中学信息技术教学融入人工智能教育的路径探析

巩秀红 (北京市大兴区教师进修学校 102600)

人工智能是一门研究运用计算机、机器人延伸和模仿人类智能的科学。人工智能技术经历了多年发展,已涵盖计算机视觉、知识图谱、生物特征识别、自然语言处理、机器学习等多个领域,将人工智能技术融入中学信息技术课堂是大势所趋。

一、人工智能技术对中学信息技术教学的影响

中学信息技术教学内容较为基础,重在夯实学生的基础知识、基础技能,这不可避免地导致教学内容少,与信息技术发展最新进展有一定差距。将人工智能技术融入中学信息技术教学,可为课堂教学融入新内容,拓宽学生视野,使中学信息技术课堂更具探究性。在中学信息技术教学中,编写程序是重要的教学内容,这也是人工智能技术的重要领域,学生在人工智能帮助下通过分析判断,利用计算机思维形成解决方案,能进一步提高学习效率。

在人工智能技术支持下,教师的教学模式选择、教学策略制订也更具灵活性。教师不但能选择更加多样化的教学方案,也能使课堂教学更具活力。例如,在语义分析技术支持下,教师可采取智能作业批改,有效减轻课下工作压力,将更多精力投入到教学备课、新教学手段研究中。人工智能技术的融入,也使得学习过程更加多元化,学生可借助人工智能技术实现信息系统搭建、编程、仿真等,学习效率明显提高。

二、中学信息技术教学渗透人工智能教育的策略

1.激发学生兴趣,提高学生认知

要想在教学中融入人工智能技术,必须先引导学生认识并接受人工智能技术。教师可通过对人工智能技术的介绍,让学生看到人工智能技术在生活中的实际应用范例,从而减少学生对人工智能技术的距离感、陌生感,并激发学生学习兴趣。

教师应做好人工智能技术科普,让学生感受人工智能技术的魅力所在。可借助生活中的人工智能技术,让学生发表一下自己看法和感受。例如,在《智能处理与编程》教学中,学生对所学内容比较陌生,对智能程序、智能设备接触少,学生学习基础较弱,就此尝试引入生活中的案例消除学生对知识的距离感、陌生感。像智能手机就涉及到很多人工智能技术,很多家用电器也涉及到很多人工智能技术,如扫地机器人可自动规划行进路线并避障等,并向学生提出问题:“为什么这些产品即使没有人操作,仍能自主行动? 联系本节课知识点说一说它背后的技术原理”。

教师要让人工智能知识变得生动、有趣。专业化的术语会让学生感到厌倦,如“聚类分析”“卷积神经网络”等概念是学生难以理解的,教师必须将抽象的内容具体化,复杂的知识简单化。教师可采取动画教学的方法,收集并展示智能产品的视频,如自动巡逻机器人、避障小车等,有效转化人工智能教学难点,让人工智能真正走进中学信息技术课堂。通过展示以上视频,引导学生认识人工智能的功能、优势,有效激发学生学习兴趣,使学生对开源硬件的应用场景有更多认识,起到较好教学效果。

2.多元教学方法,提升学生素养

人工智能时代下中学信息技术课堂的教学目标是培养学生的“硬技能”与“软技能”。“硬技能”是学生在特定学习领域、专业的能力,如计算机操作水平等,具有可量化、外显的特点。“软技能”则是一种内隐的,能被迁移到所有场合与职业的能力,如人的交往能力、辩证思维能力、发散性思维能力等。这是能对学生终身发展产生深刻影响的能力。教师应灵活选择教学方法,多角度培养学生素养。

一方面,采取问题驱动的项目化教学方法。通过问题驱动,设计与项目主题有关的问题,使学生在问题引领下主动探索和思考,从而促进项目实施。应注意的是,所涉及的问题要围绕项目这一核心,紧扣教学内容,不可过于抽象,也不可范围过大。例如,在以宣传冬奥会为主题的教学中,设计“设计冬奥会主题电子海报”项目,要求学生用所学图像编辑处理知识来设计,同时预留这样的问题:“海报设计需要设计哪些版块? 这些版块应如何分布? 每个版块应设计什么内容?”通过问题驱动引发学生讨论,在学生设计过程中,继续进行问题引导:“设计内容从哪里获取? 怎样才能设计得更美观?”在这样的引导下,学生分工明确,使用图像处理的滤镜功能进行美化。在学生制作完成后,再引导学生利用影像处理技术把制作出的海报制成微电影,使学生在参与中切身感受到人工智能技术的用处。

另一方面,采取活动探究式教学法。在探究活动中,学生以小组为单位围绕特定活动主题进行思考、操作,能有效培养团队合作能力、探究能力、思维能力。在《智能处理与编程》教学中,根据教学内容组织《智能机器人》和《人形机器人》探究活动(见图1),机器人是智能编程的前沿领域,代表了智能编程的发展方向。在活动中,先引导学生从理论角度了解机器人知识,再进行编程和应用,通过探究活动掌握简单传感器、反应器、控制方法,交流讨论人与机器人的关系,直面人工智能发展带来的挑战,增强学生社会责任意识、伦理意识。

表1 《智能机器人》《人形机器人》探究活动的内容

3.推动学科融合,展望学科前沿

多学科融合教育是现代教育发展的重要方向,这是由社会对综合性人才的需求决定的。在教学中应积极创新,把各个学科结合起来,让学生知识体系更为完善。例如,在《认识大数据》教学中,向学生展示“滴滴出行星云图”,学生很快发现这一图像与地理学科中的“胡焕庸线”完美重合,现代信息技术证明了胡焕庸线的地理价值;在《人工智能》教学中,教师可带领学生观看机器人在音乐声中翩翩起舞,体验到科技与艺术的完美融合,领略科技之美等。

中学信息技术教学以教材为核心,但教材上的知识点往往落后于现实中人工智能技术、信息技术的发展步伐,要想使学生始终紧跟技术发展步伐,就必须引入网络资源,对教材进行丰富和补充。以《智能处理与编程》教学为例,学生经过学习已对人工智能的概念有了一定掌握,为了进一步了解前沿知识,可引入一些科研案例,如围棋机器人阿尔法已多次在国际赛事中击败人类选手;又如,人工智能支持下的无人机蜂群可组合成各种阵型。这样的知识引入,让枯燥的信息技术更加有趣,学生对学科前沿知识也产生了更多理解。

同时,教师还应引导学生认识到人工智能技术、信息技术对推动人类社会发展的巨大价值,也要引导学生认识到不合理应用人工智能技术可能引起的负面影响,并组织学生讨论。例如,在《认识大数据》教学中,要带领学生看到科技的强大力量,也要从“安全与隐私”等方面引导学生客观看待信息安全问题,提高学生个人信息保护意识,为未来数字化生活做好准备。

4.完善课程评价,配备设备设施有效的课程评价能发现教学中存在的不足,为后续反馈和改进提供帮助。在评价内容选择上,教师应根据教学过程、任务完成度等进行综合评价,如评价学生的基础知识水平、问题解决能力、创新创造能力等。例如,表2展示了探究活动《智能机器人舞蹈》学习活动的评价内容。

表2 《智能机器人舞蹈》评价内容

在评价方式选择上,要采取多评价主体的方式,由学生、家长、教师分别进行评价,并将学科活动成果、创新成果在互联网平台上展示出来,不断提高评价的客观水平。

当然,要想真正让人工智能技术融入中学信息技术课堂,单靠理论教学是不够的,学校还应完善人工智能教学所需设备,让学生亲身体会人工智能。学校应为学生提供计算机、信息系统、智能识别器等硬件设备,满足人工智能教学基本需求。也可经常举办人工智能相关知识讲座、交流会等,或邀请专业的人工智能团队向学生展示人工智能作品,普及人工智能技术知识。

三、结语

推动人工智能技术与信息技术教学的融合,是教育工作者应积极面对、认真思考的重要课题。随着新一代人工智能技术的成熟,人工智能技术与教育生态系统融合后的新模式、新功能,必会对教育教学工作产生重要影响。教师必须不断寻找先进教学模式,结合人工智能技术提升中学信息技术教学实效,引导学生在学习中思考、操作、实践,帮助学生踏上新时代新征程。