高中信息技術人工智能課堂教學結構初探

邱睿

［摘 要］人工智能是當前信息技術發(fā)展中的前沿科技，隨著科技的進步，信息技術教學與科技的關系越來越密切。高中階段，信息技術課堂成為學生了解信息技術前沿科技的主戰(zhàn)場。文章基于人工智能進入高中信息技術課堂的教學現(xiàn)狀，通過分析課程標準，基于教材，并結合學生的實際情況，設計了以“探秘人工智能”一課為例的人工智能課堂教學結構，即準備—呈現(xiàn)—聯(lián)想—鞏固—反思，并提出了課堂結構優(yōu)化建議。

［關鍵詞］人工智能；教學結構；高中信息技術

［中圖分類號］ G633.67 ［文獻標識碼］? A ［文章編號］ 1674-6058（2023）26-0092-03

2017年國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確指出，人工智能已成為國際競爭的新焦點。我國應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育、建設人工智能學科［1］。2018年教育部印發(fā)了《教育信息化2.0行動計劃》，明確要求要完善課程方案和課程標準，使中小學人工智能和編程課程內容能充分適應信息時代、智能時代的發(fā)展需要。在當前大環(huán)境下，人們也要緊跟時代步伐，了解人工智能，掌握人工智能的相關知識，這會給我們未來的生活提供更多的便利，高中生也不例外。如何開展高中信息技術人工智能內容的教學，同時培養(yǎng)學生計算思維，提升學生核心素養(yǎng)，成為擺在高中信息技術教師面前的一個重要任務。

一、高中開設人工智能課程的意義

人工智能是指利用數(shù)字計算機或者由數(shù)字計算機控制的機器，模擬、延伸和擴展人類的智能，感知環(huán)境、獲取知識并使用知識獲得最佳結果的理論、方法、技術和應用系統(tǒng)［2］?？萍嫉倪M步，改變了我們的生活，世界各國對于高科技研發(fā)的支持及投入力度不斷加大。在高中信息技術教學中加入人工智能課程，向學生滲透當今時代的高科技知識，有著非常重要的意義。

在高中信息技術教學中加入人工智能課程，在教學目標的實現(xiàn)上有以下意義：（1）知識與技能層面。學習人工智能相關知識，可以拓寬和豐富學生的知識面，使學生在學習科技前沿知識和先進技術手段的同時拓寬眼界，為未來的工作和生活打下人工智能技術與理論的基礎。（2）過程與方法層面。人工智能教學過程中注重對學生計算思維的培養(yǎng)以及核心素養(yǎng)的提升，同時注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力與創(chuàng)新能力。學生通過學習人工智能知識，深入了解并掌握人工智能技術的原理，逐步具備在實際生活中使用人工智能技術、提高生活質量的意識和能力。（3）情感、態(tài)度與價值觀層面。在學習人工智能知識的過程中，學生了解并且領會了當前科技前沿的先進知識和技術手段，拓寬了眼界，認識世界和事物的角度更為宏觀。

二、“探秘人工智能”的教學結構

“探秘人工智能”的教學結構以教師的教和學生的學為基礎框架，以教學內容為核心，實現(xiàn)人工智能的知識結構、學生的認知結構、教師的導學結構三者有機、有序、有效的系統(tǒng)聯(lián)系。任何教學都必然存在相對穩(wěn)定的結構體系，結合上述分析，可將“探秘人工智能”的教學結構設定為：準備—呈現(xiàn)—聯(lián)想—鞏固—反思。

（一）準備

由于本節(jié)課題較為特殊，是高中生在高中信息技術課堂中初識人工智能的第一堂課，所以在課堂準備階段既要提前準備好充足的課堂內容，也要注意激發(fā)學生對人工智能的興趣。產(chǎn)生興趣的前提是對于該事物有一定的了解，如果是完全不了解的內容，不但不利于學生產(chǎn)生興趣，還有可能會讓學生產(chǎn)生人工智能離我們很遙遠的想法。因此，在實際教學中，教學內容最好可以從實際出發(fā)，讓學生一開始就對人工智能產(chǎn)生濃厚的興趣，這對后續(xù)的學習是很有益處的。教師可以選取生活中學生熟知的應用或者是感興趣的高科技領域，通過多媒體等信息技術手段，激發(fā)學生的學習興趣?；谌斯ぶ悄艿奶匦?，本課應做如下準備：

1. 本節(jié)課課程導入部分選擇視頻導入，該視頻為教師課前精心挑選的阿爾法狗與李世石的人機圍棋大戰(zhàn)。該視頻采用動畫解說并有很多人機大戰(zhàn)的實景拍攝，畫風以及背景音樂配合得恰到好處，視頻質量很高。

2. 準備《機器是如何進行人臉識別的》視頻，讓學生通過觀看此視頻完成機器進行人臉識別的相關內容填空。

3. 準備幾個人物的照片，可以是教師、學生或者電影人物的，為學生在課堂上使用AI軟件進行實踐提供素材準備。

4. AI圖像識別軟件以及軟件使用說明。

（二）呈現(xiàn)

在呈現(xiàn)階段，如何將教師提前準備好的素材與課堂實際教學結合起來，是本階段要考慮的首要問題。為實現(xiàn)課堂教學內容的理論性、實踐性與思想性的統(tǒng)一，整節(jié)課程的新授部分呈現(xiàn)思路如下：

1. 初識人工智能

讓學生帶著“人和人工智能誰更厲害？”這一問題觀看阿爾法狗與李世石的人機圍棋大戰(zhàn)視頻。

視頻引入阿爾法狗與李世石對戰(zhàn)的場面，由視覺感官引發(fā)學生對于本節(jié)課主題的思考并通過一個關于人工智能的經(jīng)典問題促進學生頭腦風暴，讓學生主動探索。

2. 了解人工智能

了解人工智能概念。

3. 探究人工智能

第一環(huán)節(jié)：看圖識人

在這個環(huán)節(jié)中，讓學生觀看事先準備好的教師以及學生的照片。選擇學生身邊認識并熟悉的教師或同學，會讓學生更加具有參與感，也有助于激發(fā)學生興趣并積極探索。讓學生回答以下問題：

問題1：你是通過哪種方式識別出照片中的人物的？

問題2：想要通過人臉識別出一個人，需要經(jīng)歷哪些過程？

第二環(huán)節(jié)：AI識人

（1）在本環(huán)節(jié)中，讓學生以小組為單位，使用事先準備好的AI圖像識別軟件，親自動手實踐，體驗機器進行圖片識別的步驟，同時思考以下問題：

問題1：計算機進行人臉識別的過程是怎樣的呢？

問題2：人工智能人臉識別過程與我們人類進行人臉識別的過程是否相同呢？

（2）學生以小組為單位使用AI圖像識別軟件的具體過程如下：將所要識別的照片存放于軟件的人臉庫中，再打開另外一張我們想要識別的圖片，點擊對比按鈕，即可識別出我們想要識別的人的相關信息。在實際操作中，小組里的每位成員都非常積極踴躍地嘗試利用AI圖像識別軟件進行識別。匹配識別過程中出現(xiàn)問題時，小組成員之間會相互幫助。此實踐活動充分調動了學生學習的積極性與主動性，學生也體驗到了將知識應用于實踐中的快樂，并嘗試在實踐中總結理論知識。實踐活動結束后，每個小組選派一位代表回答問題。由于在此環(huán)節(jié)中，每位學生都積極參與實踐與思考，小組成員間互幫互助，學生對于問題的回答達到了預期的教學效果。

（三）聯(lián)想

所謂“聯(lián)想”，是由一件事物想到另一件事物的心理過程。由當前的事物回憶起有關的另一件事物，或由想起的一件事物又想到另外一件事物，這都是聯(lián)想。一切智力活動都離不開聯(lián)想，教學中通過聯(lián)想，可以喚起學生對舊知識的回憶，溝通新舊知識之間的聯(lián)系，促進知識的遷移與發(fā)展，使學生在思維發(fā)散過程中產(chǎn)生更多的創(chuàng)作靈感，迸發(fā)出創(chuàng)新的火花。在該環(huán)節(jié)中依舊讓學生以小組為單位，發(fā)散思維，分析如下問題：

問題1：你剛才分享的人工智能環(huán)節(jié)涉及的是人工智能的哪些領域？

問題2：你所使用的智能工具還有哪些不足？你有哪些建議和想法？（可不考慮技術限制）

（四）鞏固

完成實踐活動中的AI圖像識別后，由實踐再回歸到理論。播放視頻《機器是如何進行人臉識別的》，并給出填空題目，讓學生認真觀看視頻后作答。

（五）反思

子曰：“吾日三省吾身。”在學習過程中如果只學習不反思，往往會缺乏知識的系統(tǒng)性歸納，導致所獲取的知識較為散亂。在本環(huán)節(jié)中，教師布置如下作業(yè)：我們知道人工智能對我們生活的方方面面都產(chǎn)生了一定的影響，很大程度上給我們的生活帶來了便利。這么優(yōu)秀且能干的人工智能有沒有缺點呢？請寫一篇以“我眼中的人工智能”為題的小短文。這樣的課后作業(yè)可以讓學生積極回憶本節(jié)課中所呈現(xiàn)的人工智能的一些優(yōu)點與缺點，有意識地建構相關的知識系統(tǒng)和知識網(wǎng)絡，辯證、理性地認識人工智能。

三、課堂結構優(yōu)化

課前，筆者對《探秘人工智能》一書的內容進行了仔細研究，并根據(jù)課程知識的特點，將本節(jié)課的教學結構設計為“準備—呈現(xiàn)—聯(lián)想—鞏固—反思”。

關于聯(lián)想環(huán)節(jié)，在設計時筆者曾猶豫是否要加入這一部分。人工智能所涉及的領域非常廣泛，也是學生比較感興趣的話題。若學生“腦洞大開”，可能會提到非常多的相關知識，這樣會導致本節(jié)課的知識點過多而顯得課程內容過于雜亂。與此同時，也擔心學生的討論過于激烈而導致課堂“失控”。但是對于人工智能這種話題如果課堂上少了學生的頭腦風暴，也將失去本節(jié)課的趣味性。事實證明，在聯(lián)想部分，學生果然情緒高昂，紛紛分享自己對于人工智能的了解以及智能工具的應用體驗，課堂氣氛非?；钴S。

關于反思環(huán)節(jié)，最初的教學設計是總結環(huán)節(jié)，讓學生回憶本節(jié)課內容，總結所學知識點。而反思環(huán)節(jié)不但包含對課堂內容的總結，還包含對知識的遷移應用?！笆谌艘贼~不如授人以漁”，筆者將原教學結構中的“總結”改為“反思”，并布置小短文，讓學生通過總結課堂知識、遷移應用知識，辯證、理性地認識人工智能。

本節(jié)課為人工智能初探，是學生學習人工智能知識的第一節(jié)課，是為后續(xù)人工智能的學習做鋪墊的一節(jié)課，所以筆者要提前構思接下來的人工智能相關知識點要如何教學。而布置開放性主題的課后作業(yè)就是不錯的選擇。它可為后續(xù)的課堂教學產(chǎn)生鋪墊作用。讓學生寫一篇以“我眼中的人工智能”為題的小短文，既可以讓學生回憶本節(jié)課教學內容，復習回顧本節(jié)課的知識點，又可以讓學生自己查閱材料，總結人工智能的優(yōu)點和缺點，從而對人工智能有更加全面的認識，為后續(xù)人工智能的學習做好鋪墊。

課堂教學過程中多采用小組合作的方式進行教學。小組合作是一種有助于集思廣益的學習方式。學生在小組討論中，各抒己見，熱烈討論，在一次次的小組討論中，每個人的思想都可以得到分享，在別人提出意見或者給予贊同時，都會促進自己思想與想法的升華。

本節(jié)課是高中信息技術課堂中的第一節(jié)人工智能課程，在接下來的人工智能課程中，教師和學生還會對人工智能有持續(xù)動態(tài)化的感觸與認識。教師在教學過程中隨時調整自己的教學內容與教法，學生在學習過程中不斷地更新著對人工智能的認識。隨著時間的流逝，教師將會在今后的教學中完善高中信息技術人工智能版塊的內容，學生也將在今后的生活中親自體驗與感悟人工智能。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 沈菊峰.人工智能在信息技術教學中的實踐探索：以“單詞識別”教學設計為例［J］.中小學信息技術教育，2020（合刊1）：109-112.

［2］? 吳秀峰.人工智能賦能項目式課堂教學多元分析的實踐研究：以高中信息技術“聲光檢測”教學為例［J］.中小學信息技術教育，2022（9）：56-58.