初中人工智能教育教学中学科核心素养渗透策略初探

摘 要：随着人工智能技术的快速发展，人工智能已经成为初中信息科技学科教材的重要教学内容，教师如何将学科核心素养渗透人工智能日常教学中也成为一个突出问题。笔者通过对初中人工智能课堂教学现状的分析和深入研究，结合人工智能课堂教学实践中开展的“1+3+4”课堂教学模式实证研究，笔者提出了“1+3+4”课堂教学模式，即构建一个教学主题、三大教学环节（教学情境创设、课堂活动设计、课堂评价改革）、四大教学策略（教学内容设计、教学方法创新、教学资源整合、教学评价改革）。根据该教学模式，在人工智能教学中利用网络资源、多媒体教学等手段，采用任务驱动、项目式学习、小组合作探究学习等教学方法，突破信息科技学科核心素养的渗透问题，有效提高初中人工智能课堂教学质量，以期为初中信息科技教师开展人工智能课堂教学提供参考和借鉴。

关键词：初中人工智能；教育教学；学科核心素养；渗透策略

中图分类号：G622.0 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2024）45-0005-04

2017年7月8日，国务院发布的《新一代人工智能发展规划》，强调推广新一轮人工智能科学技术的必要性与重大意义，故在中小学信息科技教育教学中备受关注。人工智能教育要从中小学生抓起，让学生掌握基本的人工智能技术，对学生将来的学习生活和国家发展具有重要的意义。初中阶段是学生人工智能核心素养培养的关键时期，在初中进行人工智能教育，对培养学生全面发展、促进未来人工智能人才至关重要。

2019年12月，甘肃省教育厅厅长破冰项目——人工智能落地笔者所在学校，建设了一间专门的人工智能教学实验室，实验室设置良好的网络环境，提供有线网络和无线网络接入点；具备人工智能专属实验室座椅，符合分组讨论和自由组合的需求；配备教学一体机以及人工智能专用教学装备，包含人工智能教学资源包、学生机器人16套、人工智能开源硬件16套、AI超算服务器1套、助教机器人2套等。为人工智能课堂教学的开展提供了必需的硬件环境和条件；同时提供有中央电教馆“人工智能课程教学”软件资源和学生学习的实验平台。项目实施以来，笔者一直担任人工智能实验室教学工作，近两年来针对初中人工智能教育教学中学科核心素养的渗透问题进行了深入的探索和研究。研究过程主要通过问卷调查、数据统计分析、教学案例分析等方法，创新了“1+3+4”课堂教学模式，在研究和实践期间取得了一些心得、经验和成果，旨在为一线从事人工智能教学的同仁提供参考和借鉴。

一、 人工智能教育现状

目前我国各地中小学生正在接受人工智能的普及教育，取得了一些成就，但仍然存在诸多问题和挑战。除了社会对此领域的重视度不够，学校对此领域的投入有限因素，关键的问题是学校人工智能课程教学质量的制约。初中人工智能课堂教学方面主要存在以下几个问题：一是教学内容过于理论化，课堂教学缺乏实践性和趣味性；二是教学模式和方法相对单一，课堂教学缺乏创新性；三是教学资源利用不充分、信息化程度偏低、多媒体教学资源无法很好服务于人工智能课堂教学；四是学校缺乏专业的人工智能教师，教师专业素养与人工智能课堂教学需要还存在一定差距。这些问题影响人工智能教育教学质量的提高，导致学生在人工智能课堂上难以充分发挥主体作用，影响学生学科核心素养的培养。

二、 人工智能课堂教学中学科核心素养的渗透策略

人工智能教育对信息科技教师来说，是一个新领域、新挑战，作为信息科技教师要紧跟时代发展、运用新技术成果、贴近学生实际生活，运用现代化的教学策略，建构并实施学生充分参与、生动有效的课堂教学模式。调动学生运用所学知识去调查、研究、分析并解决实际问题，使人工智能教学符合学生的发展需求，落实好学科核心素养的培养任务。

笔者对人工智能授课年级（七年级）学生进行了问卷调查和数据统计分析，针对问卷中反馈出的人工智能素养基础情况（如图1），从教学内容、教学方法、教学资源和教学评价等四个方面展开课堂教学模式的探索。

笔者在人工智能课堂教学研究中积极探索以“项目”为任务驱动，以情境创设、新知建构、编程实践、课堂评价为线索，构建“1+3+4”的课堂教学模式。“1”代表一个主题项目，“3”代表三大教学环节：①教学情境创设；②课堂活动设计；③课堂评价改革。“4”代表四大教学策略：①教学内容设计；②教学方法创新；③教学资源整合；④教学评价改革。基于此教学模式模型，笔者在近两年的课堂教学实践摸索中，认真践行“以学生为主体”的教学理念，通过情境化的小组协作学习，模拟生活中的真实场景，让学生真切感受到问题的真实性，有效引导、激发学生“现实”学习的兴趣和积极性。经过教学实践研究，课堂教学效果明显，学生的人工智能知识技能和学科核心素养得到了明显提升。

（一）“1”个主题项目的确定

人工智能课堂教学，学生学习主题的项目引领，是吸引学生参与深度学习的关键。首先要根据学生的年龄和认知特点，制订科学、可达的教学目标，然后根据教学目标选择合适七年级学生探究学习的主题项目。确定主题项目时，可以考虑以下几个因素。

1. 实践性

选择具有实践性的项目，让学生通过动手编程操作和实验来加深对人工智能技术原理的理解和掌握。例如，可以让学生设计一个简单的聊天机器人、图像识别系统等。

2. 协作性

组织学生进行团队合作，共同完成一个主题项目。这不仅有助于培养学生的团队协作能力，还可以使其在交流和讨论中互相学习。

3. 创新性

鼓励学生发挥创意，设计新颖有趣的项目。例如，可以让学生尝试使用人工智能技术来解决生活中的实际问题，设计智能家居控制系统、智能垃圾桶等。

4. 学科融合性

将人工智能与其他学科（如生物、数学、地理等）结合，设计多学科融合的项目主题。例如，“血常规化验单智能诊断系统”的设计和开发项目是将人工智能技术和生物学科知识进行融合，利用生物学科中血常规知识和人工智能中计算机视觉技术和智能语音技术引导学生小组协作设计一款让小飞机器人准确识别“血常规”化验单的智能系统，培养学生在解决实际问题的过程中学习和掌握人工智能技术，帮助学生建立全面的多学科知识体系。

通过主题项目的确定和实践探究，学生可以更好地理解和应用人工智能技术，培养创新思维和实践能力。同时，教师可以及时关注学生的学习进度和反馈，适时调整主题项目的内容和难度，确保良好的教学效果。

（二）“3”个教学环节的设计

1. 教学情境创设

在初中人工智能课堂教学中，教学情境的创设非常重要，可以激发学生浓厚的学习兴趣，提高课堂教学效率。课堂教学情境的创设可以围绕以下几个方面进行。

（1）生活化情境：将人工智能技术与学生的日常生活结合，设计贴近生活实际的情境。例如，在课例“血常规化验单智能诊断系统”的设计和开发中，通过展示医院门诊排队就诊的图片，激发学生思考如何利用人工智能技术和生物学科知识来解决医院后疫情时代就诊压力大的问题。这样的教学情境可以让学生直观地理解人工智能技术的应用价值，增强他们的学习动力。

（2）问题导向情境：设计具有挑战性和趣味性的问题，引导学生思考和探索。例如，可以提出一些与人工智能相关的问题，如“如何让机器人和学生进行猜谜游戏”“如何让机器人自动识别图像中的水果”等，这些问题可以激发学生的好奇心和求知欲，促使其主动学习和探索。

通过多样化的教学情境设计，可以激发学生学习的内驱力，提高课堂教学质量。同时，为培养学科核心素养打好基础。

2. 课堂活动设计

在初中人工智能教育教学中，课堂活动的设计主要围绕以下几点进行。

（1）学科融合：人工智能是一个跨学科的领域，涉及计算机科学、数学、生物学等多个学科。因此，在设计课堂活动时，应考虑将相关学科的知识融入其中，帮助学生建立学科融合的知识体系。

（2）实践性：人工智能技术具有较强的实践性，因此，课堂活动应注重实践操作，让学生通过动手实践来加深对人工智能技术原理的理解和掌握。

（3）创新性：课堂活动中可以设置开放性的问题或挑战任务，让学生在解决问题的过程中发挥想象力和创造力，培养他们的创新思维能力。例如，在“血常规化2638357bfabf97b6c7f81b3ba3d2baea验单智能诊断系统”的设计和开发中，依据循序渐进原则设计了三个不同难度的课堂编程活动，让学生亲身体验技术原理的应用过程和学科融合的学习。

3. 课堂评价改革

在初中人工智能教育教学中，课堂评价是一个重要的环节，可以帮助教师了解学生的学习情况，及时调整教学策略，提高教学效果。课堂评价策略包括自我评价、学生互评与教师评价，通过观察学生的行为和交流，可以了解他们对知识的理解和掌握程度，以及在团队中的贡献和协作能力。自我评价与学生互评是让学生进行组内自评和组间互评，反思自己的学习过程和成果，培养学生的自我反思能力和批判性思维能力，同时也可以增强自信心和责任感。

在课堂评价中，还需要注意以下几点：（1）及时反馈：评价结果应及时反馈给学生，让他们知道自己的优点和不足之处。激发他们的学习动力和积极性，促使他们主动改进和提高。（2）积极肯定：在评价过程中，要注重发现学生的闪光点和优点，给予积极的肯定和鼓励。增强他们的自信心和成就感，激发他们的学习兴趣和热情。（3）公平公正：评价过程要客观公正，避免因主观因素而影响评价结果。要确保每个学生都有公平的机会展示自己的能力和成果，得到公正的评价和认可。

初中人工智能教育教学中通过多种评价方式结合，可以全面地了解学生的学习状况，为他们提供有针对性的指导和支持，提高教学效果和质量。

（三）“4”种教学策略的渗透

1. 教学内容设计

结合问卷调查结果和学生的年龄认知特点，笔者专门针对人工智能实验室的硬件环境和软件资源、根据学生在学科学习中的实际需求，把学生的真实问题设计成任务驱动的项目学习内容、渗透到“央馆人工智能课程资源”和“畅言智AI实验编程平台”资源中，形成适合笔者所在学校学生学情的富有趣味性和挑战性的教学内容。引导学生用人工智能技术原理和数字化工具积极参与实践活动，有效提高课堂教学效果。例如，在初中版人工智能教材第四章和第五章“计算机视觉技术和智能语音技术的应用——血常规化验单智能诊断系统的开发”课例中，笔者在设计本课的教学内容时，结合“后疫情时代”就诊压力大、看病难的现状，将人工智能技术和生物学科知识进行融合设计课堂探究学习项目内容；达到了培养学生多学科融合的创新编程思维、实现了小飞机器人诊断血常规化验单的教学目标，提高了学生利用人工智能技术解决生活实际问题的能力。

2. 教学方法创新

笔者把授课年级学生设置成两组，分为实验组（4个实验班）和对照组（4个对照班），分别对各类学生进行了课堂教学方法的问卷调查，调查结果表明，学生期望课堂学习中在教师的引导下和其他同学一起合作、探究学习。

针对调查情况，结合学生生活实际设计符合学生认知特点的主题项目任务，通过创新教学方法，帮助学生深入学习并熟练使用人工智能技术和原理，增强学生自主、合作、探究的学习意识，提高学生独立思考、自主解决问题的能力。笔者在人工智能实验室的教学实践中，采用以项目驱动为主线，以情境创设、小组协作、评价交流为教法，形成了人工智能实验室创新的课堂教学模式；让学生在人工智能课堂学习中感受到小组协作学习的快乐和学习收获的成就感，不断提升学生的学科核心素养。

3. 教学资源整合

结合人工智能实验室教学实践的深化、学生的认知、人工智能学习水平提升和创新思维的发展，笔者感觉中央电教馆人工智能课程资源和学生的实际学习生活有一定的差距，教师需要结合实际学情对教学资源进行整合和创新。形成适合学生学情和现行人工智能实验室的校本教育教学资源，增强学生课堂学习的针对性和有效性。

例如，在初中版人工智能教材第四章计算机视觉技术的应用“智能货品分拣系统”一课的教学中，笔者根据学生的认知水平，对教材内容和中央电教馆人工智能课程资源精心提炼与整合。针对学生在课堂中可能出现的知识盲点和操作困难，设计了操作流程图、课堂学习单和微课导学视频，课前准备了丰富的货品图片，形成学生课堂学习的项目资源包。微课导学视频资源帮助学习有困难的学生突破课堂中生成的学习难点，让整合的教学资源在课堂教学中发挥出最大的效用。

4. 教学评价改革

教学评价对学生不仅有学习效果的反馈评价，还有行为和学习方向的引领作用。笔者在研究过程中设计了人工智能课堂教学评价标准和策略（见表1和表2）。

在课堂中采用多样化的评价策略，结合终结性评价，以过程性评价为主，帮助教师随时了解学生在学习过程中的情况，并为学生提供更好的指导；同时跟踪学生的实时学习过程和发展变化，提高课堂评价的针对性和有效性。在课堂学习中，综合运用自评、互评和教师评价相结合的多种评价手段，有效优化课堂教学，活跃课堂气氛，激发学生学习的积极性，让学生充分挖掘自身潜力，实现全面发展。

三、 结论

经过近两年的教学实践研究和探索，笔者所带的人工智能实验班和对照班分别取得了良好的教学效果，问卷调查统计结果如下（见图2）。

实验班学生的学科核心素养明显得到提升，动手实践和创新能力也有了很大的进步，对照班学生的学习兴趣和积极性得到了明显提高。根据问卷调查结果、课堂学习表现，学生参与人工智能学习效果，在初中人工智能教育教学中，笔者所实施的“1+3+4”课堂教学模式的创新，对学生学科核心素养的培养有效性得到了实证。基于主题项目的学习在初中人工智能课程实施中需要信息科技教师不断改进教学策略，创新课堂教学模式，着力探索培养学生学科核心素养的新途径，使人工智能课程在初中学校有效开展。

参考文献：

［1］蔡耘，郭绍青.《人工智能（初中版）》教材正式出版［J］.电化教育研究，2019，40（5）：129.

［2］朱欢.初中信息技术中核心素养教育目标的落实研究［J］.电脑知识与技术，2020，16（18）：170，172.

课题项目：甘肃省教育科学“十四五”规划2023年度一般课题“基于新课标下信息科技学科素养在初中人工智能教学中的渗透研究”（课题立项号：GS［2023］GHB0660）。

作者简介：蒋淑珍（1976～），女，汉族，甘肃兰州人，兰州市第四十六中学，研究方向：信息科技教育。