秦朋緒 陳明選

摘要：本文從項(xiàng)目目標(biāo)、情境、問(wèn)題、活動(dòng)、評(píng)價(jià)五個(gè)方面闡述了人工智能課程項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)策略，并以高中信息技術(shù)“智能語(yǔ)音電話簿的制作”人工智能課程為例，對(duì)在人工智能課程中運(yùn)用項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的方式落實(shí)計(jì)算思維培養(yǎng)進(jìn)行了探究與思考。

關(guān)鍵詞：人工智能課程;項(xiàng)目化學(xué)習(xí);計(jì)算思維

中圖分類號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2022）07-0000-05

● 人工智能課程與項(xiàng)目化學(xué)習(xí)

目前，人工智能課程的開(kāi)展方式主要有以下幾種：作為獨(dú)立的課程開(kāi)設(shè)、融入創(chuàng)客課程或STEAM課程[1]、作為信息技術(shù)課程的一個(gè)模塊。在本文中，人工智能課程是指在基于人工智能技術(shù)的數(shù)字化工具與環(huán)境支持下，以人工智能核心技術(shù)為課程內(nèi)容，以培養(yǎng)人工智能時(shí)代人才的核心能力為目標(biāo)的跨學(xué)科綜合實(shí)踐課程。人工智能課程包含三方面的內(nèi)容：人工智能作為教學(xué)內(nèi)容、人工智能作為教學(xué)工具與環(huán)境、適應(yīng)人工智能時(shí)代的素養(yǎng)作為教學(xué)目標(biāo)。人工智能課程具有跨學(xué)科、技術(shù)性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，運(yùn)用普通的教學(xué)方法難以有效解釋人工智能的原理，難以帶動(dòng)學(xué)生對(duì)人工智能進(jìn)行理解、感受、應(yīng)用和創(chuàng)新，而項(xiàng)目化的教學(xué)方法以其高情境性、高參與度、高協(xié)作性、問(wèn)題導(dǎo)向、學(xué)習(xí)的真實(shí)性等優(yōu)勢(shì)成為人工智能課程開(kāi)展的最好方法。[2]研究表明，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)可以在很大程度上提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)學(xué)生積極思考、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、動(dòng)手實(shí)踐、解決實(shí)際問(wèn)題，在完成項(xiàng)目的同時(shí)突破原有思維的限制，促進(jìn)批判性思維和創(chuàng)新性思維的養(yǎng)成[3]，這與人工智能課程對(duì)學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)目標(biāo)的要求是高度一致的。因此，開(kāi)展人工智能課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維成為本研究的取向，并將人工智能課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)定義為：學(xué)生以團(tuán)隊(duì)協(xié)作的形式在特定的人工智能學(xué)習(xí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、查找資料、規(guī)劃設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案、解決問(wèn)題，并將學(xué)習(xí)結(jié)果以項(xiàng)目的形式呈現(xiàn)與分享，達(dá)到對(duì)人工智能核心概念的深度理解，形成計(jì)算思維的目標(biāo)。

● 人工智能課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)理念分析

1.項(xiàng)目目標(biāo)：指向?qū)W科的核心素養(yǎng)

在當(dāng)前的信息社會(huì)中，學(xué)生需要具備信息的獲取能力、甄別能力和抽象能力，學(xué)會(huì)組織和使用數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、邏輯思考，完成實(shí)際任務(wù)，解決實(shí)際問(wèn)題，這與計(jì)算思維的內(nèi)涵是基本一致的。因此，在基礎(chǔ)教育階段，人工智能課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)目標(biāo)定位于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，培養(yǎng)能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的人才。

2.項(xiàng)目情境：創(chuàng)設(shè)真實(shí)的多維情境

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是個(gè)體參與實(shí)踐活動(dòng)，與他人、環(huán)境相互作用的過(guò)程，需要在相適應(yīng)的情境中開(kāi)展才能使有效性得到最大程度的發(fā)揮。人工智能課程培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算思維解決生活中的實(shí)際問(wèn)題的能力，需要在一定的情境中進(jìn)行，因此，人工智能課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)應(yīng)充分利用人工智能技術(shù)，開(kāi)發(fā)多維學(xué)習(xí)空間，建構(gòu)適合學(xué)生學(xué)習(xí)的多維情境，讓學(xué)生在真實(shí)情境中建立人工智能與實(shí)際生活的聯(lián)系感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.項(xiàng)目問(wèn)題：提出真實(shí)的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題

驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的核心要素，指引著學(xué)生項(xiàng)目進(jìn)行的方向。人工智能課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)應(yīng)該在真實(shí)的人工智能情境創(chuàng)設(shè)的基礎(chǔ)上，針對(duì)情境中已經(jīng)發(fā)生或可能發(fā)生的真實(shí)性問(wèn)題提出可以利用人工智能知識(shí)與技術(shù)解決的問(wèn)題。驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題具有明確的任務(wù)導(dǎo)向，學(xué)生根據(jù)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題就可以確定項(xiàng)目的核心任務(wù)，明確接下來(lái)的項(xiàng)目活動(dòng)方向并引導(dǎo)學(xué)生最終將這個(gè)問(wèn)題解決。

4.項(xiàng)目活動(dòng)：開(kāi)展有意義的學(xué)習(xí)實(shí)踐

人工智能課程本身就是一種綜合實(shí)踐課程，旨在通過(guò)有意義的實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生利用人工智能技術(shù)和計(jì)算思維解決實(shí)際問(wèn)題的能力。所以，人工智能課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)需要學(xué)生親身參與到有意義的學(xué)習(xí)實(shí)踐中去，這種實(shí)踐是具有思考、假設(shè)、驗(yàn)證概念性質(zhì)的，是動(dòng)手動(dòng)腦，整合了知識(shí)、技能、行為和態(tài)度的行動(dòng)。

5.項(xiàng)目評(píng)價(jià)：進(jìn)行全程的多元評(píng)價(jià)

人工智能課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)應(yīng)秉持“以始為終，逆向設(shè)計(jì)”的特點(diǎn)，在項(xiàng)目開(kāi)始之初就設(shè)計(jì)好覆蓋全程的多維度評(píng)價(jià)，將評(píng)價(jià)活動(dòng)融入到學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中，并以易理解的形式表示出來(lái)，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中基于評(píng)價(jià)結(jié)果不斷改正，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知、思維等多方面的發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生個(gè)人和學(xué)習(xí)團(tuán)體共同進(jìn)步。[4]

● 人工智能課程的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

本研究選取了江蘇省某高中27名學(xué)生為研究對(duì)象，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況采用異質(zhì)分組的方式將其三人或四人組成一組，以“智能語(yǔ)音電話簿的制作”項(xiàng)目開(kāi)展教學(xué)，選取 “智能語(yǔ)音電話簿的制作”項(xiàng)目案例進(jìn)行說(shuō)明，該項(xiàng)目通過(guò)讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別聯(lián)系人并顯示電話號(hào)碼的電話簿程序，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程如下。

1.情境創(chuàng)設(shè)

首先通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)將學(xué)生帶到項(xiàng)目特定的人工智能情境中，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到人工智能與現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的相互關(guān)聯(lián)性，產(chǎn)生利用人工智能解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的強(qiáng)烈意愿及主動(dòng)探索的動(dòng)力。本項(xiàng)目的情境創(chuàng)設(shè)過(guò)程如下：“同學(xué)們，請(qǐng)大家?guī)托∶魍瑢W(xué)一個(gè)忙，小明的爺爺奶奶年紀(jì)都大了，記性也不好，可又不愿搬來(lái)與小明的爸爸媽媽一起住，而他們又不太會(huì)使用智能手機(jī)，每次聯(lián)系家人都要從紙質(zhì)的電話簿里找到電話號(hào)碼再撥打，特別不方便，請(qǐng)大家?guī)托∶魍瑢W(xué)想一想，怎么才能簡(jiǎn)化撥號(hào)流程，方便老人打電話？”

2.問(wèn)題提出

學(xué)生思考并和同伴交流上述情境中存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，在教師的引導(dǎo)下，給出問(wèn)題的解決方案：幫小明制作一個(gè)智能語(yǔ)音電話簿應(yīng)用程序，只要對(duì)著應(yīng)用程序說(shuō)出聯(lián)系人的名字，程序就會(huì)自動(dòng)顯示該聯(lián)系人的電話號(hào)碼，這樣，小明的爺爺奶奶再給家人或者其他人打電話就方便多了。由此，將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為指向問(wèn)題解決的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)一款語(yǔ)音識(shí)別并顯示聯(lián)系人電話號(hào)碼的電話簿程序？

3.任務(wù)布置

在項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題提出后，就要明確解決該問(wèn)題需要完成的任務(wù)，所以項(xiàng)目任務(wù)也是項(xiàng)目問(wèn)題的一種更具有目的性的陳述，本項(xiàng)目擬完成的任務(wù)為：設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)一款能通過(guò)語(yǔ)音查找顯示電話號(hào)碼的電話簿應(yīng)用程序。

4.資料準(zhǔn)備

人工智能課程的項(xiàng)目是多領(lǐng)域、跨學(xué)科的，需要相應(yīng)的資源、環(huán)境等多方面支持，在明確了擬解決的問(wèn)題和任務(wù)之后，就要廣泛搜集相關(guān)的資源，對(duì)重要的資源做出定義和分析，探索問(wèn)題或任務(wù)的各個(gè)方面，并梳理出解決該問(wèn)題的核心路徑。資料收集是學(xué)生為了完成項(xiàng)目所做的準(zhǔn)備活動(dòng)，要考慮資料的需求、資料來(lái)源、收集資料的工具、資料成果的呈現(xiàn)形式等方面，本項(xiàng)目中的資料收集情況如表1所示。

5.方案設(shè)計(jì)

項(xiàng)目實(shí)施方案是項(xiàng)目實(shí)施的總依據(jù)，一個(gè)好的人工智能項(xiàng)目方案需要團(tuán)隊(duì)成員多方面的協(xié)作與探究。某學(xué)習(xí)小組在充分了解相關(guān)資料和聽(tīng)取個(gè)人觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)揮聚合思維，在共同確定項(xiàng)目的實(shí)施方案后，設(shè)計(jì)了以思維導(dǎo)圖的方式呈現(xiàn)的項(xiàng)目實(shí)施方案，如圖1所示。

6.方案實(shí)施

在項(xiàng)目實(shí)施方案設(shè)計(jì)完成后，學(xué)生按照方案制作項(xiàng)目作品，教師巡視課堂，觀察學(xué)生作品的制作情況，提供必要的、適合的幫助，“智能語(yǔ)音電話簿”的制作過(guò)程主要包含以下三個(gè)部分：

（1）界面設(shè)計(jì)。智能語(yǔ)音電話簿的最終呈現(xiàn)形式是一個(gè)可以運(yùn)行指定功能的APP，功能的實(shí)現(xiàn)有賴于界面的支持，首先設(shè)計(jì)制作APP的圖形界面，包括文本顯示框、按鈕、語(yǔ)音識(shí)別組件（不可見(jiàn)）等。另外，在進(jìn)行界面設(shè)計(jì)的同時(shí)，要考慮各個(gè)組件的形狀、顏色、大小、對(duì)齊方式等屬性，使界面具有美觀性。某學(xué)習(xí)小組的界面設(shè)計(jì)如圖2所示。

（2）程序編寫(xiě)。在程序界面設(shè)計(jì)好之后，就要進(jìn)行程序編寫(xiě)，App Inventor是基于代碼塊的編程，操作簡(jiǎn)單，適合初學(xué)者，學(xué)生只要將需要用到的代碼塊按照一定的語(yǔ)法規(guī)則組合在一起就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。智能語(yǔ)音電話簿的程序只需要用到按鈕控制、語(yǔ)音識(shí)別組件調(diào)用、條件語(yǔ)句編寫(xiě)等代碼塊的調(diào)用，一個(gè)某學(xué)生制作的編程界面如下頁(yè)圖3所示。

（3）運(yùn)行調(diào)試。在界面設(shè)計(jì)和程序編寫(xiě)完成后，在手機(jī)上安裝調(diào)試助手對(duì)制作的軟件進(jìn)行功能測(cè)試，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)修正，直到制作的程序能夠完整實(shí)現(xiàn)想要的功能。

7.作品展示

在作品完成之后，以要求各小組為單位派學(xué)生代表上臺(tái)以個(gè)人演講的方式展示自己小組的作品，說(shuō)明作品制作的過(guò)程、遇到的困難以及是如何克服困難的，并最終形成項(xiàng)目完成報(bào)告。作品制作的過(guò)程也是計(jì)算思維的運(yùn)用過(guò)程，對(duì)作品制作過(guò)程進(jìn)行講述不僅可以鞏固所學(xué)的人工智能知識(shí)，促進(jìn)計(jì)算思維的提升，還可以鍛煉語(yǔ)言表達(dá)能力，其他學(xué)生通過(guò)觀看作品展示可以進(jìn)行對(duì)比與反思，促進(jìn)學(xué)生之間的互動(dòng)交流、共同進(jìn)步。

8.評(píng)價(jià)總結(jié)

（1）作品評(píng)價(jià)。教師事先提前制訂好評(píng)價(jià)維度和指標(biāo)，通過(guò)組內(nèi)自評(píng)和教師評(píng)價(jià)兩個(gè)方面分別對(duì)學(xué)生作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括作品制作過(guò)程中問(wèn)題解決能力和小組協(xié)作能力等方面，這些方面的評(píng)價(jià)也從側(cè)面反映了學(xué)生一定的計(jì)算思維水平，項(xiàng)目作品評(píng)價(jià)表如表2所示。

分析后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生智能語(yǔ)音電話簿作品的平均分為34.7分，最低分為14分，4人滿分，大多數(shù)學(xué)生作品的分值在30～-40分之間，可見(jiàn)，學(xué)生的人工智能作品制作能力已經(jīng)處于中上等水平，作品也基本實(shí)現(xiàn)了指定的功能，只是在功能復(fù)雜度、界面美觀性等方面存在差異。結(jié)合課堂觀察發(fā)現(xiàn)，學(xué)生已經(jīng)能夠?qū)?xiàng)目問(wèn)題進(jìn)行比較深入的探討，有了自己的想法，制訂的問(wèn)題解決方案比較可行，具備一定的將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠解決的方式的能力。

（2）計(jì)算思維評(píng)價(jià)。為驗(yàn)證項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的開(kāi)展對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的提升的效果，本研究采用陳興冶等人[5]編制的本土化計(jì)算思維量表對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，該量表將計(jì)算思維分為計(jì)算思維態(tài)度和計(jì)算思維技能兩個(gè)維度，計(jì)算思維態(tài)度包括情感態(tài)度、思維品質(zhì)、合作學(xué)習(xí)，計(jì)算思維技能包括分解、抽象、概括、算法、評(píng)估。實(shí)驗(yàn)前后測(cè)的克隆巴赫系數(shù)分別為0.944和0.924，說(shuō)明問(wèn)卷結(jié)構(gòu)良好，對(duì)前后測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)結(jié)果如上頁(yè)表3所示，計(jì)算思維八個(gè)維度顯著性P=0.000<0.001，體現(xiàn)出顯著性差異，可見(jiàn)基于項(xiàng)目化教學(xué)的人工智能課程對(duì)高中生計(jì)算思維的培養(yǎng)是有效果的。

● 結(jié)語(yǔ)

高中人工智能課程重在提升學(xué)生的計(jì)算思維，項(xiàng)目化學(xué)習(xí)為人工智能課程的開(kāi)展提供了方法上的支持，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考、積極探究、動(dòng)手實(shí)踐，在理解與掌握人工智能基本原理的基礎(chǔ)上運(yùn)用計(jì)算思維解決真實(shí)生活中的問(wèn)題。本研究表明，好的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在人工智能課程中具有事半功倍的作用，能夠顯著提高教學(xué)效率，在深化理解人工智能核心知識(shí)的同時(shí)啟發(fā)學(xué)生的計(jì)算思維，提高學(xué)生利用人工智能知識(shí)積極回報(bào)社會(huì)的意識(shí)。另外，本研究給出了一個(gè)人工智能課程項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的實(shí)踐案例，但還存在研究樣本量少、研究時(shí)間短、課程內(nèi)容不夠豐富等不足之處，后續(xù)會(huì)擴(kuò)大研究樣本和研究時(shí)間，設(shè)計(jì)更為豐富的項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行實(shí)踐。學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)還需要進(jìn)行不斷的理論研究與實(shí)踐檢驗(yàn)才能真正落地，希望本研究能夠給一線教師和研究者帶來(lái)一些些啟示。

參考文獻(xiàn)：

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[5]陳興冶，馬穎瑩.本土化計(jì)算思維評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建與探索——基于1410名高中生的樣本分析與驗(yàn)證[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2020，38（05）：70-80.

基金項(xiàng)目：國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金（教育學(xué)）一般項(xiàng)目“互聯(lián)網(wǎng)+環(huán)境下促進(jìn)深度理解的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)研究”（課題編號(hào)：BCA210087）。