新课标下初中信息科技课程教学任务的设计策略——以 “人工智能模块” 为例

季佳奇，王海燕，张 伟

（1.吉林师范大学数学与计算机学院 吉林 四平 136000 2.长春大学计算机科学技术学院 吉林 长春 130022）

对成长在新时代的学生而言，信息科技课程的重要性毋庸置疑，其中的人工智能模块更是帮助其了解和适应未来智慧社会的基础。根据新课标中信息科技课程人工智能模块的逻辑主线，人工智能内容在前三个学段是以铺垫为主，无明确的教学要求；在初中学段则正式开始教学，学生逐渐理解机器计算与人工计算的异同（计算思维），具有将创新理念融入自身学习、生活的意识（信息意识），能积极主动地应用信息科技高效地解决问题（数字化学习与创新），能反思如何正确对待人工智能所带来的伦理与安全挑战（信息社会责任）[1]。为了更好地达到以上教学要求，初中信息科技课程采用项目驱动式教学较为合适。

项目学习强调学科的综合，强调学习者之间的合作，主张让学生在真实情境中主动探索，培养学生的搜集处理信息能力、跨学科知识学习运用能力、解决问题能力以及交流合作能力[2]。在此模式下，本文针对初中信息科技课程中的人工智能模块的教学任务提出一些设计策略。

1 任务背景：真实性与趣味性

2022 年版义务教育新课标明确了信息科技课程理念，倡导真实性学习，强调情境创设，注重学生参与度。学生的课堂状态直接影响着教学效果，因此，设置任务背景时，应关注任务的趣味性，注意选取学生喜欢和好奇的活动任务，吸引学生的注意力，为学生提供丰富有趣的活动体验，给学生留下深刻的印象，促进学生主动学习和参与活动，营造出轻松愉快的学习氛围，进而提高信息科技课程的教学效果。

例如，在了解人工智能中图像识别功能的实现方式的学习中，经常出现 “手写板数字识别” 主题学习，但学生对识别普通数字的兴趣不高，他们感觉不 “酷” ，研究劲头不足。若将主题换成 “ShadowPlay：AI 皮影戏” ，则形态各异的人物皮影、动态的戏剧情节，能使学生的兴趣有很大的提高。教师先向学生展示传统皮影戏的图片等资料，询问学生 “这是什么？它是怎样操作表演的？” 学生由此先对传统皮影戏有初步了解，知道它们是由艺人们操纵；教师进一步提出AI 皮影戏的存在，给出上海龙美术馆AI 体验展的相关视频以及其他AI 皮影戏相关图片等资料，提出 “如何实现AI皮影戏” 的问题，从而展开本节课的探究学习。同样是识别图像，传统皮影与前沿的AI 技术相融合，会让学生感到新奇，自发地想要探究其实现的原理和方法，自然开始相应知识内容的探索学习。选择 “ShadowPlay:AI 皮影戏” 作为任务背景，既展示了我国传统文化，又让学生了解了AI 体验展会的存在，并感受到人工智能的魅力以及人工智能技术的广泛应用。

创设教学情境要遵循学生学习的心理规律，从学生已有的认知结构、生活经验和学习环境出发，根据教学内容系统、科学地进行，并做到过渡自然、恰到好处[3]。因此，任务背景的选择和设置是开展好教学活动的重要开端，一个真实有趣的任务情境能吸引学生的注意，提高学生的探索欲和学习参与度，让学生主动开展学习研究，从而提高教学效果。

2 任务设计：结构化与灵活化

在项目驱动式教学中，任务设计是关键。通过抛出问题或设立小环节等方式，辅助学生将项目问题分解、抽象，引导学生逐渐构建起解决问题的思维路径。教师把握整个项目的完成过程，将任务设计结构化。例如，对于 “ShadowPlay:AI皮影戏” 项目，在实现过程中首先将视频每一帧存为图片并使用检测图片人物骨骼关键点的模型，然后把皮影素材映射到人体姿态，再合并所有的图像形成皮影动态视频。教师引导学生思考AI 皮影戏的操作步骤和显示内容是什么，得出操作和显示过程：①输入人物动态视频；②显示皮影姿势图片；③播放皮影动态视频。针对以上三个部分抛出相应问题：输入的人物动态视频要进行怎样的处理？如何显示出皮影姿势图片？怎样形成皮影的动态视频？通过问题引导学生思考，帮助学生将AI 皮影戏问题分解成三个结构模块，学生经过讨论思考，结合教师给出的相关材料，得出三个问题的答案。同时，学生也明白了AI 皮影戏实现的流程：将视频每一帧存为图片，使用检测图片人物骨骼关键点的模型，皮影素材映射到人体，合并图像形成皮影动态视频。

在任务设计的结构框架中，要同时重视学生的主体性，发展学生的独立思考能力，分解出的各个最小问题不宜强硬固定顺序。例如，在AI 皮影戏的实现过程中有使用检测图片人物骨骼关键点模型的环节，这要求学生了解人体骨骼关键点检测模型的工作包含什么内容。人体骨骼关键点检测模型要进行的主要工作：行人检测（查找输入的图像中是否含有人体图像）、图像预处理、人体骨骼关键点特征提取、人体骨骼关键点检测。若任务设计时直接按以上四个步骤规定好，给出四个空白答案区域，学生则被动接受了问题答案是四个步骤，缺少思考—发现问题—反思这一过程，不利于培养学生的计算思维。在设计任务时应该更加灵活，将答案区域设计为一块空白，同时将提供给学生的与四个步骤相关的资源打乱顺序，要学生按照自己的思路搜寻所需资料连成一条线。而为避免出现因学生思考不够周全，只有少数学生得出正确答案的情况，则在相关资料后面增加 “小助手” 部分。比如，学生拿到相关资料后，一般直接去看题目为人体骨骼关键点检测的内容，而这部分只是最后一个环节，是模型已经完成特征提取后，开始对照检测的部分。学生通过阅读注释了解模型功能后会想到特征提取，再去查找特征提取的资料，而在特征提取相关内容下关联上 “提取过程中常遇到的问题” ——提示学生存在提供图片中不含人体或图像噪声大的情况，学生就会意识到检测过程中需要先对输入的图像作技能型检查和处理。这种方式可侧面引导学生思考，从而将整个过程渐渐完善，在资料下可以附上相关内容的具体页码或位置，方便学生快速查找。

3 任务过程：自主学习与协作探究

2022 年版义务教育新课标强调教学要充分重视培养学生自主学习的意识和能力，支持学生在数字化学习环境下进行自我规划、自我管理和自我评价，鼓励 “做中学” “用中学” “创中学” ，凸显学生的主体性[4]。义务教育新课标总目标提出，要提高学生数字化合作与探究的能力。在协作探究中，学生会看到不同思考和解决问题的方法，能受到启发，提高完善自己的学习方法，并通过相互探讨，更快速解决遇到的问题，提高效率，认识到互帮互助的重要性，培养合作意识。

促进学生自主学习，提高学生参与度，需要采用先个人学习，再带着问题和成果团体探究的模式，这需要分别设计个人和小组的结果汇报书。例如，在 “ShadowPlay:AI皮影戏” 项目中，学生分析项目后将其划分成三个模块来逐一实现。教师针对三个模块给出不同的计划书，模块一中要探究检测图片人物骨骼关键点的模型设计问题。首先，教师结合学生的学习水平与能力进行分组，保证小组内有2 名以上能力较强的学生，确保协作探究的质量，每组人数在4 人到6 人，人数过多会导致小组的组织难度较大。然后，教师给每个小组提供一份 “小组设计书” ，再给每个学生提供一份 “我的设计书” 。学生首先通过自主学习，了解人工智能模型建立的大体步骤，完成 “我的计划书” ，同时将学习中发现的问题记录下来，标注是否解决。然后，小组开始协作探究，每个成员分别讲述自己的设计，其他成员边听边对比自己的内容，找出不同之处，一起探究最佳的结果。小组成员在讨论过程中，逐一提出在自主学习时遇到的问题，总结出最佳的结果后共同完成 “小组设计书” 。在这个过程中，每个学生都有自己的学习与思考，不同的学生发现的问题也各不相同，能够给彼此提供新的发现或产生新的思路，这更能提高学生合作的意愿，形成合作意识，发展创新精神，使整个任务过程处于不断思考和积极交流的氛围中。

4 任务评价：过程性评价与素养导向

义务教育新课标强调要改进教学评价，以评价促进核心素养的落实，明确提出要强化素养导向的多元评价，以评促教、以评促学，保证 “教—学—评” 一致性[5]。因此在课程中，教师要重视过程性评价，把握好学生小组的学习状况，及时给予有效反馈。例如，学生使用的数字化设备出现问题或遇到网络安全问题时，教师要及时指导。在 “Shadow-Play:AI 皮影戏” 主题学习中，教师组织小组在每一个探究环节结束后进行汇报，其内容也不能局限在简单地展示当前成果上，更要汇报探究的过程，包括搜寻了哪些资料、发现了什么问题、解决问题的方法等。这个汇报属于表现性任务，要求学生将以上内容进行整合，形成一份表述书，通过写表述书对整个探究学习的过程进行回顾和梳理。这样的汇报材料能够更加清晰地展现出学生在完成任务时的思维过程，教师可以根据探究轨迹深入了解学生的思路，便于给出精确的点拨指导，同时，通过对比各个小组的表述书，分析学生各自遇到的问题，教师也能掌握整个探究学习中的难点和易错点。这也能用来比较不同学生的思维过程，直观地展示出各个学生的探究能力水平，教师也可以据此适当调整人员分组，布置更适合学生能力水平的任务。

学生评价并非简单自评和对其他小组汇报成果进行评价，而是对自己在自主学习、小组合作探究的表现及对其他小组的成果、解决问题的思维过程进行评价。首先，在学习探究结束后，教师提供评价表，给出评价细则，不同表现对应不同分值。然后，学生对自主学习和协作解决问题中自己和队友的表现评分；小组汇报结束后，学生再依据其他小组对探究过程的汇报，评价其解决问题的思路方法。如此，学生不仅学习了课程知识，还在评价过程了解和学习解决问题的不同思考方式，拓宽思路；通过评价其他小组的解决过程，在对照比较和反思中提高自身解决问题的能力，实现以评促学。

5 结语

综上所述，随着信息科技逐步深入社会各个领域，信息社会发展需要具有科学技术素养的人才，对青少年进行信息科技教育愈发重要。课堂教学中的任务设计要重视背景、结构、过程和评价四个方面，以学生为主体，设置真实有趣的任务背景，设计灵活性与结构化并重的任务，进行素养导向和过程性评价。现今义务教育新课标对初中信息科技课程人工智能模块内容进行了新的设计与组织，对应的课程设计和教学实践尚有很大探索空间，如何更好地设计课程，选择合适的教学模式与方法，培养学生的核心素养，让我国新一代少年能安全、积极地融入信息社会，还需要教师不断思考与研究。