人工智能实验场景的设计与构建

潘艳东

【摘 要】本文介绍在信息科技课堂中，引入人工智能相关内容，促进人工智能实验场景的设计与构建，实现课堂的数字化转型。教师引导学生批判性地学习，建立知识之间的联系，培养他们迁移运用知识的能力，并加强体验、实践和反思，进而提高他们的问题解决能力。

【关键词】人工智能;深度学习;信息科技

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2022）04-017-03

教育数字化转型已成为当前中小学的研究热点，也是未来教育创新的发展趋势。人工智能正在成为当前和未来信息科技发展的关键技术。2017 年 7 月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，提出要在中小学阶段设置人工智能相关课程。华东师范大学出版社初中信息科技第二册于2020年1月重新修订后，增加了“人工智能体验”一节课的内容，笔者根据校情和学情，开发了“感受人工智能魅力”项目，并通过项目学习的方式开展教学。

我们通过设计具有开放性、挑战性的学习内容，引导学生主动参与，提高学习兴趣，并在此过程中获得知识与技能的深层次提升。在整个项目学习中，学生主动探究人工智能的相关原理和技术。在内容设计上，我们将人工智能的相关概念和内容做了整合，将语音合成、图像识别、机器学习等融入具体的每个课时的学习内容中。学生在解决问题的过程中，将机器与人做类比，逐步揭开相关的人工智能技术和原理。

设计构建人工智能实验场景

1.创设真实问题情境，类比迁移学习内容

人工智能进课堂，能够帮助学生解决实际生活中遇到的问题。学生学会观察，发现真实世界的真实问题。在“制作鲜花识别机器人”一课中，学生自己发现问题。每天中午，上实东校生态园有很多学生去探究。这天，琦琦发现了一株奇特的花，很好奇地问同伴玲玲：这是什么花呢？因为已经有了人工智能学习经历，学生马上想到可以通过手机里“形色”APP的识花功能找到答案。不仅如此，她们还想自己开发一个识花程序。

教师在进行教学设计时，应以与新旧知识有联系的、与学生经验相契合的真实问题为主线。教师不能局限于这一课时的教学内容，而应该有高屋建瓴的课程观，放眼整个章节，乃至整个单元，找到新旧知识之间的关联，关注学生的“前概念”及生活经验，找到教材内容与现实生活世界的关联点及契合点，并将这些内容进行有效和精细的深度加工，使它们有机地整合在一起。

信息时代，网络上也有丰富的人工智能内容，但我们认为，唯有当教师对教学资源进行仔细筛选和整合后，才能最大化地发挥资源的价值。因此，初中信息科技引入人工智能可以选择项目学习方式开展学习。例如，“制作鲜花识别机器人”一课中，我们从识别桃花入手，引导学生优化完善程序，从而可以识别更多的鲜花，引导学生体会机器学习的数据越多，机器越智能，再进一步将知识进行迁移，如从识花到识别植物，再迁移到识别动物等。从项目设计的内容及知识的内在逻辑来看，学生从自己发现问题到最后开发识花机器人来解决问题，激发了学生主动参与的意识。不仅如此，我们还启发学生将所学知识与自己的学习和生活联系起来，开发出更多的图像识别相关程序。

2.学以致用，深度实践

在人工智能教学中，教师要催生学生的深度实践，不仅要引导学生融入认知，更要引导学生融入情意、融入行动。换言之，学生的深度学习，不仅要求学生思维的深度参与，更要求学生全方位、沉浸式感受和体验。

在“会说话的校园”项目中，我们设计的目标是让学生亲自探寻校园场景背后的故事，并开展相关的访谈和调查，促使学生学会爱自己、爱团队、爱校园，催生深度实践，引发学生情感投入。课时安排为5周/10课时，授课对象为七年级学生。我们设计的驱动性问题是：在智慧校园背景下，如何让校园场景或物件“开口说话”，方便来访者和新同学了解校园？活动的流程是：创设真实问题情境→入项活動→前期调研（问卷星等）→文案撰写、语音识别→音频制作、视频制作→二维码制作、语音合成→项目发布。项目的评价从作品质量和学习品质两个方面明确成功标准。项目成果包括：调研报告、短视频文案、相关音频、相关视频、相关二维码和发布会PPT;学习品质包括：熟悉主要软件（问卷星、“形色”APP、讯飞有声、剪映、草料二维码等）使用方法，了解语音识别、语音合成、机器学习等人工智能技术和原理，形成合作、参与、倾听、沟通等基本技能。

在“会说话的校园”项目中，入项活动为制作一份特别的贺卡。引入：赠送贺卡是节日里人们表达祝福的一种常见方式。贺卡的种类有很多，纸质贺卡能传达文字或图片信息，电子贺卡能传达包括文字、图片、音频、视频在内的多媒体信息，二者各有千秋。通过引入，启发学生思考如何制作一份“会说话”的贺卡，引出人工智能语音识别、语音合成和机器学习等相关技术，为后续的学习奠定基础。

在情境导入环节中，教师首先抛出问题：有没有最近过生日的同学？引导学生关爱自己身边的同学，并通过小组团队合作，制作一份特别的贺卡。在小组合作完成生日贺卡后，举行了短暂而充满温情的赠送仪式，让学生沉浸在和谐友爱的课堂氛围中。另外，我们在课堂中还通过播放生日歌来营造温馨的气氛，更好地引发学生的感情投入，让课堂中的深度学习自然发生。

3.联系生活，关注热点

教学中要引导学生联系真实生活，指导他们关心、关注社会热点。如在教学中实施的“自动驾驶”项目，通过学生自主设计方案、合作探究、实地测试和内化迁移，促进学生深度学习。

（1）开放问题，自主设计方案，激活学生主动探究意识

学习的最高境界就是创新。学生设计出展示方案。方案一：车辆转弯、倒车入库;方案二：经过红绿灯、侧方位停车;方案三：避障、调头、侧方位停车。综合以上方案，学生通过“自动驾驶”项目，经历分组探究，自己设计自动驾驶场景和展示方案、现场公开测试和展示，提高了主动性和动手实践能力。同时，在自动驾驶的现场公开测试活动中锻炼表达能力，增强自信心，激活学生积极主动的探究意识。

“自动驾驶”以OpenMV摄像头作为机器视觉，运用Python语言进行编程，识别路线和标志，模拟了生活中最常见的驾驶行为，希望能用自动驾驶解放司机，便利生活，助推上海城市数字化转型。

（2）设计活动，小组现场测试，提升学生解决问题能力

在最后的“自动驾驶”项目展示环节中，开展了一场别具一格的现场测试活动，并邀请到相关的专家老师、家长和同学。在测试中，一位同学现场解说，小组全体同学现场测试。在测试活动前，学生自己撰写解说词，设计自动驾驶道路场景，研讨和设计展示方案。在整个项目学习过程中，同学之间相互协作，不断深入地探究。在学习中，学生2～4人一组，进行Python语言的学习、自动驾驶小车的设计与搭建、方案设计和撰写现场测试解说词等。不仅如此，学生还负责项目的开发和运行，通过分工来界定他们各自的角色和责任。在项目学习中的多个阶段，学生能够全力投入，完成项目任务。

通过设计开放的、富有挑战的活动，小组进行实践探索，从而激发学生的探究欲望。在项目实践过程中，慢慢提高学生学习的主动性和迁移能力，引导学生学会问题解决的方法，从而提高学生解决问题的能力。

（3）批判辨析，持续深度反思，激发学生迁移应用水平

“自动驾驶”项目结束后，学生进行了自我反思：我们初步实践了自动驾驶，让单一型号的自动驾驶小车能在简单的车道上正常行驶。我们将会继续探索与学习，试着让不同车型的车能够在比较复杂的道路上行驶，尝试让小车识别不同的交通标识。我们还将更深入地探究人工智能图像识别相关技术背后的原理。在这次活动中，我们分组实现不同项目，互相帮助，体会到了团结的重要性。同时，我们也学到了Python编程语言，与团队共同开发方案，并在探究的过程中不断地迭代优化。在此期间，我们遇到了许多问题，并通过请教老师或者互相讨论加以解决。项目开阔了我们的思维，激发了我们创新的热情，让我们受益匪浅。我们希望通过探究人工智能自动驾驶，为人们的生活提供便捷，为实现上海城市数字化转型贡献力量。

人工智能教学中，我们着力人工智能实验场景的设计与构建，让学生在真实的环境中感受充满生机和乐趣的课堂，激发学生的深度学习，破解信息科技学习兴趣假象。

人工智能教学实践的思考

教育要面向未来，而人工智能教育更要瞄准未来，培养学生对人工智能的浓厚兴趣。在课堂中，我们将人工智能与现有信息科技教材有机融合，激活信息科技课堂，破解信息科技学习兴趣假象，激发学生反思精神、解决问题的能力和迁移运用能力，让深度学习在课堂上真实发生。人工智能的教学实践助推了人工智能实验场景的設计与构建，以教育的创新探索，推进数字化转型。

参考文献

任友群. 人工智能（初中版）[M]. 上海：上海教育出版社，2020： 29-32.

张少波，李彦荣. 学生创新素养培育的浦东实践[M]. 上海：华东师范大学出版社，2020： 3-18.

夏雪梅.素养时代的项目化学习如何设计[J]. 江苏教育，2019（22）： 7-11.

赵健. 深度学习：超越21世纪技能[M]. 上海：华东师范大学出版社，2020： 3-18.