體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論在信息科技課程AI教學(xué)中的應(yīng)用探索

0 引言

隨著信息科技的快速發(fā)展，人工智能（AI）技術(shù)已經(jīng)滲透到社會(huì)生活的各個(gè)層面，人工智能成為構(gòu)建信息科技課程結(jié)構(gòu)的邏輯主線之一[1]。在初中信息科技教學(xué)中如何挖掘AI知識(shí)內(nèi)涵，為廣大學(xué)生提供豐富多彩的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，培育良好的學(xué)科核心素養(yǎng)和技術(shù)運(yùn)用能力，是一個(gè)值得探討的新課題。體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論作為一種先進(jìn)的教育理念，為解決這一課題提供了可借鑒的思路。

什么是體驗(yàn)式學(xué)習(xí)呢？簡(jiǎn)而言之，學(xué)習(xí)是一個(gè)實(shí)踐、反思、再實(shí)踐的過(guò)程，學(xué)習(xí)者通過(guò)親身體驗(yàn)、感知、操作等方式獲得知識(shí)，從而形成技能（圖1）。

體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性和參與性，注重培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維和實(shí)際問(wèn)題解決能力。在AI教學(xué)中，該理論的應(yīng)用有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和活動(dòng)參與度、提升其信息科技核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。本文主要介紹校的一些教學(xué)心得。

1創(chuàng)設(shè)環(huán)境，激發(fā)研學(xué)興趣

在AI教學(xué)中，筆者常根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況，創(chuàng)設(shè)一些生動(dòng)有趣的環(huán)境來(lái)激發(fā)學(xué)生的求知欲望和探究興趣。

例如，在講授“人工智能應(yīng)用”一課時(shí)，筆者結(jié)合實(shí)驗(yàn)器材為學(xué)生展示了AI語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)言翻譯功能?？拼笥嶏wAI機(jī)器人不僅能準(zhǔn)確識(shí)別人類的語(yǔ)言，還能將語(yǔ)言實(shí)時(shí)翻譯成不同國(guó)家的官方語(yǔ)言，讓學(xué)生身臨其境地感受信息科技的魅力。通過(guò)設(shè)計(jì)富有挑戰(zhàn)性的游戲任務(wù)，幫助學(xué)生一步步地從認(rèn)識(shí)到學(xué)會(huì)物品識(shí)別、人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)的應(yīng)用。比如，借助寓樂(lè)灣人工智能PBL主題套裝“AI自識(shí)別分類垃圾站”搭建，讓學(xué)生體驗(yàn)物品識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用；借助寓樂(lè)灣人工智能體驗(yàn)套裝器材實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生學(xué)會(huì)以人工智能AIDO開(kāi)源硬件主板為核心，結(jié)合圖形化編程和人臉識(shí)別、圖像識(shí)別等功能，完成“戴／不戴眼鏡、戴／不戴口罩”等AI自動(dòng)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)制作，等等。

圖1體驗(yàn)式學(xué)習(xí)圈

在這個(gè)過(guò)程中，教師的身份不再是單純的知識(shí)傳授者，而是利用那些可視、可聽(tīng)、可感的教學(xué)媒體努力為學(xué)生做好親歷體驗(yàn)和開(kāi)展探究的輔導(dǎo)者，把學(xué)生萌生出的好奇心與渴望學(xué)會(huì)的沖動(dòng)引導(dǎo)到自愿學(xué)習(xí)、積極探究的實(shí)踐過(guò)程中去，并通過(guò)體驗(yàn)幫助學(xué)生真正掌握知識(shí)。例如，通過(guò)與人類學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行對(duì)比（圖2），幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的流程。那么，如何讓學(xué)生將學(xué)到的AI基礎(chǔ)知識(shí)與技能從依賴現(xiàn)成的AI教學(xué)裝備（案例樣本）中解脫出來(lái)，富有創(chuàng)意地自我“放飛”，從而推動(dòng)AI從學(xué)到用、從用到創(chuàng)呢？

圖2機(jī)器學(xué)習(xí)與人類學(xué)習(xí)過(guò)程對(duì)比

為此，筆者組織學(xué)生進(jìn)行AI社會(huì)應(yīng)用調(diào)查，并引導(dǎo)他們思考如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)創(chuàng)作應(yīng)用小作品。有學(xué)生提出：“可否運(yùn)用AI語(yǔ)音識(shí)別功能創(chuàng)制一個(gè)類似小度智能音箱的作品，讓它聽(tīng)到我們發(fā)出語(yǔ)音指令時(shí)能播放我們點(diǎn)播的音樂(lè)？這確實(shí)是個(gè)好主意！可又如何去實(shí)現(xiàn)呢？”學(xué)生們你一言我一語(yǔ)，嘰嘰喳喳討論個(gè)不休。在教師指導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)網(wǎng)上查詢、方案比對(duì)和器材遴選，選定深圳市幻爾科技有限公司生產(chǎn)的語(yǔ)音識(shí)別模塊與Arduino UNO+Arduino擴(kuò)展板組合的創(chuàng)作設(shè)計(jì)方案，如圖3所示。

圖4自制AI語(yǔ)音點(diǎn)播臺(tái)

圖3語(yǔ)音識(shí)別模塊與Arduino結(jié)合應(yīng)用

初始接觸幻爾語(yǔ)音識(shí)別模塊時(shí)，大家都是陌生的，通過(guò)閱讀產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)，再經(jīng)過(guò)“準(zhǔn)備數(shù)據(jù)→模型訓(xùn)練→驗(yàn)證模型”等環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們心中便有了底，借助ArduinoIDE開(kāi)源平臺(tái)對(duì)通過(guò)4P線連接到ArduinoUNO單片機(jī)上的語(yǔ)音識(shí)別模塊點(diǎn)歌指令進(jìn)行編程。編程完成后，語(yǔ)音識(shí)別模塊采集到的指令信息經(jīng)單片機(jī)處理，再通過(guò)Arduino多功能擴(kuò)展板傳輸至執(zhí)行器執(zhí)行，從而播放出學(xué)生們預(yù)想聽(tīng)到的曲子。

經(jīng)數(shù)周調(diào)試，一臺(tái)能聽(tīng)懂語(yǔ)音指令的AI語(yǔ)音點(diǎn)播臺(tái)終于誕生了（圖4）。隨著簡(jiǎn)短的點(diǎn)歌指令發(fā)出，如“鋼琴曲”“葫蘆絲”…一首首悅耳的輕音樂(lè)從點(diǎn)播臺(tái)的小喇叭中飄然而出，學(xué)生們的心中都樂(lè)開(kāi)了花，圍觀的師生和家長(zhǎng)也都贊許地豎起了大拇指。

2學(xué)以致用，鼓勵(lì)動(dòng)腦動(dòng)手

回顧AI語(yǔ)音點(diǎn)播臺(tái)的創(chuàng)制過(guò)程不難發(fā)現(xiàn)，要真正上好人工智能課，不僅要教會(huì)學(xué)生掌握基本理論知識(shí)，更需要鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手實(shí)踐，只有手腦并舉，才能學(xué)到知識(shí)掌握技能，而這一點(diǎn)，也恰恰是體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論所強(qiáng)調(diào)的核心內(nèi)容。

2.1邊學(xué)邊練，手腦并用

在AI教學(xué)中，筆者十分注重學(xué)生自主探究能力培養(yǎng)，時(shí)常留出一半左右的課時(shí)量讓學(xué)生親歷實(shí)踐，通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、研究問(wèn)題，達(dá)到解決問(wèn)題的目的。例如，在教授物品識(shí)別這一部分知識(shí)時(shí)，筆者就指導(dǎo)學(xué)生利用科大訊飛AI機(jī)器人與網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練平臺(tái)，自主體驗(yàn)機(jī)器學(xué)會(huì)識(shí)別各類水果的操作過(guò)程，由學(xué)生自己通過(guò)實(shí)驗(yàn)感悟所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的要義，如表1所示。

2.2 他山之石，可以攻玉

AI教學(xué)器材通常都會(huì)附上產(chǎn)品使用說(shuō)明與案例樣本（示例程序），而這些資料對(duì)發(fā)揮實(shí)驗(yàn)器材在教學(xué)中的作用與幫助學(xué)生開(kāi)展自主學(xué)習(xí)、學(xué)以致用是十分重要的，充分發(fā)揮這些資源的作用，往往會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。1）有利于學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣養(yǎng)成。在做AI相關(guān)實(shí)驗(yàn)前，若能事先對(duì)實(shí)驗(yàn)器材有所了解，必然會(huì)有助于實(shí)驗(yàn)的完成與質(zhì)量提高。2）有利于學(xué)生學(xué)以致用目標(biāo)的達(dá)成。通過(guò)隨機(jī)案例樣本學(xué)習(xí)，往往能讓學(xué)生從中受到啟發(fā)，并有助于促進(jìn)創(chuàng)新研究中一些疑難技術(shù)問(wèn)題的攻克，達(dá)到觸類旁通的效果。

以AI語(yǔ)音點(diǎn)播臺(tái)的創(chuàng)制為例，當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別模塊采集到的點(diǎn)歌信息傳輸?shù)紸rduinoUNO單片機(jī)上后，如何演變成可執(zhí)行指令輸出呢？這就需要在ArduinoIDE開(kāi)源平臺(tái)上編制相應(yīng)的程序。由于器材隨機(jī)材料中沒(méi)有現(xiàn)成案例可以照搬照抄，要學(xué)生憑空用一條條 C++ 語(yǔ)句編寫(xiě)出程序來(lái)難度確實(shí)不小。為此，筆者提示學(xué)生可以從幻爾語(yǔ)音識(shí)別模塊附帶的示例程序入手，結(jié)合AI語(yǔ)音點(diǎn)播臺(tái)項(xiàng)目規(guī)劃要求，對(duì)樣本程序進(jìn)行改寫(xiě)、移植，從而減輕學(xué)生憑空思索與編程的難度，還能讓他們從對(duì)示例程序的學(xué)習(xí)、挖掘中獲得書(shū)本上沒(méi)有的新知識(shí)、新技能，達(dá)到既快又好地完成創(chuàng)新設(shè)計(jì)編程任務(wù)的目的。

3呵護(hù)創(chuàng)作激情，捕捉智慧靈感

從AI語(yǔ)音點(diǎn)播臺(tái)的創(chuàng)制過(guò)程中還能發(fā)現(xiàn)，學(xué)生萌發(fā)的創(chuàng)作靈感有時(shí)還是很有價(jià)值的。悉心捕捉學(xué)生的智慧火花，呵護(hù)學(xué)生創(chuàng)新思維萌芽，是培育學(xué)生創(chuàng)新思維能力的最好契機(jī)，也體現(xiàn)了體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論“反思/提升”與激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與意識(shí)，有助于提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

為此，在AI教學(xué)中，筆者十分注重運(yùn)用體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論中的反思總結(jié)方法，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)開(kāi)展反思交流，通過(guò)從個(gè)人、小組到班級(jí)的集體小結(jié)，梳理學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題與收獲，幫助學(xué)生及時(shí)消化所學(xué)知識(shí)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，捕捉稍縱即逝的智慧火花。鼓勵(lì)學(xué)生即便遇到失敗也不氣餒，而是汲取教訓(xùn)，找到再出發(fā)的起點(diǎn)，將創(chuàng)新思維的培育落實(shí)到每一堂課、每一次實(shí)踐活動(dòng)中，一步一步將學(xué)科知識(shí)教扎實(shí)夯踏實(shí)。例如，在教物品識(shí)別這部分知識(shí)時(shí)，筆者就運(yùn)用體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論中的“反思／提升”思想，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)總結(jié)與反思所學(xué)知識(shí)，將學(xué)過(guò)、做過(guò)并體驗(yàn)過(guò)的理論知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)鞏固起來(lái)，真正實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)的提升，如表2所示。

4做好課前準(zhǔn)備，重視成效評(píng)價(jià)

4.1 課前準(zhǔn)備

體驗(yàn)式學(xué)習(xí)在組織形式上相對(duì)靈活，過(guò)程又較為開(kāi)放，所以在活動(dòng)開(kāi)展時(shí)若稍不注意，往往會(huì)出現(xiàn)看似熱鬧卻缺乏實(shí)效的情況。為此，擬定適宜的評(píng)價(jià)方式，明晰任務(wù)與目標(biāo)，對(duì)保障體驗(yàn)式學(xué)習(xí)活動(dòng)的正常實(shí)施與教學(xué)質(zhì)量提升至關(guān)重要。具體而言：首先，在課前要對(duì)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的結(jié)果進(jìn)行預(yù)估，這是因?yàn)閷W(xué)生的情況千差萬(wàn)別，構(gòu)建的體驗(yàn)情境也存在變數(shù)，所以做好課前準(zhǔn)備或者運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂模式，都是值得考慮的方案；其次，要有活動(dòng)過(guò)程動(dòng)態(tài)調(diào)控預(yù)案，當(dāng)出現(xiàn)某些學(xué)生過(guò)于興奮或討論陷入混亂的情況時(shí)，教師應(yīng)及時(shí)進(jìn)行做好疏導(dǎo)，甚至對(duì)活動(dòng)作適當(dāng)調(diào)整；最后，要對(duì)活動(dòng)情況及時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)與小結(jié)，一方面可以對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理與復(fù)盤(pán)，另一方面可以對(duì)活動(dòng)中獲得的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行匯總與歸類，從而為后續(xù)開(kāi)展體驗(yàn)式學(xué)習(xí)活動(dòng)做好鋪墊。

4.2 成效評(píng)價(jià)

如何對(duì)體驗(yàn)式學(xué)習(xí)活動(dòng)做好成效評(píng)價(jià)呢？這確實(shí)是個(gè)值得深思的問(wèn)題?；顒?dòng)有序開(kāi)展僅僅是一個(gè)方面，學(xué)生通過(guò)這些活動(dòng)學(xué)到了什么、掌握到了什么、促進(jìn)了哪些方面的能力提升才是最關(guān)鍵的。筆者的體會(huì)是：理論須與實(shí)踐結(jié)合、應(yīng)用須與創(chuàng)新結(jié)合、單知識(shí)須與多知識(shí)結(jié)合、個(gè)人貢獻(xiàn)須與團(tuán)隊(duì)協(xié)作結(jié)合，從多個(gè)層面展開(kāi)考量。

例如，在AI語(yǔ)音點(diǎn)播臺(tái)創(chuàng)制活動(dòng)中，筆者依照信息科技課標(biāo)要求，把過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)結(jié)合起來(lái)，將占 60% 的過(guò)程性評(píng)價(jià)放在語(yǔ)音識(shí)別、Arduino編程、 I/0 數(shù)據(jù)通信、執(zhí)行器運(yùn)行等四個(gè)工作段的目標(biāo)達(dá)成與任務(wù)研究上，占 30% 的終結(jié)性評(píng)價(jià)則安排在其他各段，以考評(píng)學(xué)生對(duì)任務(wù)的了解與學(xué)習(xí)上[2]。這樣各個(gè)工作段對(duì)每位學(xué)生來(lái)說(shuō)都做到有過(guò)程記錄與成效量化評(píng)價(jià)。能積極主動(dòng)展示本工作段活動(dòng)過(guò)程內(nèi)容，介紹自己所知所會(huì)的學(xué)生，可得活動(dòng)展示分；在完成本工作段任務(wù)與知識(shí)學(xué)習(xí)的前提下，能協(xié)助其他工作段活動(dòng)的學(xué)生，可得活動(dòng)協(xié)作分等。通過(guò)多途徑、多層面為學(xué)生提供主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在“學(xué)得、習(xí)得、有所得”的過(guò)程中，踐行葉圣陶先生所提倡的“教是為了不教”的教育思想。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，在體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，蘇州市振華中學(xué)校面對(duì)信息科技課程中最前沿的AI教學(xué)，初步摸索出實(shí)施策略。筆者相信，只要悉心研究、勇于探索、敢于挑戰(zhàn)，就能將每一位學(xué)生培育成既懂人工智能技術(shù)，又會(huì)運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)開(kāi)展創(chuàng)智應(yīng)用的新時(shí)代接班人。

6 參考文獻(xiàn)

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[2]高丹，顧衛(wèi)．基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)智實(shí)驗(yàn)活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生綜合潛能提升[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2024（8）：68-70.