初中人工智能教育教學(xué)中學(xué)科核心素養(yǎng)滲透策略初探

摘 要：隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能已經(jīng)成為初中信息科技學(xué)科教材的重要教學(xué)內(nèi)容，教師如何將學(xué)科核心素養(yǎng)滲透人工智能日常教學(xué)中也成為一個突出問題。筆者通過對初中人工智能課堂教學(xué)現(xiàn)狀的分析和深入研究，結(jié)合人工智能課堂教學(xué)實踐中開展的“1+3+4”課堂教學(xué)模式實證研究，筆者提出了“1+3+4”課堂教學(xué)模式，即構(gòu)建一個教學(xué)主題、三大教學(xué)環(huán)節(jié)（教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)、課堂活動設(shè)計、課堂評價改革）、四大教學(xué)策略（教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)方法創(chuàng)新、教學(xué)資源整合、教學(xué)評價改革）。根據(jù)該教學(xué)模式，在人工智能教學(xué)中利用網(wǎng)絡(luò)資源、多媒體教學(xué)等手段，采用任務(wù)驅(qū)動、項目式學(xué)習(xí)、小組合作探究學(xué)習(xí)等教學(xué)方法，突破信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透問題，有效提高初中人工智能課堂教學(xué)質(zhì)量，以期為初中信息科技教師開展人工智能課堂教學(xué)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：初中人工智能；教育教學(xué)；學(xué)科核心素養(yǎng)；滲透策略

中圖分類號：G622.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8918（2024）45-0005-04

2017年7月8日，國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，強調(diào)推廣新一輪人工智能科學(xué)技術(shù)的必要性與重大意義，故在中小學(xué)信息科技教育教學(xué)中備受關(guān)注。人工智能教育要從中小學(xué)生抓起，讓學(xué)生掌握基本的人工智能技術(shù)，對學(xué)生將來的學(xué)習(xí)生活和國家發(fā)展具有重要的意義。初中階段是學(xué)生人工智能核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵時期，在初中進(jìn)行人工智能教育，對培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展、促進(jìn)未來人工智能人才至關(guān)重要。

2019年12月，甘肅省教育廳廳長破冰項目——人工智能落地筆者所在學(xué)校，建設(shè)了一間專門的人工智能教學(xué)實驗室，實驗室設(shè)置良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提供有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)接入點；具備人工智能專屬實驗室座椅，符合分組討論和自由組合的需求；配備教學(xué)一體機以及人工智能專用教學(xué)裝備，包含人工智能教學(xué)資源包、學(xué)生機器人16套、人工智能開源硬件16套、AI超算服務(wù)器1套、助教機器人2套等。為人工智能課堂教學(xué)的開展提供了必需的硬件環(huán)境和條件；同時提供有中央電教館“人工智能課程教學(xué)”軟件資源和學(xué)生學(xué)習(xí)的實驗平臺。項目實施以來，筆者一直擔(dān)任人工智能實驗室教學(xué)工作，近兩年來針對初中人工智能教育教學(xué)中學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透問題進(jìn)行了深入的探索和研究。研究過程主要通過問卷調(diào)查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、教學(xué)案例分析等方法，創(chuàng)新了“1+3+4”課堂教學(xué)模式，在研究和實踐期間取得了一些心得、經(jīng)驗和成果，旨在為一線從事人工智能教學(xué)的同仁提供參考和借鑒。

一、 人工智能教育現(xiàn)狀

目前我國各地中小學(xué)生正在接受人工智能的普及教育，取得了一些成就，但仍然存在諸多問題和挑戰(zhàn)。除了社會對此領(lǐng)域的重視度不夠，學(xué)校對此領(lǐng)域的投入有限因素，關(guān)鍵的問題是學(xué)校人工智能課程教學(xué)質(zhì)量的制約。初中人工智能課堂教學(xué)方面主要存在以下幾個問題：一是教學(xué)內(nèi)容過于理論化，課堂教學(xué)缺乏實踐性和趣味性；二是教學(xué)模式和方法相對單一，課堂教學(xué)缺乏創(chuàng)新性；三是教學(xué)資源利用不充分、信息化程度偏低、多媒體教學(xué)資源無法很好服務(wù)于人工智能課堂教學(xué)；四是學(xué)校缺乏專業(yè)的人工智能教師，教師專業(yè)素養(yǎng)與人工智能課堂教學(xué)需要還存在一定差距。這些問題影響人工智能教育教學(xué)質(zhì)量的提高，導(dǎo)致學(xué)生在人工智能課堂上難以充分發(fā)揮主體作用，影響學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

二、 人工智能課堂教學(xué)中學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透策略

人工智能教育對信息科技教師來說，是一個新領(lǐng)域、新挑戰(zhàn)，作為信息科技教師要緊跟時代發(fā)展、運用新技術(shù)成果、貼近學(xué)生實際生活，運用現(xiàn)代化的教學(xué)策略，建構(gòu)并實施學(xué)生充分參與、生動有效的課堂教學(xué)模式。調(diào)動學(xué)生運用所學(xué)知識去調(diào)查、研究、分析并解決實際問題，使人工智能教學(xué)符合學(xué)生的發(fā)展需求，落實好學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)任務(wù)。

筆者對人工智能授課年級（七年級）學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，針對問卷中反饋出的人工智能素養(yǎng)基礎(chǔ)情況（如圖1），從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)資源和教學(xué)評價等四個方面展開課堂教學(xué)模式的探索。

筆者在人工智能課堂教學(xué)研究中積極探索以“項目”為任務(wù)驅(qū)動，以情境創(chuàng)設(shè)、新知建構(gòu)、編程實踐、課堂評價為線索，構(gòu)建“1+3+4”的課堂教學(xué)模式?！?”代表一個主題項目，“3”代表三大教學(xué)環(huán)節(jié)：①教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)；②課堂活動設(shè)計；③課堂評價改革?！?”代表四大教學(xué)策略：①教學(xué)內(nèi)容設(shè)計；②教學(xué)方法創(chuàng)新；③教學(xué)資源整合；④教學(xué)評價改革?；诖私虒W(xué)模式模型，筆者在近兩年的課堂教學(xué)實踐摸索中，認(rèn)真踐行“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念，通過情境化的小組協(xié)作學(xué)習(xí)，模擬生活中的真實場景，讓學(xué)生真切感受到問題的真實性，有效引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生“現(xiàn)實”學(xué)習(xí)的興趣和積極性。經(jīng)過教學(xué)實踐研究，課堂教學(xué)效果明顯，學(xué)生的人工智能知識技能和學(xué)科核心素養(yǎng)得到了明顯提升。

（一）“1”個主題項目的確定

人工智能課堂教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)主題的項目引領(lǐng)，是吸引學(xué)生參與深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。首先要根據(jù)學(xué)生的年齡和認(rèn)知特點，制訂科學(xué)、可達(dá)的教學(xué)目標(biāo)，然后根據(jù)教學(xué)目標(biāo)選擇合適七年級學(xué)生探究學(xué)習(xí)的主題項目。確定主題項目時，可以考慮以下幾個因素。

1. 實踐性

選擇具有實踐性的項目，讓學(xué)生通過動手編程操作和實驗來加深對人工智能技術(shù)原理的理解和掌握。例如，可以讓學(xué)生設(shè)計一個簡單的聊天機器人、圖像識別系統(tǒng)等。

2. 協(xié)作性

組織學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊合作，共同完成一個主題項目。這不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，還可以使其在交流和討論中互相學(xué)習(xí)。

3. 創(chuàng)新性

鼓勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，設(shè)計新穎有趣的項目。例如，可以讓學(xué)生嘗試使用人工智能技術(shù)來解決生活中的實際問題，設(shè)計智能家居控制系統(tǒng)、智能垃圾桶等。

4. 學(xué)科融合性

將人工智能與其他學(xué)科（如生物、數(shù)學(xué)、地理等）結(jié)合，設(shè)計多學(xué)科融合的項目主題。例如，“血常規(guī)化驗單智能診斷系統(tǒng)”的設(shè)計和開發(fā)項目是將人工智能技術(shù)和生物學(xué)科知識進(jìn)行融合，利用生物學(xué)科中血常規(guī)知識和人工智能中計算機視覺技術(shù)和智能語音技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生小組協(xié)作設(shè)計一款讓小飛機器人準(zhǔn)確識別“血常規(guī)”化驗單的智能系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生在解決實際問題的過程中學(xué)習(xí)和掌握人工智能技術(shù)，幫助學(xué)生建立全面的多學(xué)科知識體系。

通過主題項目的確定和實踐探究，學(xué)生可以更好地理解和應(yīng)用人工智能技術(shù)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力。同時，教師可以及時關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和反饋，適時調(diào)整主題項目的內(nèi)容和難度，確保良好的教學(xué)效果。

（二）“3”個教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計

1. 教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)

在初中人工智能課堂教學(xué)中，教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)非常重要，可以激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效率。課堂教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)可以圍繞以下幾個方面進(jìn)行。

（1）生活化情境：將人工智能技術(shù)與學(xué)生的日常生活結(jié)合，設(shè)計貼近生活實際的情境。例如，在課例“血常規(guī)化驗單智能診斷系統(tǒng)”的設(shè)計和開發(fā)中，通過展示醫(yī)院門診排隊就診的圖片，激發(fā)學(xué)生思考如何利用人工智能技術(shù)和生物學(xué)科知識來解決醫(yī)院后疫情時代就診壓力大的問題。這樣的教學(xué)情境可以讓學(xué)生直觀地理解人工智能技術(shù)的應(yīng)用價值，增強他們的學(xué)習(xí)動力。

（2）問題導(dǎo)向情境：設(shè)計具有挑戰(zhàn)性和趣味性的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考和探索。例如，可以提出一些與人工智能相關(guān)的問題，如“如何讓機器人和學(xué)生進(jìn)行猜謎游戲”“如何讓機器人自動識別圖像中的水果”等，這些問題可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，促使其主動學(xué)習(xí)和探索。

通過多樣化的教學(xué)情境設(shè)計，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。同時，為培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)打好基礎(chǔ)。

2. 課堂活動設(shè)計

在初中人工智能教育教學(xué)中，課堂活動的設(shè)計主要圍繞以下幾點進(jìn)行。

（1）學(xué)科融合：人工智能是一個跨學(xué)科的領(lǐng)域，涉及計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)等多個學(xué)科。因此，在設(shè)計課堂活動時，應(yīng)考慮將相關(guān)學(xué)科的知識融入其中，幫助學(xué)生建立學(xué)科融合的知識體系。

（2）實踐性：人工智能技術(shù)具有較強的實踐性，因此，課堂活動應(yīng)注重實踐操作，讓學(xué)生通過動手實踐來加深對人工智能技術(shù)原理的理解和掌握。

（3）創(chuàng)新性：課堂活動中可以設(shè)置開放性的問題或挑戰(zhàn)任務(wù)，讓學(xué)生在解決問題的過程中發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。例如，在“血常規(guī)化2638357bfabf97b6c7f81b3ba3d2baea驗單智能診斷系統(tǒng)”的設(shè)計和開發(fā)中，依據(jù)循序漸進(jìn)原則設(shè)計了三個不同難度的課堂編程活動，讓學(xué)生親身體驗技術(shù)原理的應(yīng)用過程和學(xué)科融合的學(xué)習(xí)。

3. 課堂評價改革

在初中人工智能教育教學(xué)中，課堂評價是一個重要的環(huán)節(jié)，可以幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整教學(xué)策略，提高教學(xué)效果。課堂評價策略包括自我評價、學(xué)生互評與教師評價，通過觀察學(xué)生的行為和交流，可以了解他們對知識的理解和掌握程度，以及在團(tuán)隊中的貢獻(xiàn)和協(xié)作能力。自我評價與學(xué)生互評是讓學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)自評和組間互評，反思自己的學(xué)習(xí)過程和成果，培養(yǎng)學(xué)生的自我反思能力和批判性思維能力，同時也可以增強自信心和責(zé)任感。

在課堂評價中，還需要注意以下幾點：（1）及時反饋：評價結(jié)果應(yīng)及時反饋給學(xué)生，讓他們知道自己的優(yōu)點和不足之處。激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動力和積極性，促使他們主動改進(jìn)和提高。（2）積極肯定：在評價過程中，要注重發(fā)現(xiàn)學(xué)生的閃光點和優(yōu)點，給予積極的肯定和鼓勵。增強他們的自信心和成就感，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情。（3）公平公正：評價過程要客觀公正，避免因主觀因素而影響評價結(jié)果。要確保每個學(xué)生都有公平的機會展示自己的能力和成果，得到公正的評價和認(rèn)可。

初中人工智能教育教學(xué)中通過多種評價方式結(jié)合，可以全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，為他們提供有針對性的指導(dǎo)和支持，提高教學(xué)效果和質(zhì)量。

（三）“4”種教學(xué)策略的滲透

1. 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

結(jié)合問卷調(diào)查結(jié)果和學(xué)生的年齡認(rèn)知特點，筆者專門針對人工智能實驗室的硬件環(huán)境和軟件資源、根據(jù)學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)中的實際需求，把學(xué)生的真實問題設(shè)計成任務(wù)驅(qū)動的項目學(xué)習(xí)內(nèi)容、滲透到“央館人工智能課程資源”和“暢言智AI實驗編程平臺”資源中，形成適合筆者所在學(xué)校學(xué)生學(xué)情的富有趣味性和挑戰(zhàn)性的教學(xué)內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生用人工智能技術(shù)原理和數(shù)字化工具積極參與實踐活動，有效提高課堂教學(xué)效果。例如，在初中版人工智能教材第四章和第五章“計算機視覺技術(shù)和智能語音技術(shù)的應(yīng)用——血常規(guī)化驗單智能診斷系統(tǒng)的開發(fā)”課例中，筆者在設(shè)計本課的教學(xué)內(nèi)容時，結(jié)合“后疫情時代”就診壓力大、看病難的現(xiàn)狀，將人工智能技術(shù)和生物學(xué)科知識進(jìn)行融合設(shè)計課堂探究學(xué)習(xí)項目內(nèi)容；達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科融合的創(chuàng)新編程思維、實現(xiàn)了小飛機器人診斷血常規(guī)化驗單的教學(xué)目標(biāo)，提高了學(xué)生利用人工智能技術(shù)解決生活實際問題的能力。

2. 教學(xué)方法創(chuàng)新

筆者把授課年級學(xué)生設(shè)置成兩組，分為實驗組（4個實驗班）和對照組（4個對照班），分別對各類學(xué)生進(jìn)行了課堂教學(xué)方法的問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明，學(xué)生期望課堂學(xué)習(xí)中在教師的引導(dǎo)下和其他同學(xué)一起合作、探究學(xué)習(xí)。

針對調(diào)查情況，結(jié)合學(xué)生生活實際設(shè)計符合學(xué)生認(rèn)知特點的主題項目任務(wù)，通過創(chuàng)新教學(xué)方法，幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)并熟練使用人工智能技術(shù)和原理，增強學(xué)生自主、合作、探究的學(xué)習(xí)意識，提高學(xué)生獨立思考、自主解決問題的能力。筆者在人工智能實驗室的教學(xué)實踐中，采用以項目驅(qū)動為主線，以情境創(chuàng)設(shè)、小組協(xié)作、評價交流為教法，形成了人工智能實驗室創(chuàng)新的課堂教學(xué)模式；讓學(xué)生在人工智能課堂學(xué)習(xí)中感受到小組協(xié)作學(xué)習(xí)的快樂和學(xué)習(xí)收獲的成就感，不斷提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

3. 教學(xué)資源整合

結(jié)合人工智能實驗室教學(xué)實踐的深化、學(xué)生的認(rèn)知、人工智能學(xué)習(xí)水平提升和創(chuàng)新思維的發(fā)展，筆者感覺中央電教館人工智能課程資源和學(xué)生的實際學(xué)習(xí)生活有一定的差距，教師需要結(jié)合實際學(xué)情對教學(xué)資源進(jìn)行整合和創(chuàng)新。形成適合學(xué)生學(xué)情和現(xiàn)行人工智能實驗室的校本教育教學(xué)資源，增強學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的針對性和有效性。

例如，在初中版人工智能教材第四章計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用“智能貨品分揀系統(tǒng)”一課的教學(xué)中，筆者根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，對教材內(nèi)容和中央電教館人工智能課程資源精心提煉與整合。針對學(xué)生在課堂中可能出現(xiàn)的知識盲點和操作困難，設(shè)計了操作流程圖、課堂學(xué)習(xí)單和微課導(dǎo)學(xué)視頻，課前準(zhǔn)備了豐富的貨品圖片，形成學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的項目資源包。微課導(dǎo)學(xué)視頻資源幫助學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生突破課堂中生成的學(xué)習(xí)難點，讓整合的教學(xué)資源在課堂教學(xué)中發(fā)揮出最大的效用。

4. 教學(xué)評價改革

教學(xué)評價對學(xué)生不僅有學(xué)習(xí)效果的反饋評價，還有行為和學(xué)習(xí)方向的引領(lǐng)作用。筆者在研究過程中設(shè)計了人工智能課堂教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)和策略（見表1和表2）。

在課堂中采用多樣化的評價策略，結(jié)合終結(jié)性評價，以過程性評價為主，幫助教師隨時了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的情況，并為學(xué)生提供更好的指導(dǎo)；同時跟蹤學(xué)生的實時學(xué)習(xí)過程和發(fā)展變化，提高課堂評價的針對性和有效性。在課堂學(xué)習(xí)中，綜合運用自評、互評和教師評價相結(jié)合的多種評價手段，有效優(yōu)化課堂教學(xué)，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生充分挖掘自身潛力，實現(xiàn)全面發(fā)展。

三、 結(jié)論

經(jīng)過近兩年的教學(xué)實踐研究和探索，筆者所帶的人工智能實驗班和對照班分別取得了良好的教學(xué)效果，問卷調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果如下（見圖2）。

實驗班學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)明顯得到提升，動手實踐和創(chuàng)新能力也有了很大的進(jìn)步，對照班學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性得到了明顯提高。根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果、課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)，學(xué)生參與人工智能學(xué)習(xí)效果，在初中人工智能教育教學(xué)中，筆者所實施的“1+3+4”課堂教學(xué)模式的創(chuàng)新，對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有效性得到了實證?；谥黝}項目的學(xué)習(xí)在初中人工智能課程實施中需要信息科技教師不斷改進(jìn)教學(xué)策略，創(chuàng)新課堂教學(xué)模式，著力探索培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的新途徑，使人工智能課程在初中學(xué)校有效開展。

參考文獻(xiàn)：

［1］蔡耘，郭紹青.《人工智能（初中版）》教材正式出版［J］.電化教育研究，2019，40（5）：129.

［2］朱歡.初中信息技術(shù)中核心素養(yǎng)教育目標(biāo)的落實研究［J］.電腦知識與技術(shù)，2020，16（18）：170，172.

課題項目：甘肅省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度一般課題“基于新課標(biāo)下信息科技學(xué)科素養(yǎng)在初中人工智能教學(xué)中的滲透研究”（課題立項號：GS［2023］GHB0660）。

作者簡介：蔣淑珍（1976～），女，漢族，甘肅蘭州人，蘭州市第四十六中學(xué)，研究方向：信息科技教育。