初中信息科技人工智能課程的開發(fā)與實(shí)踐

謝萬(wàn)榮 江蘇省南京市溧水區(qū)第一初級(jí)中學(xué)

隨著科技的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)人們的工作和生活方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。初中階段是學(xué)生發(fā)展信息科技人工智能技能的重要時(shí)期，開發(fā)與實(shí)踐信息科技人工智能課程，可以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決能力，為他們未來(lái)的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。[1]本文提出的信息科技人工智能課程是筆者所在學(xué)?；趯?shí)際情況開發(fā)的校本課程，旨在培養(yǎng)初中學(xué)生在人工智能領(lǐng)域的核心能力和素養(yǎng)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握人工智能的基本概念、原理和應(yīng)用，以及相關(guān)的工具和技術(shù)。

●初中信息科技人工智能課程開發(fā)

1.課程目標(biāo)

理解人工智能；掌握使用工具和技術(shù)；發(fā)展創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力；培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力；培養(yǎng)倫理和社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

2.課程內(nèi)容

人工智能基礎(chǔ)：介紹人工智能的基本概念、分類和發(fā)展歷程。

數(shù)據(jù)與算法：學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的獲取、處理和分析方法，以及常用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法和技術(shù)。

工具與技術(shù)：掌握使用工具的基本應(yīng)用，如數(shù)據(jù)處理工具、編程語(yǔ)言和開發(fā)環(huán)境。

人工智能應(yīng)用領(lǐng)域：探索人工智能在圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用案例。

倫理與社會(huì)責(zé)任：討論人工智能的倫理問(wèn)題，思考人工智能的社會(huì)影響和應(yīng)用的社會(huì)責(zé)任。

3.課程結(jié)構(gòu)

初中信息科技人工智能課程旨在逐步引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)概念到實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行全面掌握[2]，以下是課程的主要模塊。

基礎(chǔ)知識(shí)模塊：學(xué)習(xí)人工智能的基本概念、原理和基礎(chǔ)技術(shù)，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)處理和算法基礎(chǔ)等。

技術(shù)應(yīng)用模塊：學(xué)習(xí)并應(yīng)用信息科技工具和技術(shù)，如編程語(yǔ)言、開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)處理工具，通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目掌握技術(shù)應(yīng)用的方法和技巧。

應(yīng)用案例模塊：學(xué)習(xí)人工智能在不同領(lǐng)域的應(yīng)用案例，如圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和機(jī)器人技術(shù)等。通過(guò)實(shí)際案例的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)應(yīng)用思維和創(chuàng)新能力。

倫理與社會(huì)責(zé)任模塊：思考人工智能的倫理問(wèn)題和社會(huì)影響，討論如何正確應(yīng)用人工智能技術(shù)，并培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)和道德判斷能力。

4.教具選擇

開展初中信息科技人工智能課程的教學(xué)，教具的選擇至關(guān)重要。筆者根據(jù)實(shí)際情況選擇了適合本校初中學(xué)生使用的教學(xué)工具。

教學(xué)資源：利用開放的在線資源，如教育平臺(tái)、人工智能學(xué)習(xí)網(wǎng)站和虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提供豐富的學(xué)習(xí)資料、實(shí)踐機(jī)會(huì)和交流平臺(tái)，拓展學(xué)習(xí)渠道。

編程工具：選擇適合的編程工具，如Python等，通過(guò)編程實(shí)踐理解和應(yīng)用人工智能技術(shù)，同時(shí)培養(yǎng)計(jì)算思維和問(wèn)題解決能力。

相關(guān)硬件：Arduino控制板、傳感器（超聲波、聲音、溫度、氣體、語(yǔ)音識(shí)別傳感器等）、通信模塊、數(shù)據(jù)連接線等。

5.項(xiàng)目設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和應(yīng)用能力，課程開發(fā)引入了一系列實(shí)踐項(xiàng)目，如：①圖像識(shí)別項(xiàng)目。使用圖像處理技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的圖像識(shí)別程序，用于識(shí)別物體或進(jìn)行圖像分類。②聊天機(jī)器人項(xiàng)目。設(shè)計(jì)和開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的聊天機(jī)器人，利用自然語(yǔ)言處理技術(shù)進(jìn)行對(duì)話和回答問(wèn)題。③數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目。收集實(shí)際數(shù)據(jù)，并運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，從中獲取有價(jià)值的信息。④創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目。鼓勵(lì)提出創(chuàng)新的人工智能應(yīng)用想法，并實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意項(xiàng)目等。

●初中信息科技人工智能課程實(shí)踐

1.優(yōu)化課堂教學(xué)方式

不同教學(xué)內(nèi)容應(yīng)采用不同的教學(xué)方式、方法，在人工智能教學(xué)中教師可采用的教學(xué)方法如下。

探究式學(xué)習(xí)：通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題、探索和實(shí)踐，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，提升他們的自主學(xué)習(xí)能力。

跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)：組織學(xué)生參與實(shí)際項(xiàng)目，如設(shè)計(jì)人工智能程序或開發(fā)簡(jiǎn)單的應(yīng)用，讓學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)的各科知識(shí)和技能。

小組討論與合作學(xué)習(xí)：通過(guò)小組討論、合作項(xiàng)目等形式，促進(jìn)學(xué)生之間的交流與合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。

2.加強(qiáng)項(xiàng)目實(shí)施指導(dǎo)

實(shí)踐項(xiàng)目是初中信息科技人工智能課程中的核心環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)施具有實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的項(xiàng)目，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識(shí)與技能應(yīng)用于解決真實(shí)世界的問(wèn)題。例如智能機(jī)器人控制項(xiàng)目，要求設(shè)計(jì)和編程一個(gè)智能機(jī)器人，讓其能夠執(zhí)行特定任務(wù)，如尋找物體、避障或進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)。在實(shí)際教學(xué)中，教師可引導(dǎo)學(xué)生使用Arduino控制板和傳感器組裝一個(gè)小型機(jī)器人，通過(guò)編寫程序?qū)崿F(xiàn)其自主導(dǎo)航和任務(wù)執(zhí)行的功能。又如數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)項(xiàng)目，要求學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)，并選擇一個(gè)實(shí)際數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。教師可引導(dǎo)學(xué)生使用Python的數(shù)據(jù)分析庫(kù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)社交媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行情感分析或?qū)︿N售數(shù)據(jù)進(jìn)行銷量預(yù)測(cè)。通過(guò)這些實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)生能夠?qū)⒄n堂所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題解決相結(jié)合，提高了他們的動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力。

3.引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與積極性和學(xué)習(xí)興趣是初中信息科技人工智能課程成功開展的關(guān)鍵。在教學(xué)實(shí)踐中，教師可采用多種方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)算法時(shí)，給學(xué)生提供一個(gè)真實(shí)的數(shù)據(jù)集，引導(dǎo)他們使用算法預(yù)測(cè)和分析數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生觀看與人工智能相關(guān)的紀(jì)錄片、TED演講或參觀科技公司的展覽，拓寬他們的視野；在學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)算法時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生選擇感興趣的主題，并自主學(xué)習(xí)和研究相關(guān)的論文和資源，以探索更深入的理解和應(yīng)用；組織編程比賽，讓學(xué)生在限定時(shí)間內(nèi)完成特定的編程任務(wù)，并評(píng)選出最佳解決方案等。

4.多元評(píng)估與反饋

初中信息科技人工智能課程需要建立合適的評(píng)估與反饋機(jī)制，以有效評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和進(jìn)步，并提供及時(shí)的反饋和指導(dǎo)。在實(shí)踐中，教師可采用項(xiàng)目評(píng)估、作業(yè)和考試、口頭報(bào)告和展示、同行評(píng)價(jià)等評(píng)價(jià)方式，從多個(gè)角度對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)，還定期提供個(gè)別和集體反饋，指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)和進(jìn)一步發(fā)展。通過(guò)評(píng)估與反饋機(jī)制，學(xué)生能夠了解自己的學(xué)習(xí)進(jìn)展和表現(xiàn)，并得到及時(shí)的指導(dǎo)和支持。同時(shí)，評(píng)估與反饋也為教師提供了了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的依據(jù)，有助于調(diào)整教學(xué)策略和課程內(nèi)容，以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

5.培養(yǎng)創(chuàng)新思維與問(wèn)題解決能力

信息科技人工智能課程實(shí)踐應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決能力。在教學(xué)中，教師可采用多種方法來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決能力。[3]

例如，給學(xué)生設(shè)計(jì)一系列挑戰(zhàn)項(xiàng)目，要求他們通過(guò)創(chuàng)新思維和合作解決實(shí)際問(wèn)題，如設(shè)計(jì)智能交通系統(tǒng)、開發(fā)智能家居等。又如，引導(dǎo)學(xué)生采用設(shè)計(jì)思維方法，從用戶需求出發(fā)，通過(guò)觀察、理解、思考和反饋，提出創(chuàng)新的解決方案。再如，引導(dǎo)學(xué)生面對(duì)開放性問(wèn)題，鼓勵(lì)他們從多個(gè)角度思考和分析問(wèn)題，并提出自己的獨(dú)特見(jiàn)解和解決方案。

6.培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作與溝通能力

在信息科技人工智能課程中，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作與溝通能力是非常重要的。教師在課程實(shí)施中，可采用諸多方式培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力與溝通能力。例如，組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目展示和評(píng)審，讓學(xué)生從其他小組中學(xué)習(xí)和借鑒經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)彼此之間的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)；在小組合作中，給每個(gè)成員分配不同的角色，如項(xiàng)目經(jīng)理、程序員、設(shè)計(jì)師等，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)和專長(zhǎng)；組織合作學(xué)習(xí)活動(dòng)，如討論會(huì)、問(wèn)題解決小組等，鼓勵(lì)學(xué)生在小組中相互討論、分享思路和解決方案。通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作和合作學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)會(huì)了傾聽(tīng)他人意見(jiàn)、協(xié)商解決問(wèn)題、共同合作完成任務(wù)，這不僅有助于培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力和社交技能，還為將來(lái)的職業(yè)發(fā)展打下基礎(chǔ)。

7.培養(yǎng)倫理和社會(huì)責(zé)任意識(shí)

人工智能的應(yīng)用涉及倫理和社會(huì)責(zé)任問(wèn)題，因此在課程實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的倫理和社會(huì)責(zé)任意識(shí)至關(guān)重要。教師可以引導(dǎo)學(xué)生討論使用人工智能技術(shù)應(yīng)遵守的倫理原則，如探討人工智能在隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)安全和公平性方面的挑戰(zhàn)，并鼓勵(lì)他們提出解決方案。通過(guò)培養(yǎng)倫理和社會(huì)責(zé)任意識(shí)，使學(xué)生能夠更加全面地理解和應(yīng)用人工智能技術(shù)。

●結(jié)束語(yǔ)

初中信息科技人工智能課程的開發(fā)與實(shí)踐是一項(xiàng)重要而有意義的工作。通過(guò)本課程的實(shí)施，學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中不斷進(jìn)行多學(xué)科知識(shí)的融合，不僅全面發(fā)展了信息科技能力與素養(yǎng)，培養(yǎng)了計(jì)算思維、創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決等能力，而且提升了對(duì)多學(xué)科知識(shí)的理解與綜合應(yīng)用能力。