基于设计思维的初中人工智能教学实践

【摘 要】基于设计思维的初中人工智能教学模式以增强体验性为整体教学目标，构建教学流程，让学生在感知体验、原理解析、设计制作与交流评价的过程中感受人工智能的魅力、理解原理、探究应用。

【关键词】人工智能教学；设计思维；教学模式；体验性

【中图分类号】G434  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2023）52-0036-03

【作者简介】杜沁仪，江苏省常州高级中学（江苏常州，213004）教师，二级教师，主要研究方向为人工智能教学。

随着智能时代的到来，人工智能教育受到了国家的高度重视。2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确我国应在中小学阶段设置人工智能相关课程。2022年4月，教育部印发《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，要求在初中阶段设置人工智能相关内容。审视当前初中人工智能教学现状，教师缺少相应教学策略，大多仍沿用传统讲授式教学模式。然而初中人工智能教学的内容与目标有新生性与特殊性，传统教学模式难以促进目标有效达成，因此通过改进教与学的形态来提升学习效果成为亟须深入研究的重要问题。设计思维是一种在现实问题解决中，综合运用知识，创造性解决问题的思考方式，为初中人工智能教学提供了一个新视角。鉴于此，本研究从设计思维视角切入，围绕初中人工智能教学目标，建构基于设计思维的初中人工智能教学模式。

一、基于设计思维的初中人工智能教学模式构建

（一）模式构建的总体思路

1.以增强体验性为整体教学目标

初中阶段的学生对未知事物抱有强烈的好奇心，喜欢动手实践，倾向于开展具有多种刺激因素的学习。初中人工智能教学的目标是通过感知、体验、创作等活动，帮助学生感受、理解、探究人工智能，并适应智能时代的工作与生活，为智能领域的专业人才发展奠基。知识具有体验属性，需要学生亲身感知，从而实现知识内化、素养生成。

2.基于设计思维模型构建教学流程

在实施策略方面，设计思维模型使得基于设计思维的学习过程有依据。不等同于设计流程，设计思维模型展现了设计过程的有序性与可操作性，并从宏观上明确了各环节所处的地位与相互关系。本研究经过对EDIPT模型构成要素与各阶段内涵的分析，发现EDIPT模型能够为初中人工智能教学单元化递进式活动的设计与实施提供有效指导。

3.采用单元教学设计统整学习活动

单元是教师以整体性视角重组教学内容后，形成的具有鲜明主题、清晰主线和紧密结构的教学单位，意味着以全局性的视角看待课时。采用单元教学设计统整学习活动的意义主要体现在两个方面：一是能够围绕单元教学目标将初中人工智能的学习内容、活动、评价等要素相互关联融合，有利于学生对于学科内容的完整深入感知；二是能够围绕一个劣构的真实性核心任务设计递进式学习活动，为问题解决的迭代优化创造空间。

（二）初中人工智能教学模式构建

本研究以增强体验性为整体教学目标，基于设计思维模型构建教学流程，采用单元教学设计统整学习活动，最终形成了基于设计思维的初中人工智能教学模式（如图1所示）。

本研究基于EDIPT设计思维模型的五个核心要素以及初中人工智能教学活动的特征，构建了四阶段活动设计、学生活动和教师支持三个维度的教学实践，这是一个整体性、单元化、非线性螺旋上升、循环迭代的过程。当任何一个活动阶段出现问题，师生都应返回到可能导致问题的阶段重新开展活动。面对不同的学习内容，当前模式需要根据实际情况发生相应变化，某些流程会被省去，或是流程与流程之间有重叠，流程之间的顺序有变更。此外，初中人工智能教学的顺利开展还需要线上线下一体化的人工智能学习空间提供必要的资源保障。具体而言，该模式的教学过程如下。

1.感知体验

感知体验是学习人工智能的第一个环节。教学过程中，建议使用生活中的产品让学生亲身操作体验，直观感知这项技术是什么，有什么作用，能怎么使用。基于本阶段的感知体验，学生能够更加深入地思考要如何运用这一项技术解决自己发现的问题。教师可以结合实际教学情境，组织角色扮演、场景模拟、互动采访等多元化活动，帮助学生明确受众需求与问题本质，形成本单元学习探索的目标，提升学生的洞察力、观察力与同理心。

2.原理解析

原理解析阶段注重学生基于实践操作的原理理解与运用。在学生实践过程中，教师不能过多干预，让学生用“看说明书”代替“过程探究”。仅仅陈述或总结归纳实验环节与技术要点，缺少试错、分析、调整等深度思考，随着问题情境的变化，学生将难以激发出新的思考，陷入学过的知识想不到、不会用的境地。同时，当问题解决陷入困境时，需要教师组织头脑风暴、小组协作、科学探究等活动，帮助学生为后续的原型构建提供支撑。

3.设计制作

原型制作与测试是由创意发散、计划构思向创意聚敛、实践操作汇聚的过程。原型制作以解决方案快速具体化为基本方针，可以是产品的简略结构，也可以是问题解决过程的简单模拟。本阶段活动以学生自主实践为主，在循环迭代中优化创意产品，借助用户反馈清单、产品优缺点分析图等工具快速定位改进方向，进行持续探索。教师需要扮演教练员和指导员的角色，及时提供支架（如參考资料、平台工具、操作指南等），推动问题解决进程。

4.交流评价

人工智能教学采用过程性与总结性相结合的多元主体评价形式，尊重学生差异，以“弹性”量尺度量学生知识与能力的增长情况。融合质性与量化评价数据，例如学生投票、用户使用体验、习题测验、人工智能课程学习评价量表、课堂观察记录表、课堂录制视频以及学习互动平台数据等，充分发挥评价的鉴定、导向与激励作用。

二、基于设计思维的初中人工智能教学实践案例

（一）案例设计

“智能语音”是初中人工智能中“听”这一部分的单元综合课程，在基于设计思维的初中人工智能教学模式与逆向教学设计理论的指导下完成该案例设计。

（二）案例实施

本次案例实施的对象为20名七年级学生，时间持续一个月。课前访谈发现，学生对智能语音技术的应用基本有直观体验，对这部分知识兴趣浓厚。案例实施主要包含四个阶段。

1.感知体验。学生“说”方言，“听”方言，观看宣传片，接着借助电脑与智能机器人体验技术应用。2.原理解析。学生观看技术原理动画，概括技术实现过程并实践体验，接着以小组为单位构思方言保护的实施方案。3.设计制作。学生自主实践，制作方案原型。教师为学生提供个性化支架，引导学生迭代优化原型。4.交流评价。各小组介绍原型实现的功能、创新点以及探索历程，结合反馈优化作品。

（三）教学效果

本次实践主要采用人工智能教学实施效果问卷，对学生及听课教师进行非结构式访谈，作品质性评价和基础知识测验四种途径进行评价。从教学效果来看，该模式对初中人工智能课程学习产生了积极效果。

初中人工智能教学致力于促进学生对人工智能应用的深度体验以及对原理的深刻理解，从而进一步提升深入探究的浓厚兴趣。研究证明，学生对基于设计思维的初中人工智能教学模式满意度较高，并且取得了积极的情感体验，能够有效掌握相关知识与技能。在实践过程中发现以下两个问题：一是学生差异较大，存在小组个性化指导不及时与组内成员“搭便车”的现象；二是学生并未充分理解各学习环节的核心任务，特别是设计制作环节不明确应该以何种形式制作并测试产品原型。

未来将开展系统化、规模化的教学实践，完善教学模式评价方式，推动实践过程迭代优化。此外，如何在教学实践中基于差异促进学生个性化发展，如何帮助学生更快适应该模式下的教学活动以及该模式中各环节动态变化的过程有何规律等问题还有待进一步深入研究。责任编辑：金茂喆