【摘 要】本文針對(duì)信息科技教學(xué)設(shè)計(jì)中存在的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生需求脫節(jié)、教學(xué)方法單一、教學(xué)資源分散等問(wèn)題，基于逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的理念，嘗試用UMU平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，并以“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，介紹了UMU平臺(tái)對(duì)信息科技教學(xué)設(shè)計(jì)全過(guò)程的支持。實(shí)踐結(jié)果表明，UMU平臺(tái)在信息科技教學(xué)設(shè)計(jì)中有助于精準(zhǔn)制定教學(xué)目標(biāo)、有助于實(shí)現(xiàn)嵌入式評(píng)價(jià)、有助于設(shè)計(jì)探究型學(xué)習(xí)活動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】UMU平臺(tái)；信息科技；創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G434 " 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2025）01-062-03

當(dāng)前信息科技教學(xué)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

隨著信息科技成為國(guó)家課程，信息科技在中小學(xué)教育體系中的地位日益凸顯。然而，在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，我們不難發(fā)現(xiàn)存在一些普遍的問(wèn)題，這些問(wèn)題在一定程度上制約了信息科技課程的教學(xué)效果和培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

一是教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生需求脫節(jié)。教學(xué)設(shè)計(jì)往往是從教師的角度去進(jìn)行設(shè)計(jì)，所選的情境和案例是教師立場(chǎng)或者說(shuō)是教師以為學(xué)生會(huì)感興趣的。這就會(huì)造成教師所教的不一定是學(xué)生感興趣的，學(xué)生沒(méi)有帶入感，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不足，大大影響了學(xué)習(xí)效果。二是教學(xué)方法單一，缺乏創(chuàng)新。傳統(tǒng)的講授式教學(xué)無(wú)法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，學(xué)生在課堂上往往處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，缺乏主動(dòng)探究和創(chuàng)新實(shí)踐的機(jī)會(huì)。這種教學(xué)方式不僅抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也阻礙了其創(chuàng)新思維的發(fā)展。三是教學(xué)資源分散，難以整合。信息科技課程涉及的知識(shí)領(lǐng)域廣泛，教學(xué)資源豐富但分散。教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)往往難以找到合適的教學(xué)資源，無(wú)法形成系統(tǒng)化的教學(xué)方案。這在一定程度上影響了教學(xué)的連貫性和深度。

UMU平臺(tái)在信息科技教學(xué)設(shè)計(jì)中的作用

針對(duì)上述問(wèn)題，UMU平臺(tái)作為一種新型的教學(xué)工具，為信息科技課程的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了有力的支持。UMU平臺(tái)是一個(gè)集內(nèi)容管理、學(xué)習(xí)互動(dòng)、數(shù)據(jù)分析于一體的在線教學(xué)平臺(tái)，具有以下顯著優(yōu)勢(shì)。

UMU平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)資源的整合與共享。通過(guò)平臺(tái)上的資源庫(kù)功能，教師可以輕松找到所需的教學(xué)資源，并進(jìn)行整合和分類管理。這大大提高了教學(xué)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，同時(shí)也為學(xué)生提供了更加豐富多樣的學(xué)習(xí)資源。UMU平臺(tái)支持多樣化的教學(xué)方式和互動(dòng)形式。平臺(tái)上的在線討論、小組協(xié)作、實(shí)時(shí)反饋等功能為師生之間的互動(dòng)提供了便捷的途徑。教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)，設(shè)計(jì)靈活多樣的教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。UMU平臺(tái)還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能。通過(guò)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、成績(jī)等數(shù)據(jù)的收集和分析，教師可以及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)也為教學(xué)研究和改進(jìn)提供了寶貴的依據(jù)。通過(guò)整合教學(xué)資源、支持多樣化教學(xué)方式和提供數(shù)據(jù)分析功能，UMU平臺(tái)有助于解決當(dāng)前信息科技課程教學(xué)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，提升教學(xué)效果和培養(yǎng)質(zhì)量。

“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”教學(xué)設(shè)計(jì)

信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)的課程內(nèi)容中，“人工智能與智慧社會(huì)”模塊的內(nèi)容要求中有如下描述：初步了解人工智能中機(jī)器學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)方式?；诖苏n程內(nèi)容要求，筆者以“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”為例，介紹UMU平臺(tái)支持下的信息科技創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)施過(guò)程。本教學(xué)設(shè)計(jì)采用逆向的教學(xué)設(shè)計(jì)（圖1），即先制定教學(xué)目標(biāo)，然后制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最后才是設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)[1]。

圖1 "UMU平臺(tái)支持下的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教學(xué)目標(biāo)

在“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”的教學(xué)設(shè)計(jì)中，教學(xué)目標(biāo)的制定是至關(guān)重要的一環(huán)。為了確保教學(xué)目標(biāo)的針對(duì)性和有效性，我們充分利用了UMU平臺(tái)的功能優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行深入的學(xué)生調(diào)研和內(nèi)容分析。

通過(guò)UMU平臺(tái)的問(wèn)卷調(diào)查功能，我們對(duì)學(xué)生進(jìn)行了關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)知識(shí)的起點(diǎn)調(diào)查。這一步驟旨在了解學(xué)生的先驗(yàn)知識(shí)、技能水平以及對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的興趣和期望。問(wèn)卷結(jié)果顯示，學(xué)生對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的基本概念有所了解，但缺乏深入理解和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，結(jié)合學(xué)生近期參與的勞動(dòng)教育實(shí)踐活動(dòng)——水稻除草活動(dòng)，學(xué)生對(duì)將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決表現(xiàn)出濃厚的興趣。

接下來(lái)，我們結(jié)合信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)機(jī)器學(xué)習(xí)的要求，以及學(xué)生的實(shí)際情況，精準(zhǔn)地制定了教學(xué)目標(biāo)。在認(rèn)知方面，我們要求學(xué)生掌握機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理；在技能方面，我們著重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型構(gòu)建和測(cè)試能力；在情感、態(tài)度和價(jià)值觀方面，我們期望通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的熱情和創(chuàng)新精神。之所以這樣制定教學(xué)目標(biāo)，主要是基于以下幾點(diǎn)考量：一是充分尊重學(xué)生的主體地位和個(gè)體差異，確保教學(xué)目標(biāo)既符合學(xué)生的實(shí)際需求，又具有一定的挑戰(zhàn)性；二是緊密圍繞課程標(biāo)準(zhǔn)，確保教學(xué)內(nèi)容的連貫性和系統(tǒng)性；三是注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。

通過(guò)UMU平臺(tái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷，對(duì)問(wèn)卷結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，結(jié)合信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)，我們制定本項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)如下：能夠理解并描述“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”的工作原理；能夠應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，設(shè)計(jì)和開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)化的水稻田稗草清除模型；通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作，完成項(xiàng)目的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模型開發(fā)和測(cè)試評(píng)估；能夠就所開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行有效的展示和溝通。

2.評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（1）知識(shí)理解評(píng)價(jià)：能夠準(zhǔn)確解釋“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”中的機(jī)器學(xué)習(xí)概念和原理；能夠闡述所選機(jī)器學(xué)習(xí)的流程圖在稗草清除中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。（2）技能應(yīng)用評(píng)價(jià)：能夠選擇合適的數(shù)據(jù)集，并進(jìn)行預(yù)處理以支持模型開發(fā)；能夠構(gòu)建和訓(xùn)練一個(gè)有效的機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)識(shí)別稗草；能夠編寫圖形化代碼實(shí)現(xiàn)模型的部署和應(yīng)用。（3）團(tuán)隊(duì)合作評(píng)價(jià)：能夠在團(tuán)隊(duì)中有效協(xié)作，共同完成項(xiàng)目任務(wù)；能夠分工明確，按時(shí)提交團(tuán)隊(duì)的工作成果。（4）展示溝通評(píng)價(jià)：能夠清晰、有條理地展示項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)過(guò)程；能夠回答同學(xué)的問(wèn)題并提供合理的解釋。

3.基于UMU平臺(tái)的評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)

（1）知識(shí)理解評(píng)價(jià)：通過(guò)UMU平臺(tái)創(chuàng)建在線測(cè)試，包含選擇題、填空題和簡(jiǎn)答題，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”相關(guān)知識(shí)的理解；在UMU的討論區(qū)發(fā)表對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)概念和原理的理解，通過(guò)同伴互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)來(lái)加深認(rèn)識(shí)。（2）技能應(yīng)用評(píng)價(jià)：團(tuán)隊(duì)在UMU平臺(tái)上提交水稻田稗草清除模型代碼、數(shù)據(jù)集和項(xiàng)目文檔；教師通過(guò)UMU平臺(tái)上的代碼審查功能來(lái)檢查各團(tuán)隊(duì)的代碼質(zhì)量和模型性能。（3）團(tuán)隊(duì)合作評(píng)價(jià)：團(tuán)隊(duì)在UMU平臺(tái)上定期更新項(xiàng)目進(jìn)展日志，記錄團(tuán)隊(duì)成員的貢獻(xiàn)和協(xié)作情況；團(tuán)隊(duì)成員之間相互評(píng)價(jià)在項(xiàng)目中的表現(xiàn)，提供反饋和建議。（4）展示溝通評(píng)價(jià)：團(tuán)隊(duì)使用UMU平臺(tái)的在線演示功能，向全班同學(xué)和教師展示他們的項(xiàng)目成果；通過(guò)UMU平臺(tái)收集各小組對(duì)學(xué)生演示的反饋，包括內(nèi)容理解、表達(dá)清晰度和問(wèn)題回答等方面。

4.教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

UMU平臺(tái)支持下的“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)全流程如圖2所示。

圖2 "UMU平臺(tái)支持下的學(xué)習(xí)活動(dòng)全流程

（1）情境引入。教師播放水稻田中農(nóng)民清除稗草的視頻，展示問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)性和挑戰(zhàn)性；在UMU平臺(tái)上發(fā)起討論：如果你是農(nóng)民，你希望有一款怎樣的機(jī)器人來(lái)幫助你清除稗草？

（2）問(wèn)題定義與分解。教師引導(dǎo)學(xué)生定義核心問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)一款可以自動(dòng)清除稗草的機(jī)器人？并利用UMU平臺(tái)的思維導(dǎo)圖工具，與學(xué)生一起將問(wèn)題分解為四個(gè)子問(wèn)題：如何區(qū)分水稻和稗草？模型如何訓(xùn)練和測(cè)試？硬件如何搭建？如何迭代和改進(jìn)裝置？

（3）區(qū)分水稻和稗草。學(xué)生使用攝像頭拍攝大量的水稻圖片和稗草圖片，上傳UMU平臺(tái)，并進(jìn)行標(biāo)注。學(xué)生觀看UMU平臺(tái)提供介紹模型訓(xùn)練工具的微課和模型訓(xùn)練的視頻資源，分組進(jìn)行模型訓(xùn)練。學(xué)生還需要利用訓(xùn)練好的模型進(jìn)行圖片識(shí)別測(cè)試，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行浴?/p>

（4）模型訓(xùn)練與測(cè)試。學(xué)生分組使用模型訓(xùn)練工具進(jìn)行模型的訓(xùn)練和調(diào)整。通過(guò)UMU平臺(tái)的實(shí)時(shí)反饋功能，學(xué)生可以及時(shí)了解模型的識(shí)別準(zhǔn)確率，并根據(jù)反饋調(diào)整訓(xùn)練參數(shù)或重新拍攝圖片。

（5）硬件搭建。教師提供硬件搭建的視頻教程和微課資源，介紹如何搭建機(jī)器人的外觀和基礎(chǔ)功能。學(xué)生分組根據(jù)視頻教程進(jìn)行硬件的搭建和調(diào)試。各小組將搭建過(guò)程中的問(wèn)題和成果分享到UMU平臺(tái)上，共同交流和討論。

（6）項(xiàng)目分享與評(píng)價(jià)。在UMU平臺(tái)的討論區(qū)，學(xué)生可以發(fā)表自己對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的改進(jìn)意見和建議。通過(guò)投票功能，全班評(píng)選出最具創(chuàng)意和實(shí)用性的改進(jìn)方案。教師根據(jù)全班的討論和投票結(jié)果，引導(dǎo)各小組進(jìn)行系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化。

5.教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋

通過(guò)UMU平臺(tái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，教師可以了解每個(gè)小組在各個(gè)階段的參與度和表現(xiàn)情況。結(jié)合各小組的作品、討論和投票結(jié)果，教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和反饋；根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果調(diào)整教學(xué)策略，為下一輪教學(xué)提供參考和改進(jìn)方向。

6.教學(xué)反思

通過(guò)本教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅能夠?qū)W習(xí)到機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理，還能夠在實(shí)際問(wèn)題中應(yīng)用這些知識(shí)，培養(yǎng)計(jì)算思維和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)UMU平臺(tái)的互動(dòng)和反饋功能，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程變得更加有趣和高效。UMU平臺(tái)支持下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式也有助于提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為他們未來(lái)的學(xué)習(xí)和生活打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

結(jié)論與建議

本研究以“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”為例，對(duì)UMU平臺(tái)支持下的信息科技課程進(jìn)行了創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)。實(shí)踐結(jié)果表明：利用UMU平臺(tái)可以有效地整合教學(xué)資源，支持多樣化的教學(xué)方式，并提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析，從而顯著提升學(xué)生對(duì)人工智能相關(guān)知識(shí)的理解與應(yīng)用能力。具體而言，通過(guò)結(jié)合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和協(xié)作式學(xué)習(xí)的方式，學(xué)生在實(shí)際設(shè)計(jì)和開發(fā)“水稻田稗草自動(dòng)清除系統(tǒng)”的過(guò)程中，不僅掌握了相關(guān)的理論知識(shí)，還培養(yǎng)了解決實(shí)際問(wèn)題的能力。此外，UMU平臺(tái)提供的實(shí)時(shí)反饋和數(shù)據(jù)分析功能，使教師能夠及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，進(jìn)而調(diào)整教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)?；诒狙芯康慕Y(jié)果，我們提出以下建議。

一是在信息科技課程中推廣UMU平臺(tái)的應(yīng)用。信息科技實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)設(shè)備讓UMU平臺(tái)可以隨時(shí)發(fā)揮作用，這是其他學(xué)科所不具備的優(yōu)勢(shì)。信息科技課程每周一節(jié)課，學(xué)生所學(xué)知識(shí)容易遺忘，通過(guò)UMU平臺(tái)可以將知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，這也讓混合式學(xué)習(xí)成為可能。二是加強(qiáng)人工智能教育的實(shí)踐環(huán)節(jié)。在人工智能教育中，應(yīng)注重實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。UMU平臺(tái)中的“創(chuàng)建學(xué)習(xí)項(xiàng)目”模塊可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、協(xié)作式學(xué)習(xí)等方式，引導(dǎo)學(xué)生“做中學(xué)”“用中學(xué)”，培養(yǎng)其解決實(shí)際問(wèn)題的能力[3]。三是關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程與反饋。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)密切關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和反饋情況。利用UMU平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)分析功能，教師可以及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、難點(diǎn)和興趣點(diǎn)，從而調(diào)整教學(xué)策略和方法。此外，教師還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題和建議，以便更好地滿足其學(xué)習(xí)需求。

注：本文系廣東省中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0專項(xiàng)科研課題“基于UMU平臺(tái)的初中信息科技教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：TSGCKT2023290）研究成果

參考文獻(xiàn)

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