陳衛(wèi)軍　項(xiàng)婉

摘 要：在中小學(xué)開設(shè)人工智能課程逐漸成為社會(huì)共識(shí)，部分學(xué)校也開始了人工智能課程大班教學(xué)的各種嘗試。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，初中人工智能課程教學(xué)在資金、設(shè)備、教材、課時(shí)等方面存在問題。文章探索了初中人工智能課程大班教學(xué)的低成本實(shí)現(xiàn)方式，從軟硬件環(huán)境搭建、教學(xué)內(nèi)容選取、課時(shí)安排等方面進(jìn)行實(shí)踐，并以“如何設(shè)計(jì)更智能的垃圾桶”為例，展示了低成本開展初中人工智能課程教學(xué)的項(xiàng)目化實(shí)施過程。

關(guān)鍵詞：低成本;初中人工智能;大班教學(xué)

基金項(xiàng)目：本文系廣東省中小學(xué)“百千萬人才培養(yǎng)工程”專項(xiàng)科研項(xiàng)目課題“初中信息技術(shù)人工智能模塊的項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：BQW2021JCL003）階段性研究成果。

作者簡介：陳衛(wèi)軍（1980—），男，廣東省中山市第一中學(xué)。

項(xiàng) 婉（1993—），女，廣東省中山市第一中學(xué)。

一、概念界定

（一）人工智能課程教學(xué)

人工智能教學(xué)包含兩種方向。一種是指利用人工智能提升教學(xué)效果，比如智能助教、自動(dòng)評(píng)卷、智能出題等;另一種是指對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的人工智能知識(shí)和技能的教育[1]。本文中的“人工智能課程教學(xué)”特指利用信息技術(shù)課堂對(duì)學(xué)生進(jìn)行人工智能相關(guān)知識(shí)的普及，讓學(xué)生感知和體驗(yàn)人工智能，并進(jìn)行簡單的人工智能作品設(shè)計(jì)與制作。

（二）大班教學(xué)

人工智能教育面向全體學(xué)生，考慮到各地學(xué)校班級(jí)班額的實(shí)際情況，本研究將人工智能教育的開展范圍定義在初中某個(gè)年級(jí)的所有班級(jí)進(jìn)行，每班的班額即學(xué)生人數(shù)為40—50人，將這種常規(guī)班級(jí)的人工智能教育稱為人工智能課程“大班教學(xué)”。

（三）低成本

為了更好地探索人工智能課程如何普及，本文將“低成本”定義為：利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)機(jī)房的硬件和軟件設(shè)備，投入不超過1000元就能正常開展（按8課時(shí)計(jì)）的人工智能課程教學(xué)活動(dòng)。我們將這樣的成本投入界定為“低成本”。

二、初中開展人工智能課程教學(xué)的困境

筆者曾經(jīng)向一些初中教師開展過一個(gè)有關(guān)“初中開設(shè)人工智能課程的困難和問題”的問卷調(diào)查，調(diào)查對(duì)象普遍認(rèn)為初中開設(shè)人工智能課程的難點(diǎn)和痛點(diǎn)主要集中在以下三個(gè)方面。

（一）資金和設(shè)備問題

談到人工智能課程教學(xué)，大家的第一反應(yīng)是：沒有錢。一套主流的人工智能控制板套件的價(jià)格在500元左右，按照一個(gè)班50名學(xué)生，人手一套人工智能控制板的配置，需要2萬元左右的資金。這確實(shí)會(huì)讓很多想開設(shè)人工智能課程的教師望而卻步。

（二）教材問題

除了資金和設(shè)備問題，人工智能課程缺乏合適的教材也是一個(gè)很大的問題。高中有國家信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，其中有專門的人工智能模塊;但初中沒有信息技術(shù)課程的國家標(biāo)準(zhǔn)，部分發(fā)達(dá)地區(qū)的信息技術(shù)教材中有涉及人工智能方面的內(nèi)容，但需要依托硬件來實(shí)現(xiàn);不需要依托硬件的，又比較偏理論[2]。

（三）課時(shí)問題

由于沒有人工智能課程單獨(dú)開課的執(zhí)行細(xì)則，目前初中人工智能課程一般是融入信息技術(shù)課程中，初中信息技術(shù)課程的課時(shí)本來就少，再加上人工智能課程的內(nèi)容，課時(shí)就更不夠了。

三、低成本人工智能教學(xué)環(huán)境構(gòu)建

（一）軟硬件環(huán)境

低成本的人工智能課程教學(xué)借助原有的電腦室，按照每班上課人數(shù)50人的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軟硬件配置。具體所需額外投入資金如下表1所示。

由上表可以看出，開展人工智能課程教學(xué)所需的資金不多，一般學(xué)校應(yīng)該可以接受。特別是有些學(xué)校，如果電腦室配備的電腦是筆記本電腦，那就不用投入任何額外資金了。

（二）人工智能課程教學(xué)內(nèi)容

目前成體系的人工智能課程教學(xué)內(nèi)容還是以校本課程居多。教師開設(shè)人工智能課程可以購買已經(jīng)成熟的校外人工智能課程，也可以自己開發(fā)相應(yīng)的課程，還可以在開源的人工智能課程基礎(chǔ)上進(jìn)行校本化的改造[3]。

以使用國產(chǎn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的開源軟件Mind+自帶的人工智能教程為例，官方教程中包括AI語音相關(guān)教程、AI圖像識(shí)別教程、AI機(jī)器學(xué)習(xí)教程、AI硬件相關(guān)教程等。除了“AI硬件相關(guān)教程”，其他的教程都是基于前面提到的軟硬件環(huán)境，不需要額外配置硬件。

（三）課時(shí)

由于在初中的課程設(shè)置中沒有專門的人工智能課程，因此也就沒有相應(yīng)的人工智能課程課時(shí)。鑒于目前初中人工智能模塊的相關(guān)學(xué)習(xí)都是在信息技術(shù)課程的課堂上完成的，所以，可以采取精簡信息技術(shù)教材內(nèi)容，合理納入人工智能相關(guān)知識(shí)的做法。以筆者所在的學(xué)校為例，信息技術(shù)七年級(jí)下冊的教材安排為兩個(gè)單元共16課時(shí)，若將信息技術(shù)教材中的內(nèi)容進(jìn)行整合，壓縮至8課時(shí)，剩下的8課時(shí)就可以用來進(jìn)行人工智能項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與制作。如果教材內(nèi)容與人工智能相關(guān)，還可以將人工智能知識(shí)融入教材內(nèi)容中，同樣以項(xiàng)目的形式進(jìn)行。這樣就可以解決人工智能課程沒有固定課時(shí)的問題。

四、低成本人工智能項(xiàng)目學(xué)習(xí)案例

筆者下面以“如何設(shè)計(jì)更智能的垃圾桶”項(xiàng)目為例，介紹低成本人工智能課程教學(xué)的實(shí)踐。其中，表2為融入人工智能知識(shí)目標(biāo)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)低成本實(shí)現(xiàn)方式。

（一）項(xiàng)目情境

學(xué)生經(jīng)過調(diào)查走訪發(fā)現(xiàn)，小區(qū)的垃圾桶大多是需要用腳踩或者手動(dòng)才能打開蓋子投放垃圾，不夠智能。為了讓小區(qū)居民能更方便地投放垃圾，為垃圾分類做好準(zhǔn)備，大家決定一起設(shè)計(jì)一款更智能的垃圾桶。

（二）驅(qū)動(dòng)性問題

如何設(shè)計(jì)更智能的垃圾桶。

（三）項(xiàng)目規(guī)劃

項(xiàng)目規(guī)劃如表3所示。

（四）方案交流

各小組將完成的方案在班級(jí)中進(jìn)行展示、交流，師生根據(jù)交流情況，按照下面問題的指引，共同改進(jìn)本小組的研究方案：

我們小組方案的優(yōu)點(diǎn)是什么？

我們小組方案還需要補(bǔ)充的地方有什么？

我認(rèn)為還有更好的方案，我們可以怎么做？

（五）自主探究

根據(jù)主題的指引和項(xiàng)目學(xué)習(xí)規(guī)劃的安排，“如何設(shè)計(jì)更加智能的垃圾桶”項(xiàng)目學(xué)習(xí)探究活動(dòng)內(nèi)容如表4所示。

（六）方案實(shí)施

1.評(píng)價(jià)量規(guī)

在人工智能作品設(shè)計(jì)與制作的過程中，過程比結(jié)果更重要。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)量規(guī)能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)，培養(yǎng)學(xué)生的評(píng)價(jià)和鑒別能力。學(xué)生在開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程中進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，探究“怎樣做才能達(dá)到要求”“做到怎樣才算好”“我們小組做得怎么樣”等，借助評(píng)價(jià)量規(guī)，每個(gè)小組都能夠自主完成、完善每一階段的作品。

2.低成本的學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)倡導(dǎo)以學(xué)生為中心，注重學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。如何從傳統(tǒng)的以教師的“教”為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生的“學(xué)”為中心，學(xué)習(xí)支架的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。

（1）任務(wù)分解

任務(wù)一：開展主題為“你對(duì)垃圾桶的使用有哪些意見和建議”的問卷調(diào)查和訪談。

任務(wù)二：設(shè)計(jì)智能垃圾桶1.0。

任務(wù)三：制作智能垃圾桶。

任務(wù)四：智能垃圾桶展示與評(píng)價(jià)。

任務(wù)五：改進(jìn)與完善智能垃圾桶2.0。

（2）支持性活動(dòng)

教師通過建立校內(nèi)人工智能助學(xué)平臺(tái)，將人工智能的基礎(chǔ)知識(shí)以及簡單的體驗(yàn)平臺(tái)整合在一起，學(xué)生可以依托平臺(tái)進(jìn)行自主探究，也可以對(duì)系列微課進(jìn)行反復(fù)觀看和學(xué)習(xí);同伴互助以及教師的個(gè)別指導(dǎo)相結(jié)合，讓學(xué)生隨時(shí)可學(xué)、隨時(shí)可以得到幫助。

（3）任務(wù)單與進(jìn)度調(diào)控

“如何設(shè)計(jì)更智能的垃圾桶”提供了豐富的任務(wù)單來為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供支持。比如，任務(wù)二中的“智能垃圾桶設(shè)計(jì)方案”，通過填寫表格的形式引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)方案要關(guān)注人工智能為生活帶來的影響;任務(wù)五中的“意見采納與實(shí)施表”，通過搜集其他小組的意見和建議，讓學(xué)生意識(shí)到設(shè)計(jì)人工智能作品是一個(gè)不斷改進(jìn)、迭代的過程。

同時(shí)，一個(gè)個(gè)任務(wù)單也是一個(gè)個(gè)進(jìn)度監(jiān)督表，通過任務(wù)單的提交來督促學(xué)生按照事先的項(xiàng)目規(guī)劃，按時(shí)落實(shí)和完成項(xiàng)目任務(wù)，起到進(jìn)度調(diào)控的作用。

（七）成果展示

在小組開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程中，梳理小組成員在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的觀點(diǎn)，綜合應(yīng)用多媒體創(chuàng)編工具（如幻燈片、海報(bào)、電子雜志等），形成可視化學(xué)習(xí)成果（如項(xiàng)目研究報(bào)告），并在全班進(jìn)行成果分享和展示。

（八）反思評(píng)價(jià)

對(duì)于項(xiàng)目學(xué)習(xí)而言，其重視的是學(xué)生在完成項(xiàng)目后對(duì)某一問題進(jìn)行持續(xù)自主的探究。“如何設(shè)計(jì)更智能的垃圾桶”這一項(xiàng)目本身就是為學(xué)生的持續(xù)探究而設(shè)計(jì)的。經(jīng)過其他小組的評(píng)判，也經(jīng)過自己小組的反思，本來已經(jīng)“很智能”的垃圾桶如何能夠“更智能”？如何將在該項(xiàng)目中學(xué)到的思維應(yīng)用于其他項(xiàng)目，從而實(shí)現(xiàn)能力和素養(yǎng)的遷移，更是反思和評(píng)價(jià)的意義所在。

五、實(shí)踐反思

（一）低成本與常態(tài)化

首先要強(qiáng)調(diào)的是，低成本絕不意味著低質(zhì)和低效。低成本人工智能教學(xué)啟發(fā)我們初中人工智能課程沒有想象中那么難開展?！叭绾卧O(shè)計(jì)更智能的垃圾桶”通過人工智能的體驗(yàn)、人工智能作品的創(chuàng)作涵蓋了初中人工智能教育的大部分內(nèi)容：機(jī)器感知、簡單推理、機(jī)器學(xué)習(xí)體驗(yàn)、人機(jī)交互等。也正是因?yàn)橛辛说统杀镜沫h(huán)境搭建，使得人工智能教育得以常態(tài)化、大班化普及教學(xué)。

（二）創(chuàng)客教育與人工智能教育

有些學(xué)校如果之前有過創(chuàng)客教育的基礎(chǔ)，可以在創(chuàng)客作品創(chuàng)作的基礎(chǔ)上，加入人工智能元素，讓學(xué)生體驗(yàn)人工智能，嘗試借助人工智能的應(yīng)用平臺(tái)來創(chuàng)作簡單的人工智能作品。學(xué)生具備一定創(chuàng)客作品的創(chuàng)作基礎(chǔ)，對(duì)于創(chuàng)作人工智能作品會(huì)比較容易上手。

（三）低成本開展初中人工智能教育的反思

初中人工智能教育的平臺(tái)選擇其實(shí)不應(yīng)該是一個(gè)值得討論的問題，到底是圖形化編程平臺(tái)還是Python，這都不重要。平臺(tái)和軟件只是一種工具，重要的是借助這些工具，消除學(xué)生對(duì)人工智能的神秘感，讓學(xué)生感知、體驗(yàn)人工智能，未來能正確使用人工智能，學(xué)生在親歷人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體驗(yàn)中創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)，這才是初中人工智能教育的真正目的。

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