初中阶段信息技术学科中人工智能课程的实施建议

杨青清

摘要：教育是为学生的未来发展做准备，在人工智能时代普及人工智能教育，对于信息技术教师来说是机遇更是挑战，有效地推进人工智能教育既是责任更是使命。新形势对信息技术学科的课程设计、教学策略和学习方式等提出了新的要求，本文围绕信息核心素养培养目标，从初中阶段信息技术课程实际情况出发，结合具体教学案例，从课程内容开发、教学活动设计、课程融合、评价方式、经验方法等方面进行了大胆尝试、深入研究和细致总结，提高了人工智能教育的科学性与可操作性，以期为相关教学提供可借鉴的教学资源和经验。

关键词：信息技术课程;人工智能;创客教育;机器人

中图分类号：G642  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）03-0093-04

● 时代背景和现实环境

1.时代背景

人工智能给世界和人类带来了势不可挡、潜移默化的变化和影响，目前，已逐步走向教育市场，线上平台提供的虚拟人工智能体验服务、线下以开源硬件或机器人等方式开展的人工智能体验和教育服务等，都给学生带来了全新的感受和体验。2017年，国务院发布的《新一代人工智能发展规划》报告指出，“实施全民智能教育項目”，“在中小学阶段设置人工智能相关课程”，鼓励学校和社会逐步推广人工智能教育，其愿景目标是“设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科，培养复合型人才，形成我国人工智能人才高地”。同年，我国发布基础教育人工智能教材，内容涵盖人工智能发展历史、基本概念及应用案例。与此同时黑龙江省初中阶段信息技术教材中也大幅增加了反映信息技术新技术、新发展方向的内容，尤其是增加了人工智能及其相关技术的内容。但要真正达到良好的教育教学效果，还需要一线教师主动参与其中，开动脑筋，真正结合实际情况开展行之有效的形式多样、内容丰富的教育教学工作。

2.现实环境

教材内容：笔者所在学校使用的是黑龙江教育出版社出版的义务教育信息技术教材，其中人工智能内容集中出现在六年上册第一单元和八年下册第一单元，其又与教材中创客课程和应用软件内容紧密联系、互为补充，因此可以国家教材为依据，对课程内容进行适当的补充和拓展。

学生情况：笔者所在学校学生对现代信息技术在生活中的应用有一定的了解和认识，普遍接触过人工智能产品，但受年龄及知识储备的影响，对人工智能的理解多为碎片式的，更多的是感性的、直观的认识。同时，在知识储备、眼界视野、语言表达以及综合能力方面，学生之间差异性较大，普遍缺乏深入的思考和分析意识，欠缺小组合作的方法和技巧。

师资情况及学校硬件配置：专职信息技术教师目前为6人，均具有多年信息技术教育、STEAM教育和创客教育经验。同时，学校自2017年9月购置多批创客课程教具后，又于2020年创建了创客空间，拥有人形机器人、多足机器人、无人机、机械臂、智能小车等多种人工智能产品。

● 人工智能教育目标的确定

基于以上情况，笔者所在学校已具备全面开展人工智能课程的条件，因此确定以普惠式课程为主要形式开展人工智能教学活动，同时确定了“强化立德树人、培育科学精神、激发创新意识、提升信息素养”的教育理念。人工智能教育目标确定如下：

（1）了解人工智能的概念、发展历程、相关技术、实现原理、应用方向和发展趋势;

（2）了解简单的传感器、运动、控制知识，体验技术应用，并对技术应用蕴含的原理、创新方法等有所体悟，继而延伸至能够创造性地应用和改进技术;

（3）掌握计算机和编程知识，能够使用编程语言进行人工智能学科项目实践，提升对编程与人工智能关系的认识，培养计算思维和工程思维，养成敢于探索和大胆创新的科学习惯;

（4）渗透人工智能伦理和法律，逐渐形成正确的人工智能发展观，形成遵守智慧社会道德、法律的意识，增强维护社会信息安全、促进人工智能健康发展的责任意识;

（5）培养创造力、设计能力、动手实践能力、语言表达能力、沟通协作能力等。

● 人工智能教学的探索过程

1.初期：教学对象为六学年学生，重点工作为课程资源开发与重组

初中阶段开展人工智能课程的初期，教学活动形式主要是科普课程、大班集体活动，以体验感受为主。依据此目标，在学校现有教学资源基础上，结合现实环境，笔者所在教研组围绕教材内容整合和开发了一系列人工智能课程内容，如《疫情下人工智能的应用》《认识大数据》《解密大数据》等。通过浅显准确的内容和实际具象的体验，帮助六学年学生初识人工智能知识，领会人工智能的基本思路，启发思维，培养兴趣。

以《疫情下人工智能的应用》一课为例，该主题内容以线上线下混合式教学形式进行。

线上主题教学活动是在2020年初新冠疫情期间开展的，主要包括了三部分：人工智能初识、实践操作体验、反馈检测交流。

人工智能初识：广泛搜集和整理相关视频资料，结合学情进行素材重组，从知识和应用两个层面，引导学生初步理解人工智能的发展历史和基本概念，再围绕新冠疫情中人工智能产品的具体应用，明确人工智能给社会和人们生活带来的便利，促进学生对生活、对周围事物的观察和思考。

实践操作体验：选择易理解易操作的人工智能技术——视觉识别，鼓励学生动手实践，体验百度AI中“人脸识别”和“人流量统计”功能，让学生在与人工智能技术的互动体验中感受人工智能的技术魅力。

反馈检测交流：设计反馈调查问卷，在线调查与测评，促进学生及时反思学习内容，实现线上基于数据的客观评价。

开发重组后的教学内容巧妙且有效利用了“新冠疫情”这一特殊的学习契机，既有联系实际生活的感性认知，又有动手体验的主观感受，培养了学生主动观察、实践体验、分析和理解现实生活的信息意识。

当学生重返学校后，适当地调整线上课程内容（如下页图1），调整后的线下课程内容能够充分发挥线下教学实时互动的优势，促进学生更客观、更深入、更科学地看待人工智能。例如，体验活动中增加了班级人数识别、语音识别等多种应用，让学生更充分体验当前人工智能技术应用的广泛性。又如，在分析探寻“AI产品分布比例不均衡”的原因时，适时选用“华为禁令”这一新闻事件，引发学生讨论交流，了解华为事件对祖国的综合科技国力、外交政策和信息安全的深层影响，从而激发学生“以天下复兴为己任”的爱国情怀，树立为科技复兴、民族复兴而积极进取、努力学习的社会责任感。

2.中期：教学对象为六学年学生，重点工作为教学活动设计与实施

随着人工智能课程的推进，教学活动形式逐渐向综合性活动、小组深入研讨、能力培养方面转变。学校开展了“智能机器人舞蹈创编”主题活动，并开发了前端课程——《智能机器人》《人形机器人》，具体内容如图2所示。

以上的教学安排让学生从理论到实践，适度地拓展学习深度，引导学生先学习机器人基本知识，再进行编程和应用;在概括和明确核心要素的基础上，掌握简单传感器、反应器（舵机）、控制方法;在了解机器人的使用现状和发展趋势后，通过讨论交流人与机器人关系的活动，使学生正确面对人工智能发展带来的前所未有的挑战，树立正确的社会伦理和责任意识。

在实施机器人舞蹈创编活动时，考虑到大部分学生没有参与类似活动的经历，课前又从合作交流、音乐选择、评价标准、实践注意事项等方面进行细致引导、明确要求，保障了创编活动的顺利开展。

3.发展阶段：教学对象为六、七学年学生，重点工作为人工智能与创客课程融合

结合教材中创客课程的内容，笔者所在教研组将人工智能技术融入到常规教学中，使学生在学习和使用开源软件与相关硬件的同时，掌握基本的编程技术，实现对人工智能设备的操控，并掌握基本的工程设计思想，了解工程设计的基本规范，掌握核心技能，继而提升学生工程设计思维和创意思维能力。

目前，课程内容从主题内容拓展和难易程度调整两方面开展，力争生活化、层次化设计。同时在普适教育的基础上，充分考虑学生的差异性和兴趣点，遴选对人工智能和高新科技感兴趣，同时有较强的技术基础和项目开发经验的学生，以校本课程为主，部分学生在教师的带领下深入学习技术，由模块化编程全面转为代码化编程，积极为各级各类科技竞赛做准备。

● 课程评价多样多元

在评价内容上，根据课程的过程性和任务的完成度进行综合评价，如学科基础知识和技能、创新创造能力、问题解决能力、团队合作、沟通交流能力、自我学习能力等课程目标的实现;在评价方式上采取评价主体多元化（学生、教师和家长），线上线下混合式，将线下的学科活动与创新成果在互联网平台上淋漓尽致地呈现与共享。同时，制订具体可执行易评价的量规引导学生的学习活动，下页表为智能机器人舞蹈评价量规。

● 经验方法与阶段收获

1.学科间渗透和协助

人工智能技术不是孤立的，而是综合的、涉及很多其他学科的内容，如果能实现有效的学科横向联系和协助，则能更好地帮助学生理解与应用。例如，《解密大数据》课程中的“滴滴出行星云图”与地理学科的“人口分布线（胡焕庸线）”完美重合，用现代信息技术证明了人口分布线的地理价值。《信息与信息技术》课程中信息的容量单位中蕴含着许多数学知识，如多种进制在生活中的应用及相互转换等，让学生感受到数学知识与信息技术的紧密联系。《智能机器人》课程中，于千变万化的外形结构中探寻功能与结构的关系，概括得出机器人最核心最本质的特征，让学生真正使用了工程知识和语文能力。《机器人舞蹈创编》活动中，让机器人在音乐中翩翩起舞，体验科技与艺术的巧妙配合，也让学生感受到了科技之美。

2.重视信息社会责任教育（德育目标）

人工智能技术的使用是把双刃剑，在开展人工智能教育时，绝不能忽视人工智能教育中的社会责任教育，必须引导学生认识到其推动科技进步、促进社会发展、改善人民生活的价值，同时，不合理地应用人工智能技术可能造成的负面影响或危害。笔者在每一课都深度挖掘相关内容，通过讨论、交流等各种形式进行引导和规范。

例如，《认识大数据》教学内容挖掘的德育目标为：①通过交流分享身边大数据的具体应用，体会大数据给人们生活带来的巨大变化，进一步体验科技的强大力量;②从“安全与隐私”的问题出发，对安全与隐私进行思考，正确认识信息安全和隐私安全之间的关系，提高个人隐私保护意识;③通过星云图的展示与分析，从数字化的角度了解祖国、了解家乡，深刻体会大数据的用途;④提升数字化学习和创新能力，为未来的数字化生活做准备。

人工智能教育中的社会责任教育是一个不断发展、不断完善的过程，维护这个过程的科学性、维护人工智能教育的健康发展任重道远。

3.取得的阶段收获

学校开展的人工智能课程，让学生理解和深刻感知到科技的变化，增长了相关知识，学会用一种全新、客观的视角去了解科技。为促进和提升学生的思考和反馈，笔者设计了如下题目：结合生活实际，如果你打算设计一个作品，说说你的设计思路。学生呈现的作品创意无限。

学习类：“听写阅读器”“智能黑板”“自动监考器”“缓解疲倦的台灯”“智能书包（分类整理、记录提醒）”“课堂小助手（纠正和提醒不良习惯）”“自动感应笔”“万能笔（各种类型和颜色笔的集合体）”。

生活类：“智能眼镜（自动调整度数）”“动漫耳机”“自动溶解垃圾器”“智能灭蚊宠物”“健康卫士（生活规律、饮食健康）”“园艺机器人”“导航助残轮椅”“智能衣柜（搭配服装）”“感应移动柜（避障）”“家门卫士（住宅防盗）”。

同时经过一年多的课程学习，学生更适应和喜爱小组协作这种组织形式。在学习活动调查问卷中学生明确表示：合作学习过程让自己受益匪浅，掌握了与人交往的能力，增強了凝聚力，收获了友谊，感受到并肩作战的乐趣，还总结了如何带动组内学习能力弱的同学共同进步的若干方法。

● 结语

中小学阶段开设人工智能相关的创客课程，可以提升学生解决问题的能力和创新素养，创设合作的学习氛围，使学生更好地适应未来社会发展的需求。当前，以人工智能技术为载体的课程设计和教学实践尚处于摸索阶段，如何从课程目标、课程结构、教学模式、课程评价等方面构建体系化的创客课程，还需要一线教师进行更深入的思考。

参考文献：

[1]深圳市教育局.深圳市中小学创客教育课程建设指南（试行）[DB/OL]. http：//www.szjky.edu.cn/index.aspx.

[2]中华人民共和国教育部.中小学综合实践活动课程指导纲要[DB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201710/t20171017_316616.html.