基于微項目化學(xué)習(xí)的人工智能教學(xué)實(shí)踐研究

閆妮

摘要：本文以微項目化學(xué)習(xí)為方法，按照相關(guān)步驟設(shè)計并實(shí)施人工智能教學(xué)，讓學(xué)生理解人工智能的技術(shù)和原理、提升人工智能意識和素養(yǎng)，并結(jié)合實(shí)踐分析了設(shè)計人工智能微項目化學(xué)習(xí)需關(guān)注的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：微項目化學(xué)習(xí)；人工智能；無人駕駛

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）11-0056-03

人工智能教學(xué)現(xiàn)狀與實(shí)施策略

1.現(xiàn)狀分析

目前，基礎(chǔ)教育階段的人工智能教學(xué)處于探索發(fā)展階段，部分地區(qū)的學(xué)校開設(shè)了人工智能校本課程，借助平臺為學(xué)生創(chuàng)造體驗(yàn)和實(shí)踐人工智能的機(jī)會，也有部分中小學(xué)將人工智能教學(xué)視作純粹的編程課，讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何做一個模型、寫一段程序。然而，全面提升中小學(xué)生的信息素養(yǎng)以及適應(yīng)AI時代的基礎(chǔ)能力，不是將“知識點(diǎn)”作為學(xué)生學(xué)習(xí)的對象，而是要將人工智能學(xué)科思維與相關(guān)核心素養(yǎng)的提升作為最終教育目標(biāo)。

2.實(shí)施策略

中國教育學(xué)會中小學(xué)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會2021年發(fā)布的《中小學(xué)人工智能課程開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》中，對人工智能課程給出了具體的實(shí)施建議，主要有3點(diǎn)：

①突出應(yīng)用體驗(yàn)。②項目化教學(xué)設(shè)計。③避免不必要的編程知識。根據(jù)以上3條建議，筆者結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有資源和學(xué)生情況，對人工智能校本課程進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。由于每周只有一節(jié)課，為了確保項目的完整性，筆者采用微項目化學(xué)習(xí)的形式組織活動。

實(shí)施流程

下面，筆者以六年級《無人駕駛》一課為例對每個環(huán)節(jié)的要點(diǎn)進(jìn)行說明。本文中的微項目化學(xué)習(xí)是以課時為單位，通過相關(guān)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在實(shí)踐體驗(yàn)、內(nèi)化吸收、探索創(chuàng)新中獲得完整和具體的知識與技能。具體過程和內(nèi)涵如下頁圖1所示。

（1）項目導(dǎo)入——感知體驗(yàn)。項目導(dǎo)入是通過真實(shí)情境引出問題，讓學(xué)生感知問題需求。通過“感知體驗(yàn)”喚起學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，拉近學(xué)生與學(xué)習(xí)內(nèi)容的距離，便于形成利用人工智能應(yīng)用解決身邊問題的意識和能力。

在《無人駕駛》一課中，筆者采用“視頻+圖片+回憶”的方式導(dǎo)入。首先，觀看“無人配送車工作”的視頻，接著提問：“是否見過無人配送車，能否說出其名稱？”“你還見過哪些類型的無人車？”結(jié)合學(xué)生回答，出示無人車應(yīng)用在多種場景的圖片。通過全方位的感知體驗(yàn)，學(xué)生體會到無人駕駛已經(jīng)運(yùn)用于多種領(lǐng)域，并直觀感受到無人駕駛帶來的便利。

（2）項目分析——原理剖析。項目分析是從效果出發(fā)分析實(shí)現(xiàn)過程與方法，將大任務(wù)拆分成不同層次的小任務(wù)，是對項目的宏觀分析。人工智能教學(xué)，側(cè)重于分析實(shí)現(xiàn)原理和交互過程。在《無人駕駛》一課中筆者通過提問引導(dǎo)學(xué)生剖析無人駕駛的含義和過程（如圖2）。

（3）項目實(shí)施與評價——分層探究。項目實(shí)施是將原理進(jìn)行拆解，把每個環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為具體的任務(wù)，是學(xué)生對原理的內(nèi)化過程。因此，項目實(shí)施具有系統(tǒng)性、探究性、具體性等特征。系統(tǒng)性可以理解為完整性，是對人工智能工作原理的完整再現(xiàn)，也是對人工智能效果的完整體驗(yàn)。探究性是指從原理出發(fā)探究每個環(huán)節(jié)背后的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，教師要結(jié)合真實(shí)情境引導(dǎo)學(xué)生分析問題，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和問題解決能力。具體性是指通過軟硬件將每個環(huán)節(jié)中涉及的機(jī)制進(jìn)行模擬或還原。鑒于這些特征，同時結(jié)合微項目化學(xué)習(xí)的課時限制，教師要對內(nèi)容進(jìn)行取舍，思考哪些是人工智能教學(xué)中的探究重點(diǎn)、如何提煉任務(wù)間的關(guān)聯(lián)等。

在本課中，筆者借助Robosim虛擬機(jī)器人平臺，從無人駕駛的過程“感知—判斷—行駛”入手，設(shè)置了三個任務(wù)：認(rèn)識AI視覺傳感器、智能沿路走、智能識別路口。由于平臺中的原有地圖較復(fù)雜，教師結(jié)合三個任務(wù)重新設(shè)計了虛擬地圖（如圖3）。學(xué)生觀看地圖后可以得出無人小車在駕駛中要處理的道路情況，如如何沿著路走、識別路口、識別路標(biāo)等（讓學(xué)生從整體上理解問題，建立原理與問題之間的關(guān)聯(lián)）。

接著，從“沿路走”的任務(wù)開始，分析如何進(jìn)行感知、感知到的信息怎么作為判斷的條件，不同條件下小車怎么行駛。在具體實(shí)施中，筆者先通過視頻讓學(xué)生認(rèn)識AI視覺傳感器采集道路信息的方法，引導(dǎo)學(xué)生在模擬場景中去“測一測”，并通過自然語言“說一說”不同的值對應(yīng)小車怎樣的行駛狀態(tài)。再從自然語言回到編程語言，分析分支邏輯框架怎么搭建、條件和執(zhí)行語句怎么表示出小車的行駛狀態(tài)（如圖4）。在編寫程序?qū)崿F(xiàn)效果后，學(xué)生通過遷移運(yùn)用展開探究，解決如何識別路口的問題（AI視覺傳感器怎么檢測到路口、程序中怎么編寫等）。完成基礎(chǔ)任務(wù)的小組嘗試控制小車走到終點(diǎn)，不僅要靈活分析不同路口的條件，還要合理簡化程序。

為了推進(jìn)項目進(jìn)程，評價需要貫穿始終。本節(jié)課中學(xué)生采用兩人一組的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，所以既要有小組評價，也要有自評和師評。評價中要對合作高效的小組進(jìn)行表揚(yáng)，還要解決學(xué)生遇到的問題或者教師預(yù)設(shè)的問題。

（4）總結(jié)拓展——遷移延伸。在人工智能教學(xué)中，課堂上只是對關(guān)鍵原理和過程進(jìn)行了探究，而現(xiàn)實(shí)中往往是較為復(fù)雜的系統(tǒng)，所以要引導(dǎo)學(xué)生回到真實(shí)情境去思考問題，一方面觀察學(xué)生對原理的遷移能力，另一方面讓學(xué)生了解更真實(shí)的情況。

人工智能微項目化學(xué)習(xí)設(shè)計要點(diǎn)分析

1.合理取舍，保證完整性

完整性是指讓學(xué)生體驗(yàn)完整的項目探究過程。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，要經(jīng)歷“感知體驗(yàn)—原理剖析—項目實(shí)施”等環(huán)節(jié)，即要經(jīng)歷自主探究、動手實(shí)踐、遷移運(yùn)用的過程，最終呈現(xiàn)項目成果，從而加深對原理的理解和運(yùn)用，深入感知人工智能應(yīng)用背后的特征和運(yùn)行機(jī)理。通常，人工智能的知識具有綜合性，要經(jīng)歷完整的過程，則要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的取舍，提煉突出人工智能內(nèi)涵的知識，弱化編程知識的訓(xùn)練。

2.以生為主，增強(qiáng)探究性

人工智能的原理較為抽象，活動設(shè)計要以學(xué)生為主體，從學(xué)生的角度去規(guī)劃任務(wù)。在項目實(shí)施過程中，給學(xué)生更多的探究空間和時間，并提升任務(wù)的開放性，提倡問題解決的多樣性。此外，任務(wù)設(shè)計要有梯度，讓學(xué)生的認(rèn)知層次在不同的任務(wù)中逐步提升，達(dá)到知識的遷移運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)高階學(xué)習(xí)和低階學(xué)習(xí)的整合。

3.巧用平臺做支撐

為有效推進(jìn)項目化學(xué)習(xí)，需要借助數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺，來組織學(xué)生活動、提供學(xué)習(xí)資源、獲取實(shí)時反饋等。利用數(shù)字化平臺可以提升項目的完整性和完成度，并輔助學(xué)生理解相關(guān)知識、掌握相關(guān)原理，是促進(jìn)學(xué)生主動建構(gòu)知識的保障條件。除此之外，要體驗(yàn)和運(yùn)用人工智能，還需要相關(guān)軟硬件平臺的支撐。

4.讓支架貫穿全過程

在微項目化學(xué)習(xí)中，不管是項目導(dǎo)入、項目分析還是實(shí)施過程，教師都需要提供支架，為學(xué)生獲取新知搭建關(guān)鍵的橋梁。學(xué)習(xí)支架可以是視頻、學(xué)習(xí)參考、任務(wù)清單、問題鏈等，還可以設(shè)計評價單，對關(guān)鍵概念理解、小組成員分工、合作實(shí)踐規(guī)則進(jìn)行約定。

綜上所述，人工智能微項目化學(xué)習(xí)為教師提供了一種以課時為基本單位的微項目學(xué)習(xí)的實(shí)施思路。在具體實(shí)施過程中，要關(guān)注項目的完整性，對重難點(diǎn)進(jìn)行合理取舍；以驅(qū)動性問題激趣，在各階段融入有意義的學(xué)習(xí)實(shí)踐，滿足學(xué)生的探究需求，達(dá)到對原理的感性認(rèn)識；善于借助各類數(shù)字化平臺，以豐富的資源讓學(xué)生充分感知，推進(jìn)項目的實(shí)施；巧設(shè)支架，以高效的思維支架提升學(xué)生認(rèn)知深度，提升高階認(rèn)知。最終通過做事（項目）與做人（素養(yǎng)）相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)知識的深度理解和核心素養(yǎng)的提升。

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本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)立項課題“基于大概念的項目化學(xué)習(xí)九年融貫式設(shè)計與實(shí)施研究”（B/2021/02/60）、蘇州市陶行知研究會“十四五”一般課題“人工智能校本課程生活化開發(fā)的研究與實(shí)踐”（SZTY21-0246）的階段性研究成果。