初中信息科技人工智能课程的开发与实践

2023-10-14谢万荣江苏省南京市溧水区第一初级中学

中国信息技术教育 2023年18期

谢万荣江苏省南京市溧水区第一初级中学

随着科技的快速发展，人工智能技术的广泛应用对人们的工作和生活方式产生了深远影响。初中阶段是学生发展信息科技人工智能技能的重要时期，开发与实践信息科技人工智能课程，可以提高学生的科学素养、创新思维和问题解决能力，为他们未来的学习和职业发展奠定坚实基础。[1]本文提出的信息科技人工智能课程是笔者所在学校基于实际情况开发的校本课程，旨在培养初中学生在人工智能领域的核心能力和素养。通过该课程的学习，学生将掌握人工智能的基本概念、原理和应用，以及相关的工具和技术。

●初中信息科技人工智能课程开发

1.课程目标

理解人工智能；掌握使用工具和技术；发展创新思维和解决问题的能力；培养团队合作和沟通能力；培养伦理和社会责任意识。

2.课程内容

人工智能基础：介绍人工智能的基本概念、分类和发展历程。

数据与算法：学习数据的获取、处理和分析方法，以及常用的机器学习算法和技术。

工具与技术：掌握使用工具的基本应用，如数据处理工具、编程语言和开发环境。

人工智能应用领域：探索人工智能在图像识别、自然语言处理、机器人技术等领域的应用案例。

伦理与社会责任：讨论人工智能的伦理问题，思考人工智能的社会影响和应用的社会责任。

3.课程结构

初中信息科技人工智能课程旨在逐步引导学生从基础概念到实践应用进行全面掌握[2]，以下是课程的主要模块。

基础知识模块：学习人工智能的基本概念、原理和基础技术，包括机器学习、深度学习、数据处理和算法基础等。

技术应用模块：学习并应用信息科技工具和技术，如编程语言、开发环境和数据处理工具，通过实践项目掌握技术应用的方法和技巧。

应用案例模块：学习人工智能在不同领域的应用案例，如图像识别、自然语言处理和机器人技术等。通过实际案例的学习，培养应用思维和创新能力。

伦理与社会责任模块：思考人工智能的伦理问题和社会影响，讨论如何正确应用人工智能技术，并培养社会责任意识和道德判断能力。

4.教具选择

开展初中信息科技人工智能课程的教学，教具的选择至关重要。笔者根据实际情况选择了适合本校初中学生使用的教学工具。

教学资源：利用开放的在线资源，如教育平台、人工智能学习网站和虚拟实验平台，提供丰富的学习资料、实践机会和交流平台，拓展学习渠道。

编程工具：选择适合的编程工具，如Python等，通过编程实践理解和应用人工智能技术，同时培养计算思维和问题解决能力。

相关硬件：Arduino控制板、传感器（超声波、声音、温度、气体、语音识别传感器等）、通信模块、数据连接线等。

5.项目设计

为了增强学生的实践能力和应用能力，课程开发引入了一系列实践项目，如：①图像识别项目。使用图像处理技术和机器学习算法，开发一个简单的图像识别程序，用于识别物体或进行图像分类。②聊天机器人项目。设计和开发一个简单的聊天机器人，利用自然语言处理技术进行对话和回答问题。③数据分析项目。收集实际数据，并运用机器学习算法进行数据分析和预测，从中获取有价值的信息。④创新设计项目。鼓励提出创新的人工智能应用想法，并实现自己的创意项目等。

●初中信息科技人工智能课程实践

1.优化课堂教学方式

不同教学内容应采用不同的教学方式、方法，在人工智能教学中教师可采用的教学方法如下。

探究式学习：通过引导学生提出问题、探索和实践，激发他们的学习兴趣，提升他们的自主学习能力。

跨学科项目式学习：组织学生参与实际项目，如设计人工智能程序或开发简单的应用，让学生在实践中运用所学的各科知识和技能。

小组讨论与合作学习：通过小组讨论、合作项目等形式，促进学生之间的交流与合作，培养团队合作和沟通能力。

2.加强项目实施指导

实践项目是初中信息科技人工智能课程中的核心环节，要让学生通过设计和实施具有实际应用场景的项目，能够将所学的知识与技能应用于解决真实世界的问题。例如智能机器人控制项目，要求设计和编程一个智能机器人，让其能够执行特定任务，如寻找物体、避障或进行环境监测。在实际教学中，教师可引导学生使用Arduino控制板和传感器组装一个小型机器人，通过编写程序实现其自主导航和任务执行的功能。又如数据分析与预测项目，要求学习数据分析和机器学习的基础知识，并选择一个实际数据集进行分析和预测。教师可引导学生使用Python的数据分析库和机器学习算法，对社交媒体数据进行情感分析或对销售数据进行销量预测。通过这些实践项目，学生能够将课堂所学的理论知识与实际问题解决相结合，提高了他们的动手能力、创新思维和解决问题的能力。

3.引导学生自主学习

调动学生的参与积极性和学习兴趣是初中信息科技人工智能课程成功开展的关键。在教学实践中，教师可采用多种方法激发学生的学习兴趣。例如，在学习机器学习算法时，给学生提供一个真实的数据集，引导他们使用算法预测和分析数据，引导学生观看与人工智能相关的纪录片、TED演讲或参观科技公司的展览，拓宽他们的视野；在学习深度学习算法时，引导学生选择感兴趣的主题，并自主学习和研究相关的论文和资源，以探索更深入的理解和应用；组织编程比赛，让学生在限定时间内完成特定的编程任务，并评选出最佳解决方案等。

4.多元评估与反馈

初中信息科技人工智能课程需要建立合适的评估与反馈机制，以有效评估学生的学习成果和进步，并提供及时的反馈和指导。在实践中，教师可采用项目评估、作业和考试、口头报告和展示、同行评价等评价方式，从多个角度对学生的学习成效进行评价。同时，还定期提供个别和集体反馈，指导学生改进和进一步发展。通过评估与反馈机制，学生能够了解自己的学习进展和表现，并得到及时的指导和支持。同时，评估与反馈也为教师提供了了解学生学习情况的依据，有助于调整教学策略和课程内容，以满足学生的学习需求。

5.培养创新思维与问题解决能力

信息科技人工智能课程实践应重视培养学生的创新思维和问题解决能力。在教学中，教师可采用多种方法来培养学生的创新思维和问题解决能力。[3]

例如，给学生设计一系列挑战项目，要求他们通过创新思维和合作解决实际问题，如设计智能交通系统、开发智能家居等。又如，引导学生采用设计思维方法，从用户需求出发，通过观察、理解、思考和反馈，提出创新的解决方案。再如，引导学生面对开放性问题，鼓励他们从多个角度思考和分析问题，并提出自己的独特见解和解决方案。

6.培养学生团队合作与沟通能力

在信息科技人工智能课程中，培养学生团队合作与沟通能力是非常重要的。教师在课程实施中，可采用诸多方式培养学生的团队合作能力与沟通能力。例如，组织学生进行项目展示和评审，让学生从其他小组中学习和借鉴经验，促进彼此之间的学习和成长；在小组合作中，给每个成员分配不同的角色，如项目经理、程序员、设计师等，让学生在团队中发挥各自的优势和专长；组织合作学习活动，如讨论会、问题解决小组等，鼓励学生在小组中相互讨论、分享思路和解决方案。通过团队合作和合作学习，学生学会了倾听他人意见、协商解决问题、共同合作完成任务，这不仅有助于培养团队合作能力和社交技能，还为将来的职业发展打下基础。