三維聯(lián)動(dòng)人工智能教育實(shí)踐研究

摘要：本文構(gòu)建了“課程·空間·活動(dòng)”三維聯(lián)動(dòng)的人工智能教育模式，該模式以“課程”為基礎(chǔ)，以“空間”為支撐，以“活動(dòng)”為提升，通過(guò)三者的相互融合，有效提升了人工智能教育的效果。

關(guān)鍵詞：人工智能教育；三維聯(lián)動(dòng)模式；視覺識(shí)別；智能閘機(jī)；實(shí)踐研究

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）14-0104-03

為了培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)社會(huì)需求的創(chuàng)新型人才，越來(lái)越多的學(xué)校開始將人工智能納入課程體系，并開始探索有效的實(shí)施模式。而如何有效地整合課程資源、構(gòu)建學(xué)習(xí)空間、設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)，以形成系統(tǒng)、高效的人工智能教育體系，是當(dāng)前教育領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。[1]在此背景下，“三維聯(lián)動(dòng)模式”應(yīng)運(yùn)而生，該模式強(qiáng)調(diào)課程、空間與活動(dòng)的有機(jī)結(jié)合。下面，筆者以“基于視覺識(shí)別的智能閘機(jī)”項(xiàng)目為例，深入探討基于三維聯(lián)動(dòng)模式的人工智能教育實(shí)踐。

人工智能教育三維聯(lián)動(dòng)模式的確立實(shí)施

筆者經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，“課程”“空間”“活動(dòng)”三要素在人工智能教育中發(fā)揮著重要的作用。

課程：在人工智能教育中，課程是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新力的基礎(chǔ)。人工智能課程不僅要重視大班教學(xué)的普及課程，還要關(guān)注社團(tuán)、校隊(duì)的課程，為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

空間：學(xué)習(xí)空間是支撐師生開展教學(xué)活動(dòng)的重要場(chǎng)所。在人工智能教育中，學(xué)習(xí)空間應(yīng)包括物理空間和虛擬空間。[2]物理空間應(yīng)配備相關(guān)的人工智能教具和器材，如開源硬件等；虛擬空間則應(yīng)提供豐富的數(shù)字資源和學(xué)習(xí)平臺(tái)。

活動(dòng)：活動(dòng)是激活學(xué)生創(chuàng)新力的關(guān)鍵。在人工智能教育中，活動(dòng)不應(yīng)局限于課堂活動(dòng)，還應(yīng)包括與人工智能教育相關(guān)的競(jìng)賽活動(dòng)、科創(chuàng)節(jié)活動(dòng)與體驗(yàn)式活動(dòng)等。

經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)分析、案例研究和實(shí)證研究等，筆者確立了“課程·空間·活動(dòng)”三維聯(lián)動(dòng)的人工智能教育實(shí)施模式（如下頁(yè)圖1）。具體為：根據(jù)人工智能課程的教學(xué)目標(biāo)、課程內(nèi)容設(shè)計(jì)合理的學(xué)習(xí)空間，同時(shí)，空間的建設(shè)為人工智能課程的進(jìn)一步優(yōu)化提供了更大的可能性。人工智能教育的活動(dòng)則是貫穿于課程和空間的主要內(nèi)容。人工智能課程的相關(guān)知識(shí)需要以項(xiàng)目活動(dòng)為載體，而空間則是活動(dòng)開展的物理支撐和保障。形成“課程+空間+活動(dòng)”全面融合的人工智能人才培養(yǎng)模式，能夠達(dá)到以學(xué)促教、以教促建、以學(xué)促建的良好教學(xué)生態(tài)。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

1.基于三維聯(lián)動(dòng)模式的項(xiàng)目框架設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)：本項(xiàng)目采用大概念、大單元、大項(xiàng)目和學(xué)歷案的教學(xué)方式，將人工智能知識(shí)與實(shí)際生活場(chǎng)景相結(jié)合，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。同時(shí)，注重跨學(xué)科融合，將數(shù)學(xué)、物理、生物等多學(xué)科知識(shí)融入課程中，拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。

空間構(gòu)建：本項(xiàng)目通過(guò)引入信息化工具，如點(diǎn)名系統(tǒng)、評(píng)價(jià)系統(tǒng)、直播投屏系統(tǒng)等，改善師生互動(dòng)效果，提升學(xué)生參與度。同時(shí)，采用圓桌排列的方式提高小組內(nèi)的交流效果，營(yíng)造積極向上的學(xué)習(xí)氛圍。

活動(dòng)實(shí)施：本項(xiàng)目通過(guò)小組合作、自主探究等多樣化的學(xué)習(xí)方式培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，關(guān)注過(guò)程評(píng)價(jià)和能力培養(yǎng)，指向深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)理念。

項(xiàng)目模型分別為環(huán)境支撐層、教學(xué)準(zhǔn)備層、活動(dòng)設(shè)計(jì)層和目標(biāo)導(dǎo)向?qū)樱鐖D2所示?；顒?dòng)設(shè)計(jì)層是模型的關(guān)鍵部分，是師生共同體在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下面向教學(xué)目標(biāo)的活動(dòng)，本項(xiàng)目采用了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、“做中學(xué)”學(xué)習(xí)模式、小組合作學(xué)習(xí)、支架式學(xué)習(xí)。首先，以學(xué)生熟悉的“校門口的出入閘機(jī)檢查”這一真實(shí)場(chǎng)景引出本項(xiàng)目課題，讓學(xué)生探究并嘗試解決生活中的真實(shí)問(wèn)題。其次，學(xué)生進(jìn)行自主探究，理解“訓(xùn)練模型”的概念，教師提供學(xué)習(xí)支架。再次，學(xué)生以小組合作的形式完成素材采集及模型訓(xùn)練。最后，學(xué)生運(yùn)用數(shù)字化工具進(jìn)行創(chuàng)意的展示和分享。[3]

2.以學(xué)生為中心的活動(dòng)設(shè)計(jì)

在人工智能教育的“課程·空間·活動(dòng)”三維聯(lián)動(dòng)模式中，活動(dòng)作為一個(gè)重要維度，在提升學(xué)習(xí)效率、促進(jìn)學(xué)生參與、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、培養(yǎng)實(shí)踐能力等方面都有著重要的作用。本項(xiàng)目以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)、支架學(xué)習(xí)和“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)模式進(jìn)行活動(dòng)設(shè)計(jì)。如下頁(yè)圖3所示。

（1）創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題

播放值日教師在校門口反復(fù)檢查學(xué)生有沒有佩戴口罩的視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考能否在簡(jiǎn)單閘機(jī)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“閘機(jī)檢查學(xué)生是否佩戴口罩”，讓“口罩檢查”實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，明確關(guān)鍵問(wèn)題，確定本項(xiàng)目研究的主題：基于視覺識(shí)別的智能閘機(jī)—口罩識(shí)別。

（2）自主探究，分析問(wèn)題

在確定項(xiàng)目研究主題之后，引導(dǎo)學(xué)生思考教師在校門口檢查學(xué)生是否佩戴口罩的過(guò)程中，是怎樣利用眼睛、大腦、嘴巴協(xié)調(diào)完成這一任務(wù)的，從而類比到機(jī)器應(yīng)該采用哪三個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)識(shí)別判斷。在這一環(huán)節(jié)中，教師提供學(xué)習(xí)支架，在Moddle平臺(tái)上提供“訓(xùn)練模型”的微課，讓有需要的學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

（3）合作探究，解決問(wèn)題

學(xué)生以小組合作的形式完成素材采集及模型訓(xùn)練。學(xué)生將采集的圖片根據(jù)戴口罩和不戴口罩進(jìn)行分類并將分類好的照片導(dǎo)入，接著，進(jìn)行模型測(cè)試，以驗(yàn)證模型的有效性。學(xué)生借助程序流程圖，正確理解分支結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)識(shí)別到戴口罩的時(shí)候做出合適的反應(yīng)，并適當(dāng)增加樣本的復(fù)雜性以實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景的識(shí)別，培養(yǎng)邏輯思維能力和計(jì)算思維。

（4）展示作品，分享評(píng)價(jià)

學(xué)生在完成口罩識(shí)別閘機(jī)的設(shè)計(jì)后，進(jìn)行作品展示，師生對(duì)遇到的困難或難點(diǎn)進(jìn)行討論分析，幫助學(xué)生進(jìn)一步完善作品。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生能從程序編寫、語(yǔ)言表達(dá)、作品分享等方面綜合評(píng)價(jià)各小組的展示，提升運(yùn)用數(shù)字化資源實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意表達(dá)的能力。

（5）歸納總結(jié)，拓展延伸

教師采用知識(shí)搶答的方式，鞏固本節(jié)課的重難點(diǎn)，并對(duì)本節(jié)課進(jìn)行總結(jié)，接著拋出問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考：“怎樣才能讓閘機(jī)識(shí)別到具體是哪些同學(xué)沒戴口罩呢？”“閘機(jī)如何才能實(shí)現(xiàn)體溫自動(dòng)測(cè)量？”通過(guò)這一系列問(wèn)題讓學(xué)生舉一反三，遷移應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，在主題的延伸中繼續(xù)深入思考和探索，從而培養(yǎng)科學(xué)探究精神。[4]

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐研究表明，三維聯(lián)動(dòng)模式將課程、空間和活動(dòng)三個(gè)維度有機(jī)結(jié)合起來(lái)，有助于打破傳統(tǒng)教育的界限，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。對(duì)“基于視覺識(shí)別的智能閘機(jī)”項(xiàng)目的實(shí)踐分析表明，基于三維聯(lián)動(dòng)模式的人工智能教育實(shí)踐在強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)成果、改善教師教學(xué)效果以及促進(jìn)教育創(chuàng)新等方面具有顯著效果。這種效果不僅體現(xiàn)在學(xué)生的知識(shí)掌握上，還體現(xiàn)在他們的思維能力、情感態(tài)度以及價(jià)值觀念等多方面。未來(lái)，筆者將繼續(xù)深入研究三維聯(lián)動(dòng)模式在不同類型的人工智能教育項(xiàng)目中的應(yīng)用和推廣策略，以期為一線教師提供更全面有效的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁中果.新技術(shù)下中小學(xué)人工智能教育的現(xiàn)狀[J].中國(guó)科技教育，2023（04）：23-25.

[2]陳明陽(yáng)，陽(yáng)亞平，陳明，等.智慧教育視域下混合式學(xué)習(xí)空間的構(gòu)建與實(shí)踐研究[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育：綜合版，2019（11）：79-85.

[3]范仁俊.淺談“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”素養(yǎng)的培育[J].教育研究與評(píng)論：中學(xué)教育教學(xué)版，2019（07）：78-82.

[4]李俊.三維聯(lián)動(dòng)人工智能教育[M].長(zhǎng)春：東北師范大學(xué)出版社，2022：124-126.