(xué)生和家長點贊。獲贊數(shù)前十名的學(xué)生，摘得最佳人氣獎；所有參與的個人和小組，都會獲得小禮品。這樣的展示評價方式，讓學(xué)生的參與熱情高漲，他們紛紛在微信朋友圈轉(zhuǎn)發(fā)，吸取他人建議，查漏補缺；給予他人建議，促進共同成長。對于小組合作完成的作品，師生、家長共同評選出最受歡迎獎，不僅在學(xué)校櫥窗展示作品，還對獲獎小組給予加分獎勵。每學(xué)期課程結(jié)束，學(xué)校還會推送兩期公眾號文章，著力宣傳優(yōu)秀作品。

此外，教師會制作評價量表，細化評價標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生找到設(shè)計和優(yōu)化的目標(biāo)。例如，在主題一“方寸之間”第三課時，教師設(shè)計了“我愛南京”評價表，提醒學(xué)生設(shè)計時要觀照界面美觀、功能完善、創(chuàng)新創(chuàng)意三個方面。學(xué)生設(shè)計完畢，教師將評價一級指標(biāo)設(shè)定為“界面美觀（45%）”“功能完善（45%）”“創(chuàng)意獨特（10%）”，要求作品做到：文字清晰、圖片美觀、組件布局合理；組件命名清晰、功能完全實現(xiàn)、項目保存規(guī)范；作品新穎、有創(chuàng)意。根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)，師生交流作出星級評價。評價過程中，同伴會分別從三個方面對作品提出建設(shè)性意見，以起到激勵、提醒的作用；小組評價，除了評價作品外，還會對組員的表現(xiàn)，如服從安排、合作精神、任務(wù)完成度等作出評價；教師評價，主要對學(xué)生操作過程中出現(xiàn)的有待優(yōu)化完善的做法給予及時指點，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出界面美觀、功能完善、創(chuàng)意十足的作品。

人工智能課程開設(shè)一年來，學(xué)生收獲了知識，收獲了快樂，在小組合作中提升了團隊合作精神，在一次次參與中發(fā)展了計算思維。接下來，我們嘗試在如下幾方面作出調(diào)整：課時方面，每周的信息課和人工智能課分單雙周輪流上；內(nèi)容設(shè)置方面，前期的App內(nèi)容設(shè)計和后面動手拼搭的主題穿插進行；課堂管理方面，采用“雙師課堂”模式，每節(jié)課也可以安排兩位志愿者協(xié)助；等等。我們期待通過更多積極探索，讓人工智能教育更為扎實地在初中常態(tài)課中落地生根，開花結(jié)果。