学科大概念背景下高中信息技术教学设计研究

摘要：本文以“人工智能的产生与发展”为主题，将数据、算法、信息社会等学科大概念贯穿其中，基于翻转课堂创设情境引入人工智能，以小组合作形式厘清人工智能基本内涵，以任务驱动为核心探究生成式AI体验活动及其原理，以任务拓展为延伸辨析人工智能的未来，以核心素养评价为抓手开展多元评价，构建了体验式的创新实践课堂，以期能够实现学科大概念牵引下的核心素养的真正落地。

关键词：学科大概念；核心素养；人工智能；生成式AI

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）15-0048-04

随着《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）的落地与实践，学科大概念成为信息技术教师所关注的重点。笔者在教学中，也努力将学科核心素养渗透在课程的各要素中，以期能够对学科课程进行一体化架构设计。下面，笔者以《人工智能的产生与发展》一课为例，以情境导入、基础巩固、任务驱动、任务拓展以及总结评价五个环节为教学实施流程，尝试构建创新式的人工智能课堂模式（如图1）。

笔者基于学科大概念的教学思路，将《人工智能的产生与发展》一课的学习目标设计如下：①了解人工智能的概念与发展历程，能针对典型智能系统分析其主要采用的人工智能方法。（信息意识）②体验人工智能的实际应用，能运用生成式AI工具完成实际问题的解决，采用合适的算法剖析生成式AI的基本工作过程，并迁移到其他相关的问题解决过程中。（计算思维）③辩证地分析人工智能技术带来的发展与挑战，树立正确的对待人工智能的态度，形成积极推动人工智能健康发展的理念。（信息社会责任）

巧设情境，利用翻转课堂引入人工智能

课前，学生预习教材，学习人工智能相关知识，并结合《人工智能简史》视频，写下对人工智能的理解及其背后发展历史变迁的感悟。在教学伊始，教师请学生代表上台发言，阐述关于人工智能概念的描述，展示绘制的人工智能发展历程图。

设计意图：通过翻转课堂、视频创设情境的形式，将学生引入到人工智能学习的情境中，激发学生对人工智能历史的探究兴趣，为新授课做铺垫。

头脑风暴，厘清三大主义与驱动因素

活动1：以四人一小组为单位，阅读教材相关页面和查阅课外资料，针对三大研究人工智能的方法，即符号主义、联结主义和行为主义，讨论以下问题：

①三大人工智能主义的核心观点是什么？

②三大人工智能主义对应的研究应用领域有哪些典型的成果和代表人物？

③三大人工智能主义有哪些局限性？

活动小结：通过小组合作的方式，厘清课内关于三大人工智能主义的概念及其应用，形成对人工智能的初印象。

活动2：引导学生思考人工智能跌宕起伏的发展历程背后，是哪些重要因素驱动其发展。

学生观看课程资源包中人工智能专题人物的介绍，并通过头脑风暴的形式归纳驱动因素。

活动小结：学生从课程资源包中了解到，大规模数据集为AI模型的训练提供丰富资源、神经网络算法和训练神经网络模型以及GPU为模型训练提供强大算力支持等系列研究，使得AI在21世纪再次迎来爆发式增长，由此归纳出人工智能发展的主要驱动因素是数据、算法和算力。

设计意图：采用小组合作探究的方式辨明课内最重要的三大人工智能主义的相关知识，通过头脑风暴的方式，调动学生探索问题的积极性，激发学生探寻影响人工智能发展的主要驱动因素的动力。

任务驱动，体验AI应用，剖析人工智能

任务1：多维度分类人工智能，体验生成式AI

学生通过课程资源包，了解大模型技术，认识人工智能产品形态从单模态到多模态、跨模态的演变，从辨别式AI到生成式AI，逐步走向通用式AI的发展历程。

教师引导学生在线体验生成式AI。在体验前，教师讲解页面使用、提示语和关键词标记等功能，提供以下五种AI体验思路，要求学生任选一种完成，并交流展示体验结果。

①体验AI辅导错题并指出错题涉及知识点，生成同类型不同难度梯度题集（如图2）。

②上传一篇教师批改过的英文作文，请AI批改，指出作文的不足之处并加以指正，将最终生成的结果与教师的批改结果进行对比。

③利用AI编写一个基于Flask框架开发的网站程序，实现简单的论坛功能。

④请AI帮你书写一份高中生职业生涯规划，需结合个人实际。

⑤与AI在线进行关于高中生活的感想交流，模拟“树洞”功能。

任务小结：学生交流讨论体验过程中的心得体会与遇到的问题。教师总结：在体验过程中，生成式AI表现大致良好，AI出现的可能给出前后矛盾或逻辑上不连贯的回答及其他幻觉现象等问题，是由于大模型的训练还在初级阶段，获取的数据资源也相对有限。引导学生注意对基础知识的学习，以便更好地鉴别AI生成的内容。

设计意图：将体验生成式AI与日常的学习生活相结合，设定其角色为学习辅助工具，通过任选项目体验，引导学生意识到现阶段的生成式AI仍然存在一定的局限性，不能一味依赖智能技术。

任务2：用算法解决问题的过程—剖析生成式AI的基本工作过程

①提出问题—通过在线体验活动，你能总结出生成式AI生成内容的机制与特点吗？

教师补充关于生成式AI对用户输入、数据处理，以及数据输出背后涉及的自然语言处理、对话管理系统、生成式对话等相关技术，学生结合刚才的AI体验心得，总结生成式AI以多轮对话为基础的运行机制与特点。

②设计算法—通过分析生成式AI的运行机制，梳理生成式AI的基本工作过程。

围绕算法的特征，遵循算法设计的三要素，引导学生运用刚才讨论的生成式AI的运行机制和特点，采用“自顶向下，逐步细化”的结构化程序设计思想，对算法进行细化，初步将算法分为用户初始化对话阶段、内容处理呈现、多轮对话循环控制、最终内容输出阶段。

③描述算法—流程图设计，展现生成式AI的基本工作过程。

在描述算法的过程中，通过思考和讨论，学生可以进一步理解流程图的设计理念，最后一致决定采用循环结构型流程图来描述生成式AI基本工作过程，最终绘制的流程图如图3所示。

设计意图：通过任务驱动的方式，让学生在项目设计实施中了解AI大模型的特点，掌握AI大模型的一般现实用法，在不断思考与讨论的过程中，实现计算思维核心素养的落地并提升。

任务拓展，正方反方辨析人工智能的未来

问题情境一：有同学认为生成式AI可以直接根据需求生成图片、文本、视频甚至代码，那就意味着我们不需要再学习相关知识，以后遇到问题都让AI来解决。

问题情境二：不少科学家紧急叫停超强AI的研发，呼吁将AI系统的训练暂停六个月，理由是对社会和人性存在潜在风险。对此，你认为未来人工智能是否会失控？是否有可能“觉醒”，反抗人类，甚至伤害人类？我们需不需要停止人工智能的发展？

针对上述观点，请随机分组成正反两方，正方为支持人工智能发展并且代替人类大部分工作，反方为抑制人工智能的发展并且大部分工作仍然由人类代替，请两方准备三分钟后派出代表进行辩论发言。

教师记录两方的主要观点，分享对此问题的看法，强调知识学习的重要性，以及生成式AI作为工具服务于人、提升效率的特点。

设计意图：信息技术学科大概念中的“信息社会”着重探讨了信息技术发展对人类社会产生的重要影响，人工智能是社会发展的一个趋势，其在发展过程中有利有弊，引导学生以理性和客观的态度看待生成式人工智能带来的影响，树立今后合理使用生成式人工智能的意识，并积极推进其发展。

总结评价，设计评价体系，开展多元评价

在课程结束后，师生交流互动，并回顾总结本课所学内容，笔者设计了课程评价量表，如下页表所示。

设计意图：引入以学科大概念为内核的solo分类评价方法开展多元评价，有助于追踪每个学生完整的学习过程，力求全方位、多层次对学生实现及时的评价，争取让绝大部分学生通过努力，获得最大限度的学习成就。

成效与思考

笔者对开展创新实践课堂的班级展开课后问卷调查，了解学生对生成式AI的掌握情况，结果显示93%以上的学生能够成功使用生成式AI基本完成课堂任务，90%的学生发现人工智能目前存在局限性需要人工辅助，96%的学生认为会在今后的学习生活中运用到生成式AI技术。结果表明，本课的教学让学生对人工智能有了正确而又深刻的“新的认识”，学习水平由原先传统的人工智能教学模式下的第一层次的“了解水平”，逐步发展到第三层次的“应用水平”。但问卷调查结果也显示，仍然有两类学生对人工智能的态度不够正确：一类学生是对生成式AI的工具使用不够熟练，不理解，表示不感兴趣甚至抗拒；另一类学生内心对人工智能过于美化，认为AI可以代替人类完成所有任务，没有认识到智能工具的局限性。因此，在实际课堂中，教师应注重对这两类情况的把控，及时对问题进行引导，启发学生思考人工智能的未来，培养思辨精神，形成正确的人工智能价值观和伦理观。

结语

本文基于大概念背景对高中信息技术课堂进行创新设计，课程设计内容围绕学科大概念主线的结构化知识展开，采用多种形式的授课方式，构建了针对高一学生从AI初识到AI创作再到剖析AI的学习体验，体现了以学生为中心的创新实践理念，通过优化知识体系，在内容连贯的整体中构建知识，促使学生真正把浅层学习转变成深度学习，把所学的内容转变成解决问题的计算思维能力，从而实现从知识到素养的转变。

参考文献：

张宏辉，杨晓慧.项目式学习在高中通用技术电子控制课堂中的应用——以“电热水壶电子控制设计”项目为例[J].中国现代教育装备，2021（03）：50-53.