基于項目的中學人工智能教學探究

張雅琪

（南京市玄武教師發(fā)展中心，江蘇南京 210016）

隨著人工智能技術(shù)快速發(fā)展，其在各行各業(yè)中應用得越來越廣泛。中學作為基礎(chǔ)教育階段，也開始逐步引入人工智能教育。其中項目教學作為一種以學生為主體、以項目為載體、以問題為導向的教學模式，可以幫助學生更好地掌握知識和技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。因此，將項目教學與中學人工智能教育相結(jié)合，探究基于項目教學的中學人工智能教學模式，具有重要的理論和實踐意義。

一、中學人工智能教學現(xiàn)狀

當前中學人工智能教育正處于起步階段，受限于教師的教學水平、教材編制、教育體制等多個方面的因素，中學人工智能教學存在不少問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）人工智能教育課程體系尚不完善

目前大部分中學設(shè)置人工智能課程缺乏系統(tǒng)性和整體性，也沒有充分教授人工智能相關(guān)的知識和技能，課程設(shè)置需要從解決現(xiàn)實生活問題出發(fā)。

（二）中學人工智能教學缺乏實踐性

人工智能課程教學應該力求將理論知識與實踐操作相結(jié)合，讓學生在實踐操作的過程中更好地掌握理論知識。但是目前中學人工智能教學一般只停留在傳授純理論知識的層面，提升學生實際能力的效果偏低，無法提高學生的創(chuàng)新能力［1］。

（三）中學人工智能教學的師資水平與教學資源并不理想

由于人工智能是新興科技領(lǐng)域，目前對人工智能教學的要求和對人才的需求存在脫節(jié)的問題。因此，大部分中學人工智能教師的教學能力與實踐經(jīng)驗相對較低。再加上教學資源匱乏，給中學人工智能教學帶來許多制約。

（四）中學人工智能教學缺乏實踐環(huán)節(jié)和應用場景

實踐是提高中學生人工智能學習水平的重要方法，但是中學人工智能教學的實踐環(huán)節(jié)和應用場景方面相對薄弱。缺乏實踐環(huán)節(jié)和應用場景不僅導致難以激發(fā)學生的學習興趣，也難以幫助學生更好地掌握人工智能知識和技能。

二、中學人工智能項目教學的優(yōu)勢

（一）項目教學能夠增強學生的實踐能力

項目教學作為一種基于實踐教學的教學形式，在中學人工智能教學中具有重要的優(yōu)勢。項目教學能夠增強學生的實踐能力，與傳統(tǒng)教學形式相比，項目教學更加強調(diào)實踐環(huán)節(jié)的重要性，鼓勵學生在具體的項目中進行實際操作和實踐。在中學人工智能教學過程中，學生通過實際操作和實踐可以更加深入地了解人工智能的概念、原理和應用，掌握人工智能的核心技術(shù)和方法，提高人工智能的實踐應用能力［2］。

（二）項目教學能夠激發(fā)學生的學習興趣

項目教學的主要特點是能夠為學生提供一個具有挑戰(zhàn)性和探索性的學習環(huán)境，引導學生主動開展探究活動，自己發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題。這樣的學習方式可以提高學生學習的主動性和積極性，并且能夠讓學生在實際操作的過程中逐步掌握人工智能相關(guān)的知識和技能。項目教學也可以讓學生在完成項目的過程中體驗學習的樂趣和成就感。作為一種探究式的教學方式，項目教學在激發(fā)學生的學習興趣方面表現(xiàn)了極大的優(yōu)越性［3］。學生在完成項目的過程中可以自己設(shè)計模型、仿真和測試，通過調(diào)整和改進模型而獲得成果、收獲等，從而激發(fā)他們更深層次的探究興趣，進而形成沒有壓力的學習氛圍。

（三）項目教學能夠提高學生的團隊協(xié)作能力

除了能夠增強學生的實踐能力、激發(fā)學生的學習興趣之外，項目教學還能夠提高學生的團隊協(xié)作能力。在項目教學過程中，學生往往需要分工合作，針對項目的不同模塊或任務分別承擔不同的角色和職責。這需要學生之間密切溝通與協(xié)作，互相之間需要協(xié)商，從而達成共識，然后才能順利完成任務。因此，項目教學不僅能培養(yǎng)學生的個人能力，更能鍛煉學生的團隊協(xié)作能力。

三、中學人工智能項目教學實踐策略

（一）項目教學的設(shè)計原則

項目教學作為一種基于實踐的教學模式，旨在讓學生通過參與真實且具備挑戰(zhàn)性的項目培養(yǎng)自主學習、合作學習、創(chuàng)新思維等能力。在實踐過程中需要遵循以下幾個原則。

1.突出實踐性。中學人工智能教學需要緊跟科技發(fā)展的步伐，項目教學可以讓學生將理論知識轉(zhuǎn)化為實際操作能力，培養(yǎng)實踐操作技能，提升學生解決問題的實際能力。

2.突出創(chuàng)新性。中學人工智能教學需要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，項目教學在學生探索實際問題的過程中能培養(yǎng)學生自主思考、獨立分析、創(chuàng)新思維等能力。教師可以引導學生在實踐項目的過程中加深理解人工智能，幫助學生在實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題并尋找創(chuàng)新解決問題的方案。

3.突出多元性。中學人工智能教學需要配合多種形式的教學手段，項目教學可以結(jié)合其他教學手段，如實驗、競賽等，進一步提高學生理解和掌握人工智能知識的程度。

4.突出個性化。創(chuàng)設(shè)開放性和多樣性的項目，允許學生自由探究可以滿足不同層次學生的學習需求，讓每個學生都有機會得到鍛煉和提高。在項目教學過程中，教師應該為學生提供支持和保障，促進學生個性化發(fā)展。

（二）實施項目教學的步驟

實施項目教學的步驟是設(shè)計整個項目教學的重要環(huán)節(jié)。在實施過程中，教師需要確定教學目標、制訂實施計劃、組織師生參與、制定評價標準等。

1.確定教學目標。項目教學的核心是讓學生通過項目實踐達到預定的教學目標。教師需要從中選取適合學生的、具有一定難度和挑戰(zhàn)性的項目，同時明確項目的時間限制以及學生需要掌握的知識和技能。只有確定了明確的教學目標，才能制訂有效的實施計劃。

2.制訂實施計劃。根據(jù)項目教學的特點，制訂實施計劃需要充分考慮課程內(nèi)容、教學形式、教學方法等方面。教師需要充分掌握項目的難度和挑戰(zhàn)性，從而在制訂計劃的過程中給學生合理分配任務，同時充分運用多種教學手段，以便滿足學生不同的學習需求。

3.組織師生參與。項目教學需要充分發(fā)揮學生的主體作用，利用集體智慧培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和團隊協(xié)作精神。在實施項目的過程中，教師應該充分發(fā)揮學生的積極性，讓學生參與決策和分配任務，充分發(fā)揮學生的主體性和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。教師也應該積極參與其中，時刻關(guān)注學生的學習狀態(tài)和進程，給予必要的指導和幫助。

4.制定評價標準。評價標準是項目教學的關(guān)鍵，它反映了教學目標的達成情況。在制定評價標準時，教師應該充分考慮學生的各項能力及表現(xiàn)情況。確定項目教學的實踐場景非常重要，教師可以通過引導學生選擇一個具體的AI 應用場景，然后結(jié)合該場景的實際需求制定一個完整的項目任務，恰當選擇應用場景對教學會起到事半功倍的效果。例如在講解專家系統(tǒng)時，一個AI 醫(yī)療應用場景可以圍繞如何挖掘和分析患者的醫(yī)療數(shù)據(jù)展開。學生需要設(shè)計人工智能算法，實現(xiàn)處理和分析數(shù)據(jù)，并最終呈現(xiàn)有價值的結(jié)果，如基于病人數(shù)據(jù)診斷病情、推薦藥物等。學生需要在項目學習過程中不斷完善和優(yōu)化算法，在經(jīng)過多輪測試和迭代之后逐步提高項目的完成度和實用性。例如，針對上述AI 醫(yī)療應用場景，學生可以嘗試不同的算法和數(shù)據(jù)處理流程，比較各種算法的效果，以達到優(yōu)化算法的目的。通過完成一個完整的項目，學生可以深入了解人工智能算法的實現(xiàn)方式和應用情境，達到理論與實際運用相結(jié)合的目的。

（三）項目教學的評價指標

1.教師評價指標。在項目教學過程中，教師的評價不僅是評價學生在課堂上的表現(xiàn)，更是教師在整個教學過程中了解學生掌握知識的情況和考查學生的思維能力、實踐能力、創(chuàng)新能力等方面的過程。因此，科學合理的教師評價指標是項目化教學的保證之一。項目教學中教師評價指標一般包括以下幾項：（1）知識掌握情況：包括測試成績和課堂表現(xiàn)。測試成績是最直接衡量學生掌握知識情況的方法之一。課堂表現(xiàn)則包括學生在課堂上的表現(xiàn)和完成課后作業(yè)的情況。教師可以通過學生回答、討論、展示問題等方式評價學生理解和掌握課程內(nèi)容的情況。（2）思維能力：包括分析能力和創(chuàng)新能力。教師可以通過學生在課堂上的發(fā)言和表現(xiàn)以及他們團隊研究的表現(xiàn)評價學生的分析能力，通過學生的設(shè)計方案、策劃文檔等產(chǎn)品評價學生的創(chuàng)新能力。（3）實踐能力：包括實驗能力和實訓能力。

2.學生評價指標。首先，學生評價指標應該明確是否達到項目目標，包括知識技能和態(tài)度方面的要求，及時反饋學生在項目教學過程中是否掌握了理論知識、實踐技能以及是否具備合作精神等方面的情況；其次，學生評價指標應該注重學生參與項目化教學的情況，從而判斷學生是否積極參與項目活動、是否具有探究精神和創(chuàng)新能力等方面的表現(xiàn)，注重項目教學過程中學生的思考能力和反思能力，評價其理解問題的深度和掌握問題的程度；最后，學生評價指標應該評估學生在項目化教學過程中的綜合能力，包括溝通表達能力、團隊協(xié)作能力以及批判性思維能力等方面。

（四）推廣中學人工智能項目教學的策略

1.推廣項目教學需要全面支持，包括來自學校、政府和社會的支持。有條件的學校應該提供相關(guān)的教學條件和資源，保證順利開展項目教學。政府需要推廣項目教學的理念，并提供相應的政策支持。社會也應該積極參與項目教學，為學生提供更多的實踐機會。

2.推廣項目教學需要結(jié)合教學內(nèi)容和目標制定相應的策略。中學人工智能教學可以將教學內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)知識和應用實踐兩個方面，教師教學基礎(chǔ)知識可以采用課堂講授和答疑互動的方式，為學生提供相關(guān)的理論知識；教學應用實踐內(nèi)容可以采用項目合作的方式，讓學生學以致用，將所學的知識運用于解決實際項目。

3.推廣項目教學需要注重教師培養(yǎng)和支持。教師是項目教學的重要組成部分，需要具備相關(guān)的知識和技能，并能夠指導學生完成設(shè)計、開發(fā)和實現(xiàn)項目。

四、應用中學人工智能項目教學的意義

（一）可以幫助學生建立人工智能應用的知識框架

通過項目實踐，學生能夠了解人工智能技術(shù)的基本原理和應用場景，掌握相關(guān)的編程語言和工具，培養(yǎng)對人工智能技術(shù)的興趣和熱情。同時，學生還能夠通過不斷探索和創(chuàng)新項目實踐，深入理解人工智能技術(shù)的內(nèi)涵和應用。

（二）可以幫助學生建立跨學科思維模式

人工智能項目實踐往往需要學生從項目實踐的目標出發(fā)構(gòu)建應用人工智能技術(shù)的整體環(huán)境，打破學科的界限，展開多維度思考，融合理解不同學科的知識才能完成整體構(gòu)建與實施項目。

（三）可以培養(yǎng)學生對人工智能技術(shù)產(chǎn)生積極情感

人工智能技術(shù)在發(fā)展過程中一直伴隨著很多爭議，但是我們不能一味地否定與回避新事物，從實踐角度合理利用新事物才是正確的態(tài)度。項目教學過程中，教師可以選擇貼近生活的項目主題以及選擇性使用人工智能技術(shù)，從而幫助學生建立正確的技術(shù)觀以及技術(shù)情感。

五、中學人工智能項目教學未來的發(fā)展趨勢

隨著人工智能領(lǐng)域不斷發(fā)展，中學人工智能教育也面臨著新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，中學人工智能項目教學將成為未來教學的重要趨勢。

首先，隨著人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，越來越多的中小學開始將人工智能課程納入教學計劃。未來人工智能教育的重要性將得到更多認可和重視，更多的中小學會陸續(xù)開設(shè)相關(guān)的人工智能課程，這將為人工智能項目教學提供更豐富和全面的教學資源和課程設(shè)計，幫助學生更全面地了解和應用人工智能技術(shù)。

其次，在設(shè)計教學內(nèi)容方面，未來中學人工智能項目教學將更加注重實際應用和跨學科融合。學生將通過參與設(shè)計、開發(fā)和實現(xiàn)項目的過程，更加深入地了解人工智能的應用和發(fā)展，培養(yǎng)對應用人工智能的興趣和熱情。同時，跨學科融合也將得到更多推廣和發(fā)展，機器人、編程、數(shù)學、物理等多個學科將會有更多結(jié)合和創(chuàng)新，給學生帶來全新的學習體驗。

最后，在改進教學方法方面，未來中學人工智能項目教學將更加注重學生主動學習和解決問題的能力。傳統(tǒng)的教學方法已經(jīng)不能滿足學生學習人工智能領(lǐng)域知識的需求。未來教師將更多地充當教練的角色，將學生科學、合理分成若干小組，并引導他們通過自主解決問題的方式發(fā)現(xiàn)問題、探究問題，通過項目實踐掌握知識和技能。