摘 要：自2017年國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》以來(lái)，我國(guó)中小學(xué)人工智能教育進(jìn)入快速發(fā)展的階段，多省市的信息技術(shù)教材引入了人工智能的相關(guān)內(nèi)容。筆者基于人工智能教學(xué)的特點(diǎn)，選擇項(xiàng)目式教學(xué)模式，設(shè)計(jì)項(xiàng)目并進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行反思，以期為初中人工智能教學(xué)的開(kāi)展提供一定參考。

關(guān)鍵詞：人工智能;初中信息技術(shù);項(xiàng)目式教學(xué)

作者簡(jiǎn)介：張靜（1982—），女，江蘇省南京市第二十九中學(xué)柳洲東路分校。

人工智能技術(shù)是在數(shù)據(jù)積聚、理論算法革新及計(jì)算能力發(fā)展的基礎(chǔ)上所形成的一類(lèi)電子信息技術(shù)類(lèi)型，自20世紀(jì)50年代以來(lái)已經(jīng)在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中取得了重要的突破性進(jìn)展，并對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的學(xué)習(xí)、生活、生產(chǎn)方式產(chǎn)生深刻且持續(xù)性的影響，也為信息技術(shù)教育的發(fā)展提供了機(jī)遇。

當(dāng)前，人工智能的發(fā)展受到了世界各國(guó)的關(guān)注，各國(guó)均采取了積極統(tǒng)籌布局和頂層設(shè)計(jì)措施，以期在未來(lái)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)。我國(guó)人工智能發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)明確，2017年發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出，要在2030年人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心，智能經(jīng)濟(jì)、智能社會(huì)取得明顯成效，為躋身創(chuàng)新型國(guó)家前列和經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)奠定重要基礎(chǔ)。此外，該文件還提到，要實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵(lì)社會(huì)力量參與寓教于樂(lè)的編程教學(xué)軟件與游戲的開(kāi)發(fā)和推廣。

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布以來(lái)，我國(guó)中小學(xué)人工智能教育進(jìn)入快速發(fā)展階段?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》增加了人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)源硬件、算法等相關(guān)內(nèi)容。多省份義務(wù)教育階段的教材也增加了人工智能的相關(guān)內(nèi)容，如浙江省初中信息技術(shù)教材（2020版）、山東省小學(xué)信息技術(shù)教材（2018版）。江蘇省初中信息技術(shù)教材雖未增加人工智能內(nèi)容，但已將與人工智能相關(guān)的編程語(yǔ)言Python引入教材。結(jié)合上述背景，筆者在信息技術(shù)社團(tuán)中開(kāi)展了人工智能項(xiàng)目式教學(xué)，對(duì)基于項(xiàng)目式教學(xué)的初中人工智能教學(xué)模式進(jìn)行探究，以期為相關(guān)課程的開(kāi)展提供可行的教學(xué)參考。

一、基礎(chǔ)教育階段的人工智能教育現(xiàn)狀

人工智能（Artificial Intelligence），簡(jiǎn)稱“AI”?！度斯ぶ悄軜?biāo)準(zhǔn)化白皮書(shū)（2018版）》認(rèn)為，人工智能是利用數(shù)字計(jì)算機(jī)或者數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能，感知環(huán)境、獲取知識(shí)并使用知識(shí)獲得最佳結(jié)果的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)。

人工智能引領(lǐng)了未來(lái)智能社會(huì)的發(fā)展。一方面，國(guó)家鼓勵(lì)高校在原有基礎(chǔ)上拓展人工智能專(zhuān)業(yè)教育內(nèi)容，培養(yǎng)復(fù)合型人才。中學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)階段后，其各個(gè)學(xué)科的學(xué)習(xí)都將或多或少涉及人工智能的相關(guān)知識(shí)。另一方面，人工智能會(huì)滲透未來(lái)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，未來(lái)的人們將處于與人工智能應(yīng)用與產(chǎn)品共存的環(huán)境中，面臨智能社會(huì)的巨大挑戰(zhàn)。因此中小學(xué)生必須為智能社會(huì)的學(xué)習(xí)、生活與工作環(huán)境做好準(zhǔn)備[1]。

2021年11月，中央電化教育館發(fā)布的《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》涉及人工智能與人類(lèi)、人工智能與社會(huì)、人工智能技術(shù)、人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)4個(gè)領(lǐng)域的內(nèi)容，明確了各學(xué)段的素養(yǎng)培養(yǎng)要求，并分別從理論與實(shí)踐兩個(gè)方面對(duì)小學(xué)、初中、高中三個(gè)學(xué)段學(xué)生應(yīng)掌握的內(nèi)容做了詳細(xì)的規(guī)劃，為中小學(xué)階段的人工智能教育提供了課程標(biāo)準(zhǔn)制訂、教材編寫(xiě)和課程開(kāi)設(shè)的參考和依據(jù)。

同時(shí)，各省市也在積極改革信息技術(shù)教材，紛紛加入了人工智能的相關(guān)內(nèi)容，如浙江省初中信息技術(shù)教材（2020版）八年級(jí)下冊(cè)加入了“人工智能基礎(chǔ)”，山東省小學(xué)信息技術(shù)教材（2017版）引入了人工智能和Python編程。2018年5月，深圳樂(lè)智機(jī)器人與百度云智學(xué)院、北京大學(xué)、北京師范大學(xué)、華東師范大學(xué)共同推出百度中小學(xué)人工智能課程。2019年，科大訊飛與西北師范大學(xué)、北師大出版社共同發(fā)布了初中版人工智能教材。

另外，在對(duì)全國(guó)25個(gè)省市的學(xué)生和全國(guó)19個(gè)省市的中小學(xué)校長(zhǎng)、教師開(kāi)展問(wèn)卷調(diào)查后，《2022年人工智能教育藍(lán)皮書(shū)》有所發(fā)現(xiàn)：目前受訪學(xué)校的信息化硬件設(shè)備總體情況較好，但相關(guān)的軟件系統(tǒng)還較為欠缺;超半數(shù)的受訪學(xué)校已開(kāi)設(shè)或正在籌備人工智能教育教學(xué)活動(dòng)，但人工智能教育課程體系的完善程度不高，還有較大的發(fā)展空間;隨著“雙減”政策落地，人工智能教育正成為多地教育主管部門(mén)和學(xué)校豐富“課后三點(diǎn)半”服務(wù)的重要組成。

綜上，人工智能教育在初中階段的普及已是大勢(shì)所趨。

二、將項(xiàng)目式教學(xué)模式應(yīng)用于人工智能教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

項(xiàng)目式教學(xué)是以小組合作為基礎(chǔ)、以項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)為教學(xué)過(guò)程、以產(chǎn)品形式呈現(xiàn)結(jié)果的新型教學(xué)模式，其能促使學(xué)生在參與項(xiàng)目的過(guò)程中逐漸建構(gòu)知識(shí)體系，掌握必備的技能，實(shí)現(xiàn)綜合發(fā)展。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，項(xiàng)目式教學(xué)具有以下優(yōu)勢(shì)：學(xué)生參與度高，學(xué)習(xí)主動(dòng)性強(qiáng);有助于提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，鍛煉學(xué)生的高階思維，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力。項(xiàng)目式教學(xué)與人工智能教學(xué)是十分契合的[2]。

（一）項(xiàng)目式教學(xué)與人工智能都強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的融合

人工智能是一門(mén)綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，涉及認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程學(xué)等多元學(xué)科知識(shí)，這些學(xué)科為人工智能的研究和發(fā)展提供了知識(shí)基礎(chǔ)和豐富的研究方法。項(xiàng)目式教學(xué)中的問(wèn)題通常是復(fù)雜且真實(shí)的，需要學(xué)生依托某一學(xué)科的理論，并基于多學(xué)科知識(shí)融合背景，持續(xù)開(kāi)展探究活動(dòng)。二者都強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的融合。

（二）項(xiàng)目式教學(xué)與人工智能都注重理論實(shí)踐相結(jié)合

項(xiàng)目式教學(xué)重視理論與實(shí)踐的結(jié)合，即教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)靈活應(yīng)用于項(xiàng)目實(shí)踐中，并在項(xiàng)目完成過(guò)程中依據(jù)各階段碰到的問(wèn)題，完成相關(guān)理論知識(shí)的自主探究、補(bǔ)充與拓展，在實(shí)踐過(guò)程中不斷深入理解知識(shí)，提升實(shí)踐能力。在學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)時(shí)，學(xué)生也要先了解人工智能技術(shù)的基本理論，并利用人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成原理性實(shí)驗(yàn)和人工智能技術(shù)實(shí)踐，最終完成人工智能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。二者都強(qiáng)調(diào)對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生要在實(shí)踐中深刻理解理論知識(shí)，最終完成一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，在這個(gè)過(guò)程中，理論和實(shí)踐缺一不可。

（三）項(xiàng)目式教學(xué)與人工智能都注重評(píng)價(jià)與反思

項(xiàng)目式教學(xué)比較重視多元化的評(píng)價(jià)，學(xué)生可以闡述探究過(guò)程及成果，自我評(píng)價(jià)，也可以在小組內(nèi)互評(píng)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括對(duì)過(guò)程的評(píng)價(jià)和對(duì)結(jié)論的總結(jié)性評(píng)價(jià)，學(xué)生從評(píng)價(jià)中反思失誤，有所收獲，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)能力。在學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)時(shí)，學(xué)生需要分成小組，分工協(xié)作完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)，在完成任務(wù)后，還要交流與討論所學(xué)的人工智能技術(shù)，思考其正面影響和負(fù)面影響。

三、基于項(xiàng)目式教學(xué)的初中人工智能教學(xué)策略分析

筆者所在的學(xué)校開(kāi)設(shè)了機(jī)器人社團(tuán)和編程社團(tuán)，社團(tuán)學(xué)生有較好的信息素養(yǎng)和工程素養(yǎng)，對(duì)人工智能課程很感興趣。因此筆者以校本課程為依托，以真實(shí)情境項(xiàng)目為載體，以培養(yǎng)計(jì)算思維能力為目標(biāo)，以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，在每周的社團(tuán)課上開(kāi)展人工智能項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐研究，總結(jié)了人工智能項(xiàng)目式教學(xué)的一些經(jīng)驗(yàn)。

（一）以體驗(yàn)人工智能產(chǎn)品為先，了解人工智能的基本概念

學(xué)生認(rèn)知事物是通過(guò)接觸外部世界，形成對(duì)事物的認(rèn)識(shí)的過(guò)程，初中生對(duì)事物的認(rèn)識(shí)，是從具體的形象思維向抽象思維過(guò)渡的過(guò)程。人工智能的基本概念較為抽象，因此在學(xué)習(xí)人工智能前，學(xué)生需要先體驗(yàn)具體的人工智能產(chǎn)品，這樣能在基于產(chǎn)品使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上理解人工智能技術(shù)的基本概念和原理。

以開(kāi)發(fā)識(shí)圖熊貓項(xiàng)目為例，玩具熊貓能夠根據(jù)學(xué)生出示的動(dòng)物圖片，在顯示屏上顯示動(dòng)物的名稱。該項(xiàng)目涉及人工智能中的機(jī)器學(xué)習(xí)知識(shí)。機(jī)器學(xué)習(xí)的概念晦澀難懂，初中生較難理解。此時(shí)，教師可先引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)在平板電腦上設(shè)置指紋解鎖并成功解鎖的過(guò)程，學(xué)生在這一體驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)歷了設(shè)置指紋和使用指紋兩個(gè)階段。接著，教師解釋計(jì)算機(jī)使用生物特征密碼，也要經(jīng)歷兩個(gè)階段，其中，設(shè)置階段是讓計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)指紋或人臉等人類(lèi)生物特征的階段，也就是學(xué)習(xí)階段，其通過(guò)反復(fù)獲取人的指紋或臉部特征信息，建立特征模型。計(jì)算機(jī)通過(guò)指紋感應(yīng)器或攝像頭解鎖密碼時(shí)，實(shí)際上是利用學(xué)習(xí)階段建立的特征模型，把存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的指紋或人臉特征與新采集到的指紋或人臉特征進(jìn)行對(duì)比判斷，確定二者是否具備同樣的特征，這是驗(yàn)證階段。

通過(guò)親身體驗(yàn)產(chǎn)品和教師的知識(shí)講解兩個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠較為深刻地理解機(jī)器學(xué)習(xí)的概念、步驟和原理。

（二）充分利用人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，加深學(xué)生對(duì)概念和原理的理解

人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)的支持。教師若想將人工智能技術(shù)的產(chǎn)品體驗(yàn)、知識(shí)講解、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和產(chǎn)品設(shè)計(jì)融為一體，就需要一個(gè)合適的人工智能平臺(tái)。

依舊以開(kāi)發(fā)識(shí)圖熊貓項(xiàng)目為例，在計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)督學(xué)習(xí)，形成熊貓的外貌特征模型前，學(xué)生需理解監(jiān)督學(xué)習(xí)的概念和過(guò)程。對(duì)于這種陳述性知識(shí)，教師若以舉例解釋的方式進(jìn)行講解，初中生會(huì)覺(jué)得過(guò)于抽象，易對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸情緒;而教師如果利用人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)和功能組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性會(huì)大大提高，學(xué)習(xí)效果也會(huì)更好。例如，為了讓學(xué)生了解監(jiān)督學(xué)習(xí)的過(guò)程，筆者設(shè)計(jì)了“石頭”“剪刀”“布”三種手勢(shì)模型的訓(xùn)練和驗(yàn)證。學(xué)生需要啟動(dòng)人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的機(jī)器學(xué)習(xí)工具，利用攝像頭采集大量“石頭”“剪刀”“布”手勢(shì)的圖片，并打開(kāi)“模型訓(xùn)練”模塊，生成手勢(shì)識(shí)別的模型，再使用“模型驗(yàn)證”模塊，在計(jì)算機(jī)中輸入不同類(lèi)型的手勢(shì)圖片進(jìn)行驗(yàn)證，如果計(jì)算機(jī)正確讀出，說(shuō)明模型訓(xùn)練成功，否則為失敗，需重新進(jìn)行模型訓(xùn)練。

學(xué)生通過(guò)人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，不僅理解了監(jiān)督學(xué)習(xí)的過(guò)程分為模型訓(xùn)練和模型驗(yàn)證兩個(gè)階段，也能理解模型訓(xùn)練需要輸入大量圖片，模型的驗(yàn)證并不是次次成功，驗(yàn)證成功率太低還需回到模型訓(xùn)練階段重新訓(xùn)練。

用人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輔助項(xiàng)目式教學(xué)還有另一個(gè)好處，即提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。初中生的知識(shí)儲(chǔ)備和認(rèn)知能力有限，不足以支撐其理解機(jī)器監(jiān)督學(xué)習(xí)的技術(shù)細(xì)節(jié)，而實(shí)驗(yàn)平臺(tái)會(huì)把技術(shù)細(xì)節(jié)封裝為模塊，例如本項(xiàng)目使用科大訊飛開(kāi)發(fā)的人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，封裝了“模型訓(xùn)練”和“模型驗(yàn)證”模塊，讓學(xué)生將注意力放在監(jiān)督學(xué)習(xí)的模型訓(xùn)練和驗(yàn)證上，這樣，他們就不會(huì)因程序繁雜而感到枯燥乏味，失去學(xué)習(xí)信心。

（三）合理分工，開(kāi)展交流與討論，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)思維能力的養(yǎng)成

以小組探究的形式開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)，能讓學(xué)生得到不同角度的解決方案，促使他們客觀考量、對(duì)比考量多種方案的優(yōu)劣，養(yǎng)成多角度看待問(wèn)題的良好思維習(xí)慣。教師若想充分發(fā)揮小組探究的優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)每個(gè)學(xué)生的積極性，需要把握好科學(xué)合理地分工、交流與討論兩個(gè)環(huán)節(jié)。

人工智能涉及多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，需要小組成員分工協(xié)作，且組內(nèi)分工一定要明確，教師要根據(jù)學(xué)生個(gè)人的優(yōu)勢(shì)分配任務(wù)，以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。仍以識(shí)圖熊貓項(xiàng)目為例，在項(xiàng)目實(shí)施初始階段，筆者要求小組成員根據(jù)自身優(yōu)勢(shì)，每人在識(shí)圖熊貓的外觀設(shè)計(jì)、傳感器的安裝調(diào)試與縫紉、AI程序的編寫(xiě)和調(diào)試中，選擇一個(gè)主攻方向。筆者要求，在各環(huán)節(jié)，小組成員既要負(fù)責(zé)完成自己的本職工作，也要參與小組其他成員的工作，并提出建議，但各個(gè)環(huán)節(jié)的最終方案由各分工的主負(fù)責(zé)人決策。學(xué)生在體驗(yàn)決策者角色的過(guò)程中，對(duì)方案的對(duì)比考量、取舍會(huì)促使其必須從小組的整體方案出發(fā)，把著眼點(diǎn)放在全局上，注重整體效果，不失原則地采取靈活有效的方法對(duì)待自己負(fù)責(zé)的方案，從而提高自身的系統(tǒng)思維能力。

項(xiàng)目化教學(xué)通過(guò)問(wèn)題引發(fā)學(xué)生對(duì)概念的思考和探索。學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中需要多角度思考，也需要通過(guò)交流討論碰撞出思想的火花。在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，教師作為教學(xué)的組織者，需科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生交流和討論。以識(shí)圖熊貓項(xiàng)目為例，學(xué)生在體驗(yàn)在平板電腦設(shè)置指紋解鎖的過(guò)程后，教師需要組織學(xué)生在小組內(nèi)討論指紋、人臉、聲紋密碼在設(shè)置與使用的過(guò)程中經(jīng)歷了哪兩個(gè)階段;在學(xué)生完成“石頭”“剪刀”“布”三種手勢(shì)訓(xùn)練后，教師要組織學(xué)生討論人類(lèi)學(xué)習(xí)過(guò)程和機(jī)器學(xué)習(xí)過(guò)程的不同之處;在各組學(xué)生展示和評(píng)價(jià)各組作品后，教師要組織學(xué)生討論機(jī)器學(xué)習(xí)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智能語(yǔ)音和自然語(yǔ)言處理領(lǐng)域有哪些產(chǎn)品，并討論這些產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)和生活的作用是什么。

結(jié)語(yǔ)

人工智能教育在初中階段的普及已是大勢(shì)所趨。以培養(yǎng)計(jì)算思維和工程思維為目標(biāo)，以建構(gòu)主義為理論基礎(chǔ)進(jìn)行的項(xiàng)目式教學(xué)，可以激發(fā)初中生對(duì)人工智能的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)人工智能相關(guān)原理的理解。在項(xiàng)目初始階段，教師應(yīng)重視學(xué)生對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)對(duì)原理進(jìn)行探究;在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生使用人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)概念和原理的理解;在小組探究的過(guò)程中，教師須觀察學(xué)生的特長(zhǎng)，指導(dǎo)學(xué)生合理分工，精心設(shè)計(jì)交流討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在交流與合作中養(yǎng)成多角度看待問(wèn)題的思維習(xí)慣，以培養(yǎng)學(xué)生良好的合作與溝通的能力。

[參考文獻(xiàn)]

金宇.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在初中信息技術(shù)課堂中的應(yīng)用探索[J].新課程，2021（25）：88-89.

秦曉蘭.信息技術(shù)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐與思考：以“‘機(jī)器人’掃地”項(xiàng)目為例[J]. 中國(guó)信息技術(shù)教育，2020（18）：46-48.