基于真实情境的初中人工智能微项目课堂教学探索

【摘 要】本文以“AI守护校园安全：探秘机器学习”一课为例，结合信息科技学科核心素养，发掘基于真实情境的人工智能微项目案例，积极探索初中人工智能教学路径，对如何在初中信息科技课程中创设真实情境、合理设计微项目进行了阐述。

【关键词】真实情境；微项目；人工智能；机器学习

【中图分类号】G434 【文献标志码】B

【论文编号】1671-7384（2024）08-047-02

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）提出，信息科技课程核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任[1]，课程内容应体现时代性，注重理论和实践并重，倡导基于项目的学习方式，通过真实情境，让学生参与信息科技知识的沟通、共享、合作与协商，体验知识的社会性构建，提升信息科技学科核心素养。新课标人工智能模块的内容要求是初步了解人工智能的基本概念和应用，描述典型人工智能算法的实现过程，搭建简单的人工智能应用模型，感受人工智能实现过程，运用算法解决问题，关注人工智能带来的环境和人文问题，具备人工智能安全防护能力，并增强利用智能技术服务人类发展的责任感和使命感。

真实情境与微项目

1.真实情境

基于真实情境的教学是一种以真实的场景、事件和问题为基础的教学方法，有助于学生理解人工智能。在人工智能课程教学中，选取学生生活中常见的真实情境，并合理设计项目，通过可操作、可实现的项目给学生直接的学习体验，让学生更深入地了解学科知识的应用和实践[2]，不仅能够促进学生对人工智能理论的理解，提高学生的学习效果和操作能力，还能够激发学生的创新思维和实践能力，从而更好地适应人工智能时代的发展。

2.微项目

微项目学习是“项目式学习”的延伸和发展，将知识分散为多个小项目，把抽象的知识情境化、项目微小化，保证每个微项目学习能在规定的课时内完成，具有使用灵活、易解决、用时短、见效快的特点。微项目既保留了“项目式学习”的优势，又克服了“项目式学习”耗时长、流程复杂、评价难等问题，项目式学习通过微项目学习得以具象化，微项目学习聚焦后形成完整的项目式学习框架，两者互为补充、相互支持[3]。

人工智能微项目课堂教学案例

基于真实情境、问题导向的设计理念，结合微项目学习理论和教学实践，笔者设计了一个基于真实情境的初中人工智能项目“AI守护校园安全”，根据学习者特征和人工智能相关知识点，分解项目，挖掘项目背后蕴藏的知识，并进行教学目标的制定和教学内容的设计：项目需求分析、语言识别技术、语言合成技术、机器学习、综合应用和项目迭代等，共用6个课时。现选取其中一个微项目，以“AI守护校园安全：探秘机器学习”一课为例，详述其教学流程如下。

1.情境导入，激发兴趣

新课标倡导真实性学习，要求以真实问题或项目驱动，引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程，构建知识，提升问题解决能力[4]。本节课，笔者以“校园安全预警”为真实情境导入，激发学生的学习兴趣，从已有知识和生活经验出发，引出机器学习的定义和生活中的应用案例，形成对机器学习的初步认知。

2.学习新知，提出问题

本环节引入多元化数字资源，在UMU平台上提供文档和微课资源，引导学生对比人类学习和机器学习的异同点，掌握机器学习的过程。以课时1提出的项目和需求分析为基础，并以“你想设计什么样的机器学习模型应用到你的AI守护机器人”为问题导向，以“设计个性化的机器学习应用作品”微项目活动为主线，引导学生借助新知识，结合生活和社会现象提出问题，确定研究微项目。结合教师点评，借助新知分析提出的问题，进一步厘清哪些属于机器学习的应用，充分发挥评价的导向作用，做到“教－学－评”一体化，将机器学习的过程和应用贯穿整节课，在解决实际问题中理解机器学习的定义，经历机器学习原理运用过程。

3.操作实践，探究问题

初中阶段的学生喜欢动手探索，人工智能课程具有较强的动手实践特性和学科融合性，让学生在“做中学、用中学、创中学”。通过设计和开发人工智能作品，体验人工智能解决问题的过程，在项目实践探索的过程中不断迭代发展计算思维。本环节组织学生小组合作，自学微课资源“AI训练平台的使用方法”，完成微项目任务三“训练机器学习模型”。小组成员自主探索完成模型训练，深入理解机器学习的过程和分类模型。机器学习模型训练基于英荔AI训练平台（https：//train.aimaker.space/train/），将机器学习的过程具体化，让学生真实体验如何训练一个分类模型，并阐述机器学习的实现过程。

4.学以致用，解决问题

本环节是完成微项目的任务四，目的是让学生通过综合运用所学编写程序，应用机器学习模型实现作品功能，引导学生欣赏优秀范例作品，启发学生可以通过完善数据和功能，并优化程序来完善作品。学生通过多轮实验探究提出问题、探究问题、解决问题，在解决实际问题中进一步理解机器学习的定义。本环节，笔者着重增强学生积极探索的创新意识，通过设置弹性任务满足不同学生的需求，培养学生利用所学原理解5IdltiD3W5k4DbnTD+ft4A==决实际问题及运用计算机解决问题的意识。

5.作品展示，交流评价

在微项目学习中，项目的汇报展示和评价是非常重要的环节，这是成果验收阶段，也是反思阶段，通过评价促使学生进行反思、总结。新课标强调素养导向的多元评价，信息科技课程要注重评价育人，强化素养立意，坚持过程性评价与终结性评价相结合，加强学习结果的评价和应用，坚持自评和他评相结合，实现三个维度的综合评价，增强学生的参与意识。本环节学生通过作品成果展示、分享交流、回顾解决问题的过程，多角度思考问题，在评价中反思，并不断完善和迭代自己的作品。

6.总结拓展，感悟本质

最后，笔者对本节课知识点进行总结提炼，强调技术应回归并服务于生活的理念，倡导人机协作，实现良好共处。

结 语

将人工智能应用转化为课堂中能够实施的项目，对相关概念、原理、使用的平台工具等进行“降维”设计，采用基于真实情境的微项目，将项目线和知识线有机结合，让学生逐步从感性的直观经验走向理性的抽象概念建构，真正理解人工智能的概念与原理。

“AI守护校园安全：探秘机器学习”是一节基于真实情境、虚实结合的初中人工智能课程，在现有人工智能硬件设备不能完全满足课程教学的条件下，本节课学生利用人工智能辅助平台完成人工智能课程的学习，并达到较好的效果。此外，笔者结合微项目学习理论和特点，精心设计微项目内容，让学生能在一节课完成一个既定的目标。从信息科技实践应用出发，注重帮助学生理解人工智能的基本概念和基本原理，引导学生认识信息科技对人类社会的贡献与挑战，提升学生知识迁移能力和学科思维水平[5]，促进学生的综合能力发展，提升学生的核心素养，体现“科”与“技”并重。

参考文献

[5] 熊璋.“科”“技”并重： 义务教育信息科技课程标准解读：访义教信息科技课标组组长熊璋教授[J]. 中国信息技术教育，2022（5）.

王世达. 基于真实情境的人工智能项目活动设计与实施：以初中信息科技“无人超市的实现”为例[J]. 中国信息技术教育，2022（6）.

张海燕. 微项目学习在初中信息科技教学中的应用研究[J]. 中国信息技术教育，2022（9）.

中华人民共和国教育部. 义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S]. 北京：北京师范大学出版社，2022.

编 辑：徐靖程