立足人工智能教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)

莫希

【摘? ?要】人工智能在日常生活中已有廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展。教師以《文字識(shí)別》為例，探索人工智能教學(xué)，通過“前置學(xué)習(xí)，揭開人工智能的神秘面紗；課堂學(xué)習(xí)，體驗(yàn)人工智能的技術(shù)力量；拓展學(xué)習(xí)，暢想人工智能的無限可能”等策略，構(gòu)建課前、課中、課后的三維立體學(xué)習(xí)體系，有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】人工智能；核心素養(yǎng)；信息技術(shù)；文字識(shí)別

人工智能是什么？浙攝版《信息技術(shù)》六年級(jí)上冊(cè)教材是這樣定義的：“人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是以機(jī)器為載體，模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的一門科學(xué)，研究領(lǐng)域包括機(jī)器人、語音識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)和專家系統(tǒng)等?！比斯ぶ悄茉谌粘Ｉ钪幸延袕V泛的應(yīng)用，推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展。“初識(shí)人工智能”單元較為系統(tǒng)地介紹了人工智能的基本知識(shí)，特別是人工智能的工作原理、相關(guān)技術(shù)等，讓學(xué)生了解如何使用該技術(shù)服務(wù)學(xué)習(xí)和生活，提升信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)，幫助學(xué)生創(chuàng)造性地解決問題。

以浙攝版《信息技術(shù)》六年級(jí)上冊(cè)第9課《文字識(shí)別》為例，教師從熟悉教材、備課打磨到開展實(shí)踐教學(xué)，既關(guān)注信息技術(shù)課的教學(xué)本質(zhì)，又強(qiáng)調(diào)通過各種技術(shù)手段的實(shí)踐操作，讓學(xué)生在理解和實(shí)踐中習(xí)得知識(shí)，提升能力。同時(shí)，教師通過課前、課中、課后三個(gè)階段構(gòu)建三維立體學(xué)習(xí)體系，有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。

一、前置學(xué)習(xí)，揭開人工智能的神秘面紗

有效的前置學(xué)習(xí)既可以淡化人工智能的神秘感，拉近學(xué)生與人工智能之間的距離，又可以幫助學(xué)生儲(chǔ)備課內(nèi)學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備性知識(shí)。

（一）鏈接網(wǎng)絡(luò)，體會(huì)作用

教師在研讀教材的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了教學(xué)預(yù)案，給學(xué)生布置了前置預(yù)習(xí)任務(wù)。

任務(wù)1：體驗(yàn)用相關(guān)學(xué)習(xí)軟件批改口算。

任務(wù)2：體驗(yàn)用手寫文字的方式在電腦或手機(jī)中輸入一首小詩(shī)。

任務(wù)3：在微信中找到相關(guān)識(shí)圖類小程序，試一試這類小程序在識(shí)別圖中文字的功能。

任務(wù)1引導(dǎo)學(xué)生通過熟悉的口算批改軟件，在快速批改的過程中體會(huì)自動(dòng)批改的便捷性和優(yōu)越性。任務(wù)2通過手寫文字的識(shí)別，讓學(xué)生清晰感受手寫文字的提取特征；任務(wù)3通過微信小程序識(shí)別圖中的文字，讓學(xué)生在實(shí)際操作中產(chǎn)生對(duì)文字識(shí)別功能的興趣。

（二）記錄生活，了解應(yīng)用

除了電腦網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)App外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生通過觀察或詢問的方式了解文字識(shí)別技術(shù)在生活中的應(yīng)用。

任務(wù)1：你知道生活中哪些地方用到了文字識(shí)別技術(shù)？

任務(wù)2：你能舉例說說文字識(shí)別對(duì)我們的生活和學(xué)習(xí)的幫助嗎？

任務(wù)1指向?qū)ι钪形淖肿R(shí)別的應(yīng)用，學(xué)生除了自己探索，也可以詢問家長(zhǎng)。任務(wù)2是對(duì)教材主題的擴(kuò)展，有助于學(xué)生明確文字識(shí)別的價(jià)值和意義，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的目的性。

（三）同伴交流，提高認(rèn)知

學(xué)生搜集到的資料、信息有限。因此，教師在課前還要給學(xué)生交流、分享的時(shí)間。如發(fā)揮學(xué)習(xí)小組的作用，利用課前5分鐘組織學(xué)生互相交流搜集到的資料、信息，由小組長(zhǎng)整理記錄，并對(duì)較為典型的內(nèi)容進(jìn)行個(gè)別匯報(bào)。學(xué)生通過交流，共享信息，豐富自己的知識(shí)面，感受文字識(shí)別技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

二、課堂學(xué)習(xí)，體驗(yàn)人工智能的技術(shù)力量

文字識(shí)別技術(shù)源于生活又用于生活，賦予了課堂探索新的意義，引發(fā)了學(xué)生對(duì)技術(shù)的探究。教師可以在課堂上培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用技術(shù)的意識(shí)，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（一）多媒體演示，感悟技術(shù)

教師可運(yùn)用多媒體，再現(xiàn)生活中人工智能的應(yīng)用情景，讓學(xué)生身臨其境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力。

在教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師利用多媒體播放小區(qū)車閘識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別車輛的視頻，讓學(xué)生在真實(shí)的生活情境中帶著問題主動(dòng)探究文字識(shí)別技術(shù)。在交流“文字識(shí)別技術(shù)在生活中還有哪些應(yīng)用”時(shí)，學(xué)生提出了車票識(shí)別、身份證識(shí)別、快遞員掃描快遞單號(hào)等場(chǎng)景。教師順勢(shì)用多媒體呈現(xiàn)圖文、動(dòng)畫等資料，幫助學(xué)生加深印象。此外，教師還可以利用手機(jī)投屏現(xiàn)場(chǎng)批改口算，為之后的自主探究打下基礎(chǔ)。

（二）平臺(tái)操作，體驗(yàn)過程

教學(xué)中，教師應(yīng)有效運(yùn)用學(xué)習(xí)資源，通過具體的活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生以問題為導(dǎo)向，參與實(shí)踐、分析、思考和判斷。教師可以利用人工智能開放平臺(tái)，使學(xué)生獲得親身體驗(yàn)。

在教學(xué)“手寫文字識(shí)別”這一內(nèi)容時(shí)，教師給學(xué)生提供了兩張手寫的閱讀筆記照片，一張字跡工整，一張字跡潦草。學(xué)生用A軟件的“手寫文字識(shí)別”功能對(duì)字跡工整的照片進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)識(shí)別出來的文字是按行分開顯示的，復(fù)制后需要進(jìn)行處理。學(xué)生想到了兩種方法：一種是全部復(fù)制，而后在文檔中重新編輯；另一種是一行一行復(fù)制，之后再進(jìn)行編輯。接著，教師向?qū)W生展示B軟件的文字識(shí)別技術(shù)，這個(gè)軟件識(shí)別出來的內(nèi)容是完整的段落，能直接復(fù)制，也能進(jìn)行在線編輯。學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)，字跡是否清楚、工整影響著識(shí)別的準(zhǔn)確率的高低：字跡工整，識(shí)別準(zhǔn)確率較高；字跡潦草，識(shí)別準(zhǔn)確率較低。由此，學(xué)生對(duì)不同軟件的文字識(shí)別的速度和準(zhǔn)確率有了討論（如表1）。

通過直觀比較，學(xué)生明白在不同的軟件中，文字識(shí)別的操作大同小異。由此，學(xué)生對(duì)人工智能的開發(fā)和使用有了更深的體悟。

（三）原理剖析，促進(jìn)思考

在信息技術(shù)課堂中，教師往往比較注重學(xué)生在活動(dòng)中的體驗(yàn)，忽略了對(duì)技術(shù)形成過程的分析。如果只是停留在技術(shù)操作層面，沒有對(duì)技術(shù)進(jìn)行思考，就無法推動(dòng)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

教材以“手寫數(shù)字”為例，對(duì)文字識(shí)別的過程進(jìn)行了細(xì)致分析：一般需要經(jīng)過圖像獲取、圖像預(yù)處理、特征提取、比對(duì)識(shí)別、文字輸出等過程。如果用傳授式的教學(xué)方式教學(xué)這幾個(gè)步驟，教學(xué)效果就會(huì)大打折扣。因此，教學(xué)中，教師可以將原理穿插在活動(dòng)的過程中，以問題的形式揭示其中的奧秘。如在體驗(yàn)識(shí)別學(xué)生的手寫文字時(shí)，教師可以現(xiàn)場(chǎng)拍照，把獲取到的照片上傳，并進(jìn)行識(shí)別，這便是“圖像獲取”。照片中不僅有手寫的字，還有紙上的格子等，“圖像預(yù)處理”功能可以消除無關(guān)信息，把文字從整張圖片中分離出來，因此手寫文字部分呈現(xiàn)出了被覆蓋的狀態(tài)。對(duì)于文字的識(shí)別常用的方法就是特征識(shí)別，在進(jìn)行“特征提取”時(shí)，提取的是文字的輪廓、筆畫、結(jié)構(gòu)等，并將它轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，再把它的特征和特征數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，通過“比對(duì)識(shí)別”找到和這個(gè)字最接近的字，最后把它識(shí)別出來，完成“文字輸出”。

這個(gè)過程清晰地將復(fù)雜的文字識(shí)別進(jìn)行了分解和簡(jiǎn)化。在原理的剖析和思維的碰撞中，學(xué)生的信息意識(shí)和技術(shù)思維能力都得到了提升。

三、拓展學(xué)習(xí)，暢想人工智能的無限可能

核心素養(yǎng)的發(fā)展絕非一朝一夕之功。學(xué)生需要通過自主探索習(xí)得知識(shí)與技能，學(xué)會(huì)舉一反三，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階。

（一）任務(wù)延伸，深入運(yùn)用

技術(shù)只有融入生活，才能變得真實(shí)、豐滿。利用信息化環(huán)境資源，讓學(xué)生帶著拓展任務(wù)到課外進(jìn)行應(yīng)用，既是對(duì)課堂教學(xué)的有效拓展，又是對(duì)技術(shù)價(jià)值的深化?！段淖肿R(shí)別》一課的課后拓展任務(wù)如表2所示。

完成拓展任務(wù)的過程中，學(xué)生體會(huì)到文字識(shí)別技術(shù)能幫助人們解決實(shí)際問題，為人們提供技術(shù)支持。這樣的學(xué)習(xí)由課內(nèi)延伸到課外，促使學(xué)生主動(dòng)尋找解決問題的方法，實(shí)現(xiàn)遷移應(yīng)用。

（二）實(shí)踐研究，梳理拓展

“初識(shí)人工智能”單元的教學(xué)涉及文字識(shí)別、人臉識(shí)別、語音識(shí)別、自然語言處理等人工智能技術(shù)，有助于幫助學(xué)生建立對(duì)人工智能的整體印象。教學(xué)中，教師要將核心素養(yǎng)的培養(yǎng)蘊(yùn)含在真實(shí)的體驗(yàn)活動(dòng)之中，注重課內(nèi)課外的結(jié)合。學(xué)生只有經(jīng)歷親身實(shí)踐的過程，才能了解這些技術(shù)，發(fā)展技術(shù)思維。

在“初識(shí)人工智能”單元的學(xué)習(xí)中，教師可以組織學(xué)生開展綜合性學(xué)習(xí)，完成多樣化的實(shí)踐性作業(yè)，如編制單元學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖，梳理學(xué)習(xí)脈絡(luò)，厘清各種技術(shù)間的關(guān)系，比較各種技術(shù)的原理，優(yōu)化邏輯思維。教師也可以帶領(lǐng)學(xué)生制作人工智能技術(shù)小報(bào)、撰寫人工智能技術(shù)研究報(bào)告，幫助學(xué)生拓寬知識(shí)面，增進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)的熱愛。同時(shí)，教師還可以組織開展人工智能技術(shù)應(yīng)用競(jìng)賽，比比相同時(shí)間內(nèi)哪些學(xué)生能用人工智能技術(shù)解決更多的問題，如查找不知名的植物、用語音朗讀撰寫文章等，由此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，增強(qiáng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用意識(shí)。

（三）結(jié)合現(xiàn)實(shí)，暢想未來

當(dāng)前，人工智能技術(shù)已從曾經(jīng)的科幻小說中來到了人們的生活中，當(dāng)圍棋機(jī)器人AlphaGo擊敗圍棋世界冠軍李世石的那一刻，機(jī)器文明就開始了對(duì)人類的挑戰(zhàn)，這也愈發(fā)堅(jiān)定了人們研究人工智能的決心。人工智能結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，在改變?nèi)祟惿畹耐瑫r(shí)，也讓更多的技術(shù)幻想成為現(xiàn)實(shí)。教師可設(shè)計(jì)任務(wù)，讓學(xué)生自由暢想，通過繪畫、制作手工作品等方式表達(dá)自己對(duì)人工智能的暢想。

葉圣陶說過：“在教育來學(xué)的人的同時(shí)，要特別注意引導(dǎo)他們知變、求變、善變，有所改革，有所創(chuàng)新?！苯逃皇菃渭兊闹R(shí)傳遞，只有當(dāng)學(xué)生主動(dòng)探究，有了真實(shí)的情感體驗(yàn)，知識(shí)才能轉(zhuǎn)化為他們內(nèi)在的素養(yǎng)。在“初識(shí)人工智能”單元的教學(xué)中，教師構(gòu)建了課前、課中和課后三維立體的教學(xué)體系，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)新知識(shí)、實(shí)踐新知識(shí)、創(chuàng)造新知識(shí)，在樂于表達(dá)、善于體驗(yàn)、敢于創(chuàng)造的氛圍中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，使教育融情于理、融思于行、入腦入心。

參考文獻(xiàn)：

［1］浙江省教育廳教研室.小學(xué)信息技術(shù)教師用書（六年級(jí)上）［M］.杭州：浙江攝影出版社，2014.

［2］馬震安.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下如何在課堂上激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣：以“初識(shí)人工智能”教學(xué)設(shè)計(jì)為例［J］.中小學(xué)信息技術(shù)教育，2019（2/3）：81-83.

［3］秦建軍，郭艷玫，馬福貴.思維素養(yǎng)視角下的中小學(xué)人工智能教育［J］.中小學(xué)信息技術(shù)教育，2019（5）：68-71.