摘" 要：學(xué)習(xí)人工智能知識，數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺是一種利器。教學(xué)《讓智能機(jī)器人能走會說》一課時，帶領(lǐng)學(xué)生基于數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺的半開放性，學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)知識，通過平臺提供的設(shè)備探究完成人工智能的特定任務(wù)，在此過程中發(fā)展數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)。教學(xué)中，還采用多維評價模式評價學(xué)生的數(shù)字化素養(yǎng)水平。

關(guān)鍵詞：初中信息科技；人工智能；數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)；《讓智能機(jī)器人能走會說》

本文系2022年度安徽省教育信息技術(shù)研究課題“基于人工智能課程發(fā)展初中生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)的實踐研究”（編號：AH2022034）的階段性研究成果。

人工智能是被納入國家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中的新興技術(shù)。2022年，教育部發(fā)布《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，“人工智能”正式成為初中信息科技的課程內(nèi)容。人工智能課程內(nèi)容如何實施？數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺是一種利器。教學(xué)《讓智能機(jī)器人能走會說》一課時，帶領(lǐng)學(xué)生基于數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺的半開放性，學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)知識，通過平臺提供的設(shè)備探究完成人工智能的特定任務(wù)，在此過程中發(fā)展數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)。

一、 教學(xué)背景

我們使用的數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺，由程序設(shè)計平臺、人工智能功能處理主機(jī)和應(yīng)用功能執(zhí)行套件組成，通過編程平板對科大訊飛未來派AI智能教具進(jìn)行編程，搭建能實現(xiàn)人工智能功能的機(jī)器人。人工智能知識涉及基礎(chǔ)知識和設(shè)備知識?；A(chǔ)知識的學(xué)習(xí)通過學(xué)習(xí)教材實現(xiàn)，主要包括人工智能的應(yīng)用場景、人工智能語音識別技術(shù)、人工智能圖像識別技術(shù)、人工智能翻譯技術(shù)、人工智能倫理等。這部分知識主要在課堂上完成。設(shè)備知識是指，將了解的基礎(chǔ)知識借助設(shè)備實現(xiàn)，主要包括設(shè)備平臺的組成、模塊的作用、各模塊之間的通信、主機(jī)編程、傳感器識別、結(jié)構(gòu)的搭建等。這部分知識的學(xué)習(xí)主要在搭建的人工智能實驗室完成。

二、 教學(xué)過程

本次教學(xué)的基本流程包括：明確任務(wù)、師生共研、搭建編程、效果評價。明確任務(wù)：教師通過創(chuàng)設(shè)情境明確學(xué)習(xí)任務(wù)。師生共研：回顧人工智能基礎(chǔ)知識和設(shè)備知識，如電機(jī)、循線、語音識別與合成技術(shù)、圖像識別與分類技術(shù)，為后面的編程與搭建做鋪墊。搭建編程：師生共同分析實現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行任務(wù)編程，不斷交流各自的思路，用程序驅(qū)動構(gòu)件實現(xiàn)任務(wù)，并共同討論形成最佳方案。效果評價：在規(guī)定的場地上或搭建的數(shù)字化環(huán)境中，檢驗學(xué)生任務(wù)完成的實際效果，通過任務(wù)完成度、時間指標(biāo)、結(jié)構(gòu)的創(chuàng)意性等指標(biāo)評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

（一） 明確任務(wù)

教師分析終點(diǎn)任務(wù)：智能機(jī)器人后端完全進(jìn)入終點(diǎn)區(qū)域且保持靜止，再正確語音播報“成功抵達(dá)終點(diǎn)”視為成功，詳細(xì)解釋“后端”“完全進(jìn)入”的意思，并舉例演示，明確展開操作方式和可能用到的人工智能技術(shù)。教師通過講解各環(huán)節(jié)的任務(wù)要求（如圖1），激發(fā)學(xué)生對相關(guān)要求的思考。

學(xué)生學(xué)習(xí)并實踐任務(wù)要求，用機(jī)器人演示正確抵達(dá)終點(diǎn)的狀態(tài)，請教師判斷是否符合要求。

明確任務(wù)環(huán)節(jié)，教師充分分析任務(wù)要求和評價的標(biāo)準(zhǔn)，并分解任務(wù)。教師首先通過創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的積極性和興趣，情境的設(shè)計除了應(yīng)與人工智能知識及教學(xué)任務(wù)緊密聯(lián)系，還應(yīng)考慮比賽場景，讓學(xué)生對人工智能技術(shù)及使用場景有融合的體驗，逐步挖掘場景下可利用人工智能技術(shù)完善的細(xì)節(jié)。人工智能知識的數(shù)字化學(xué)習(xí)中，要基于生活情境，引入現(xiàn)實問題，引發(fā)學(xué)生思考用人工智能技術(shù)解決現(xiàn)實問題，激發(fā)學(xué)生的應(yīng)用意識。課堂上，教師引導(dǎo)學(xué)生通過合作探究嘗試解決現(xiàn)實或模擬現(xiàn)實情境中的問題，主動建構(gòu)現(xiàn)實與人工智能模型之間的關(guān)系。

（二） 師生共研

教師提出智能機(jī)器人運(yùn)行要解決的問題，如：機(jī)器人轉(zhuǎn)彎，要用到什么組件？機(jī)器人編碼電機(jī)的通信使用幾號端口？轉(zhuǎn)動速度分為幾個等級？有哪些固定的動作？編碼電機(jī)的調(diào)用需要用什么編程功能來實現(xiàn)？循線速度有幾個擋位？除了循線方法，還可以用設(shè)置距離的方法實現(xiàn)嗎？播報語音，用到人工智能的什么功能？編程如何實現(xiàn)？

學(xué)生思考教師提出的問題，然后跟隨教師的指導(dǎo)在機(jī)器人設(shè)備上嘗試人工智能機(jī)器人的使用，如用運(yùn)動功能控制編碼電機(jī)（如下頁圖2所示）、用循線功能進(jìn)行循線（如下頁圖3所示），嘗試用設(shè)定距離的方法讓機(jī)器人前進(jìn)、后退、拐彎，使用“AI技能”中的“語音合成”功能將一段文字轉(zhuǎn)化成語音（如下圖4所示），等等。

本環(huán)節(jié)，教師設(shè)置合理的挑戰(zhàn)性問題，通過任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)生小組自主討論、主動探究去解決這些問題。學(xué)生通過在數(shù)字化設(shè)備上自主嘗試、探究，學(xué)習(xí)用編程去實現(xiàn)特定的功能，培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)的能力，發(fā)展用人工智能的思維去解決問題的意識，提升數(shù)字化素養(yǎng)。

（三） 搭建編程

教師展示若干圖片，分析任務(wù)完成要具有的外在拼裝結(jié)構(gòu)，如循線、抓取、圖像識別、語音播報需要的外在結(jié)構(gòu)，如何編程驅(qū)動硬件完成動作，如何調(diào)試程序等。教師可采用讓學(xué)生講思路和講編碼的方式呈現(xiàn)他們的學(xué)習(xí)過程。教師把學(xué)生優(yōu)秀的程序設(shè)計思路用流程圖的形式記錄下來（下頁圖5即為一位學(xué)生的設(shè)計思路流程圖）。教師講解完成任務(wù)的評價標(biāo)準(zhǔn)，包括穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)、時間性標(biāo)準(zhǔn)和邏輯性標(biāo)準(zhǔn)。

學(xué)生理解教師講解的編程實例，然后進(jìn)

行結(jié)構(gòu)的搭建和編程。期間，可以讓組內(nèi)學(xué)生說出各自的實現(xiàn)思路，培養(yǎng)學(xué)生的合作能力。學(xué)生反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)和程序，實現(xiàn)評價標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)解。

本環(huán)節(jié)為數(shù)字化學(xué)習(xí)的核心。學(xué)生運(yùn)用所學(xué)人工智能技術(shù)在數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺和設(shè)備上分析與解決不同情境下的問題，完成對人工智能知識的數(shù)字化遷移。學(xué)生在完成教師布置的任務(wù)的基礎(chǔ)上，向現(xiàn)實生活延伸，將所學(xué)人工智能知識發(fā)散，應(yīng)用人工智能思維解決生活中類似的場景問題，實現(xiàn)數(shù)字化創(chuàng)新素養(yǎng)的發(fā)展。

（四） 效果評價

教師出示如下頁表1所示的任務(wù)評價標(biāo)準(zhǔn)，并組織學(xué)生分組展示作品。

學(xué)生首先了解與掌握評價的標(biāo)準(zhǔn)，對照標(biāo)準(zhǔn)再次完善小組的作品。然后，按組進(jìn)行展示，匯報搭建和編程的思路及作品的難點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)。最后，組間相互學(xué)習(xí)，并再次完善任務(wù)作品。

效果評價是檢驗課堂學(xué)習(xí)成果和學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)能力的重要方式，也體現(xiàn)了學(xué)生的數(shù)字化創(chuàng)新能力。人工智能知識學(xué)習(xí)的評價采用生成性評價和過程性評價相結(jié)合的方式，既評價任務(wù)作品本身也評價學(xué)習(xí)的過程，既肯定學(xué)生的奇思妙想也肯定學(xué)生數(shù)字化的學(xué)習(xí)過程。教師在評價的過程中需要重視學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)的態(tài)度、分析與解決問題的能力，充分肯定學(xué)生的努力。人工智能知識教學(xué)中任務(wù)的解決方式不是唯一的，對任務(wù)評價要多元化，不去苛求學(xué)生作品盡善盡美，而要充分尊重學(xué)生的想法，肯定學(xué)生的思考，最終作品也是在師生共同總結(jié)、交流之后完善得到的作品。教

師也應(yīng)注意將評價貫穿于數(shù)字化學(xué)習(xí)的全流程和各個環(huán)節(jié)中。

三、 教學(xué)思考

（一） 基于數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺發(fā)展學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)是義務(wù)教育信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，是指個體在日常學(xué)習(xí)和生活中通過選用合適的數(shù)字設(shè)備、平臺和資源，有效地管理學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)資源，開展探究性學(xué)習(xí)，創(chuàng)造性地解決問題。［1］

本課，通過數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺這一利器開展教學(xué)。學(xué)生在數(shù)字化的環(huán)境中，用數(shù)字化的方式開展人工智能知識的學(xué)習(xí)，通過搭建、編程、調(diào)試、完成任務(wù)、創(chuàng)意設(shè)計，發(fā)展數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)。基于數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了人工智能相關(guān)知識，搭建相關(guān)硬件、編寫程序來完成特定的任務(wù)，并從生活中引進(jìn)場景進(jìn)行分析與基本功能實現(xiàn)。通過這些拓展任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在生活情境中應(yīng)用人工智能技術(shù)，拓展對人工智能概念、方式方法識的理解。學(xué)生在探索過程中不斷地面對新問題、解決新問題，不斷地對方案進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，完成數(shù)字化創(chuàng)新和實踐，發(fā)展數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)。

（二） 采用多維評價模式評價學(xué)生的數(shù)字化素養(yǎng)水平

此外，本課還采用生成性評價和過程性評價相結(jié)合的方式，對學(xué)生的數(shù)字化素養(yǎng)水平進(jìn)行評價。生成性評價對任務(wù)的達(dá)成效果進(jìn)行評價，評價按項目的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，主要評價任務(wù)的達(dá)成度。過程性評價是對學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)的評價，通過對每次的自評、互評、師評分析得出，主要評價學(xué)生能否使用數(shù)字化資源和數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺開展學(xué)習(xí)，能否用數(shù)字化思維去解決生活中的問題，能否創(chuàng)意設(shè)計人工智能產(chǎn)品。

限于設(shè)備的容量，學(xué)校只在部分年級（八年級）設(shè)置了人工智能知識的學(xué)習(xí)。因此，盡快將人工智能知識的學(xué)習(xí)融入其他年級的信息科技課程中是下一步要進(jìn)行的工作。而數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個持續(xù)不間斷的過程，單單依靠校園內(nèi)的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要建立基于互聯(lián)網(wǎng)的人工智能教學(xué)平臺，并廣泛建立實驗物聯(lián)網(wǎng)平臺。［2］這也是我們下一步將要開展的研究內(nèi)容。我們也希望看到更多方便、好用的數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺涌現(xiàn)，讓人工智能更鮮活地走入中學(xué)、走入小學(xué)、走入社區(qū)，在系統(tǒng)化的日常教學(xué)中培養(yǎng)國家發(fā)展需要的拔尖創(chuàng)新人才。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：5.

［2］ 李春萌.面向數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)優(yōu)化研究——基于小組游戲競賽策略［D］.廣州：廣州大學(xué)，2023：96.