深度學(xué)習(xí)理念下的初中信息科技單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)探索

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）中，以數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息案例、人工智能作為邏輯主線，設(shè)計(jì)了義務(wù)教育全學(xué)段的九大內(nèi)容模塊，其中第四學(xué)段（7～9年級）設(shè)置了“人工智能與智慧社會”內(nèi)容模塊，其目標(biāo)在于幫助學(xué)生了解人工智能技術(shù)的特征、優(yōu)勢和具體邊界，掌握人工智能和現(xiàn)代社會發(fā)展之間存在的聯(lián)系，并進(jìn)一步探索人工智能技術(shù)使用過程中需要遵循的倫理道德。

面對人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新模塊、新內(nèi)容，教師傳統(tǒng)的蜻蜓點(diǎn)水般地教，學(xué)生淺嘗輒止地學(xué)，已經(jīng)難以發(fā)展學(xué)生的信息科技核心素養(yǎng)、提升學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力。因此，我們嘗試基于深度學(xué)習(xí)理論，選擇有溫度的單元主題情境，確定有效度的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)有深度的單元學(xué)習(xí)活動，實(shí)施有信度的持續(xù)性評價(jià)，以富有挑戰(zhàn)性的問題激活學(xué)生的深層學(xué)習(xí)動機(jī)，進(jìn)而圍繞問題展開切身體驗(yàn)的高階思維，逐漸達(dá)成深度理解和實(shí)踐創(chuàng)生，完成對學(xué)習(xí)內(nèi)容的自我建構(gòu)，積極參與創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，形成對學(xué)生產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的深度學(xué)習(xí)樣態(tài)。

如何將深度學(xué)習(xí)的理念落實(shí)到“人工智能與智慧社會”模塊教學(xué)，更好地通過深度學(xué)習(xí)提升學(xué)生核心素養(yǎng)，筆者嘗試在單元教學(xué)理念引領(lǐng)下，通過“主題有溫度、目標(biāo)有深度、內(nèi)容有熱度、評價(jià)有梯度”設(shè)計(jì)路徑，讓課堂富有生命力，觸及學(xué)生心靈，引領(lǐng)學(xué)生走向深度學(xué)習(xí)。

一、主題有溫度：創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，驅(qū)動沉浸探究

單元學(xué)習(xí)主題的確定，既要源于情境，展于學(xué)生，又要以真動情，在境中學(xué)，以真實(shí)的學(xué)習(xí)主題和活動情境，與學(xué)生創(chuàng)造共鳴沉浸的體驗(yàn)空間。當(dāng)前的信息科技教學(xué)，尤其是“人工智能與智慧社會”模塊，缺乏體系化、結(jié)構(gòu)化的教學(xué)內(nèi)容，處在新課標(biāo)、舊教材的過渡時(shí)期。面對這種困局，以及新課標(biāo)中“創(chuàng)新教學(xué)方式，以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過程、計(jì)算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識，提升問題解決能力”的要求，我們在人工智能單元主題的確定上，進(jìn)行了勇敢的探索和實(shí)踐。

學(xué)生在小學(xué)五年級第二學(xué)期學(xué)習(xí)了圖形化編程軟件Scraino，在初一、初二年級又進(jìn)一步學(xué)習(xí)Python的基本語法結(jié)構(gòu)和常見算法，基于這種學(xué)情基礎(chǔ)，我們在教學(xué)中引入Mind+軟件，因?yàn)檫@款軟件在編程界面和語句模塊部分與學(xué)生熟悉的Scraino軟件高度相似，同時(shí)又集成了Python編程環(huán)境，并且能夠支持各種主流開源硬件，學(xué)生通過拖動圖形化積木輕松編程實(shí)現(xiàn)硬件連接，從而有效支持人工智能和物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)。我們使用上海智位科技DFRobot的行空板以及系列傳感器、執(zhí)行器搭建數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺，以Mind+為教學(xué)環(huán)境，根據(jù)學(xué)生經(jīng)常接觸的喜聞樂見的生活與學(xué)習(xí)情境，甄選12個探索項(xiàng)目，開發(fā)了“智能物聯(lián)”系列單元實(shí)驗(yàn)課程（見圖1），力求將人工智能模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊的內(nèi)容進(jìn)行有溫度的主題化深度融合，全面提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

二、目標(biāo)有深度：加強(qiáng)問題導(dǎo)向，落實(shí)核心素養(yǎng)

學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)計(jì)應(yīng)“大處著眼，小處入手”，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為根本理念。而教學(xué)目標(biāo)的真正落地，需要學(xué)生全身心地投入探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)科高階思維。“好的教學(xué)必須能喚起兒童的思維”?！皢栴}”就是點(diǎn)燃思維的火花，是課堂活動之旅的“向?qū)А?，學(xué)生在問題的引導(dǎo)下入情入境，在與問題的互動中建構(gòu)思考，在解決問題的過程中達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。因此，扣人心弦的教學(xué)活動需要有深度的問題來體現(xiàn)，這里的“深度”并不意味著提升問題難度，而是通過橫向問題集和縱向問題鏈構(gòu)成問題系統(tǒng)來促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

圍繞“人工智能設(shè)計(jì)策略”核心問題，針對“規(guī)則設(shè)計(jì)”“監(jiān)督學(xué)習(xí)”和“非監(jiān)督學(xué)習(xí)”三種策略，我們分別設(shè)計(jì)了三類橫向維度問題集——“機(jī)器人為什么可以和我對話，有些回答為什么是一樣的”“人工智能是如何進(jìn)行預(yù)測和分類的，識別的策略是什么”“機(jī)器對于未知的數(shù)據(jù)是如何學(xué)習(xí)的”。對于第二個問題還縱向設(shè)置了有層次、有延伸的問題鏈，用于突破重難點(diǎn)，如“機(jī)器為什么可以進(jìn)行圖像識別”“圖像識別的設(shè)計(jì)策略是什么”等?？v橫編織的問題網(wǎng)能夠體現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生厘清知識體系的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，有助于發(fā)揮問題系統(tǒng)的整體作用，促進(jìn)學(xué)生深度理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，靈活運(yùn)用知識技術(shù)，形成情感、態(tài)度、價(jià)值觀等。

三、內(nèi)容有熱度：緊跟科技發(fā)展，內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)

信息科技教學(xué)要從實(shí)踐應(yīng)用出發(fā)，注重幫助學(xué)生理解基本概念和基本原理，提升學(xué)生的知識遷移能力和學(xué)科思維水平，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。人工智能與智慧社會模塊，要求學(xué)生能識別身邊人工智能應(yīng)用，理解人工智能與現(xiàn)實(shí)社會的聯(lián)系，能列舉人工智能的主要術(shù)語，知道常見的人工智能實(shí)現(xiàn)方式等。在信息科技飛速發(fā)展的今天，尤其是“文心一言”“訊飛星火”等生成式人工智能不斷迭代更新，對教育教學(xué)、生產(chǎn)生活都產(chǎn)生了巨大的影響，這要求我們及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，跟上時(shí)代發(fā)展的腳步。

比如學(xué)生在小學(xué)四年級學(xué)習(xí)過用Windows畫圖程序繪制圖片，在初一又學(xué)習(xí)用Photoshop處理圖片。但這些教學(xué)內(nèi)容都比較單調(diào)乏味，加之課時(shí)有限，難以掌握其中的精髓和技巧，導(dǎo)致很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏興趣，探究積極性較差。針對這一問題，教師將“文心一言”“訊飛星火”等生成式人工智能引入課堂，讓學(xué)生感悟AI繪畫和電腦軟件繪圖的聯(lián)系與差異。在課堂創(chuàng)建的初期階段，教師可以通過微課短視頻的運(yùn)用，為學(xué)生播放展示一段AI擴(kuò)圖功能和人臉特效AI濾鏡的視頻，隨后會對學(xué)生進(jìn)行詢問，明確學(xué)生是否也在現(xiàn)實(shí)生活中利用過這樣的功能，會形成對該技術(shù)的初步認(rèn)知。隨后，教師和學(xué)生共同經(jīng)歷與生成式人工智能進(jìn)行人機(jī)對話的過程，之后交流分享對話內(nèi)容和生成的結(jié)果，共同分析生成式人工智能的基本原理，體驗(yàn)“用人工智能解決問題與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序解決問題”的差異，感受人工智能的巨大魅力，理解人工智能應(yīng)該遵循的倫理道德，認(rèn)識智慧社會形態(tài)下的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。

四、評價(jià)有梯度：緊扣單元目標(biāo)，難度螺旋式上升

學(xué)習(xí)評價(jià)能夠客觀反映學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況，引領(lǐng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方向，對課堂教學(xué)具有重要的指導(dǎo)作用。單元教學(xué)中每個課時(shí)都有獨(dú)立的學(xué)習(xí)評價(jià)，雖然評價(jià)目標(biāo)、評價(jià)手段存在差異，但都以單元學(xué)習(xí)目標(biāo)為導(dǎo)向和主線，開展持續(xù)性評價(jià)。各個課時(shí)活動、評價(jià)之間有縝密關(guān)聯(lián)的邏輯關(guān)系、層次遞進(jìn)的承接關(guān)系，這種緊扣目標(biāo)主線、難度螺旋式上升的教學(xué)評價(jià)體系，是發(fā)展學(xué)生高階思維和關(guān)鍵能力的重要導(dǎo)向和評判標(biāo)準(zhǔn)。

比如在“感受人工智能魅力”這一項(xiàng)目中，我們以人工智能發(fā)展歷史為主線，設(shè)置了三種類型的學(xué)習(xí)活動，并對應(yīng)設(shè)計(jì)出三種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在觀察體驗(yàn)與聊天機(jī)器人互動交流的活動中，要求學(xué)生通過“激發(fā)興趣—發(fā)現(xiàn)問題—尋找答案”的過程，了解早期人工智能設(shè)計(jì)策略以及規(guī)則設(shè)計(jì)；在體驗(yàn)人工智能圖像識別的活動中，要求學(xué)生通過“提出猜想—探索規(guī)律—驗(yàn)證猜想”的流程，總結(jié)出機(jī)器訓(xùn)練學(xué)習(xí)方法，掌握監(jiān)督學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的基本策略；在運(yùn)行數(shù)據(jù)分類程序過程中，要求學(xué)生利用“提出問題—梳理流程—理解本質(zhì)”的方式，追尋算法原理和流程，了解非監(jiān)督學(xué)習(xí)的概念。三個不同階段的活動設(shè)計(jì)，在提升學(xué)生計(jì)算思維方面也采用循序漸進(jìn)、由淺入深的方式，按照“圖形化編程—代碼編程—算法流程設(shè)計(jì)”的模型開展序列化進(jìn)梯式學(xué)習(xí)，一步步揭開人工智能發(fā)展的神秘面紗，引領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略科技奧秘，共筑創(chuàng)新夢想。

將深度學(xué)習(xí)理念下的單元教學(xué)引入信息科技學(xué)科，要求我們以任務(wù)和問題解決為依托組織教學(xué)內(nèi)容，以學(xué)生為主體開展教學(xué)活動，不斷優(yōu)化單元內(nèi)容結(jié)構(gòu)和教學(xué)計(jì)劃，切實(shí)提高學(xué)科教學(xué)素養(yǎng)，給學(xué)生提供更多深度學(xué)習(xí)的機(jī)會，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心能力的成長。

（作者單位：山東省威海市文登區(qū)侯家中學(xué)）