摘要：本研究旨在通過(guò)“空氣溫度監(jiān)測(cè)智能管家”項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)，深入觀(guān)察和分析課堂教學(xué)的實(shí)際情況，識(shí)別并診斷可能存在的問(wèn)題，總結(jié)教學(xué)過(guò)程中的常見(jiàn)誤區(qū)和挑戰(zhàn)，并探索有效的改進(jìn)策略及實(shí)踐路徑，以期在未來(lái)的課堂教學(xué)中能夠更有效地應(yīng)對(duì)即時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，為學(xué)生提供一個(gè)能夠自由發(fā)揮創(chuàng)造力、培養(yǎng)批判性思維和展示個(gè)人才能的環(huán)境。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；信息科技；項(xiàng)目實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）20-0000-05

課例研究背景

在人工智能課程的教學(xué)實(shí)施中，筆者根據(jù)課時(shí)安排將教學(xué)單元的主題細(xì)化為一系列微項(xiàng)目，以促進(jìn)知識(shí)的系統(tǒng)化學(xué)習(xí)。但在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，遇到了若干挑戰(zhàn)，主要涉及：①中學(xué)人工智能教學(xué)實(shí)踐注重在真實(shí)情境中“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”。[1]它強(qiáng)調(diào)通過(guò)抽象、分解、建模和算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)，培養(yǎng)計(jì)算思維核心素養(yǎng)，而素養(yǎng)的深處就是“思維”，“思維”的養(yǎng)成則是深度學(xué)習(xí)的體現(xiàn)，這就需要形成一個(gè)可實(shí)施的參考路徑。②再學(xué)科實(shí)踐中，協(xié)作學(xué)習(xí)的重要性不言而喻，而如何發(fā)揮小組全員參與學(xué)習(xí)任務(wù)，讓協(xié)作學(xué)習(xí)真實(shí)、有效，是亟待解決的問(wèn)題。

《深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）》一書(shū)提出了深度學(xué)習(xí)的五個(gè)關(guān)鍵特征：①聯(lián)想與結(jié)構(gòu)：經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的相互轉(zhuǎn)化；②活動(dòng)與體驗(yàn)：學(xué)生的學(xué)習(xí)機(jī)制；③本質(zhì)與變式：對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象進(jìn)行深度加工；

④遷移與應(yīng)用：在教學(xué)活動(dòng)中模擬社會(huì)實(shí)踐；⑤價(jià)值與評(píng)價(jià)：“人”的成長(zhǎng)的隱性要素。[2]當(dāng)前，信息科技課堂教學(xué)面臨一些問(wèn)題，其中的核心問(wèn)題是如何把握知識(shí)原理和體驗(yàn)活動(dòng)的關(guān)系。而深度學(xué)習(xí)的五個(gè)特征體現(xiàn)了如何處理教學(xué)活動(dòng)各要素間的關(guān)系以實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。因此，筆者針對(duì)“如何在人工智能教學(xué)實(shí)踐中，真正讓學(xué)生全身心投入其中、參與其中，獲得幸福感，獲得思維的生成，獲得真學(xué)習(xí)”這一問(wèn)題展開(kāi)研究，以課堂教學(xué)為主陣地，在教學(xué)中踐行深度學(xué)習(xí)理念。下面，SxADeGrZd7yF8iufOpi/5Q==筆者以“空氣溫度監(jiān)測(cè)智能管家”項(xiàng)目實(shí)踐為例，具體談?wù)勆疃葘W(xué)習(xí)視角下的初中信息科技學(xué)科實(shí)踐路徑。

課例研究設(shè)計(jì)思路

1.研究課例

本研究選用創(chuàng)造栗人工智能教學(xué)設(shè)備，采用語(yǔ)音識(shí)別套件進(jìn)行教學(xué)，以創(chuàng)造栗編程軟件作為計(jì)算思維培養(yǎng)工具。選擇程序中的重難點(diǎn)知識(shí)——將if分支結(jié)構(gòu)作為教學(xué)內(nèi)容，本課例涉及if單分支結(jié)構(gòu)、雙分支結(jié)構(gòu)和嵌套分支結(jié)構(gòu)的運(yùn)用等知識(shí)點(diǎn)。

2.研究對(duì)象

本研究的研究對(duì)象為筆者所在學(xué)校七年級(jí)的學(xué)生。其中，大部分學(xué)生在小學(xué)階段接觸過(guò)可視化編程，還有的學(xué)生接觸過(guò)人工智能的簡(jiǎn)單應(yīng)用，可以獨(dú)立完成一些簡(jiǎn)單的編程作品，可以應(yīng)用人工智能設(shè)備模擬場(chǎng)景應(yīng)用并解決問(wèn)題。

3.研究方法

①行動(dòng)研究法。行動(dòng)研究法需要經(jīng)歷“提出問(wèn)題—假設(shè)—驗(yàn)證—結(jié)論”幾個(gè)步驟，每一個(gè)步驟都是基于上一個(gè)步驟的螺旋上升和迭代優(yōu)化。

②課堂觀(guān)察法。課堂觀(guān)察法對(duì)課堂中教師的提問(wèn)、學(xué)生的學(xué)習(xí)、師生的互動(dòng)、小組合作、重難點(diǎn)突破等方面進(jìn)行記錄、分析和研究，以通過(guò)他人視角來(lái)改善教師的教和學(xué)生的學(xué)。

課例研究實(shí)踐

1.原生態(tài)問(wèn)題呈現(xiàn)，預(yù)設(shè)與生成的矛盾分析

在首輪行動(dòng)研究中，教師實(shí)施了為期2課時(shí)的連續(xù)教學(xué)實(shí)踐。該實(shí)踐旨在讓學(xué)生在智能溫度傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景中，通過(guò)小組合作，體驗(yàn)問(wèn)題解決過(guò)程，深入感受程序設(shè)計(jì)的魅力。本課例的教學(xué)設(shè)計(jì)由授課教師獨(dú)立完成，而研究人員則從課堂學(xué)習(xí)效果和學(xué)生活動(dòng)的角度對(duì)課堂進(jìn)行了深入分析。盡管課堂氛圍活躍，學(xué)生參與度較高，但筆者發(fā)現(xiàn)預(yù)設(shè)的教學(xué)活動(dòng)與實(shí)際生成的學(xué)習(xí)過(guò)程存在顯著的矛盾。

（1）教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)

在第一輪行動(dòng)研究中，教師制訂了如表1所示的活動(dòng)方案。

（2）第一輪行動(dòng)研究的分析與診斷

第一，任務(wù)設(shè)計(jì)在難度遞增上連貫性不夠。在任務(wù)一“監(jiān)測(cè)冷熱溫度”中，學(xué)生依賴(lài)基本的“如果……否則……”邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)執(zhí)行判斷，這一過(guò)程相對(duì)直接。然而，當(dāng)進(jìn)入任務(wù)二“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度并實(shí)現(xiàn)高溫預(yù)警”時(shí)，學(xué)生需要掌握嵌套分支結(jié)構(gòu)，要同時(shí)對(duì)三個(gè)不同的溫度區(qū)間進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)流程圖來(lái)清晰地展示這些邏輯關(guān)系。這一環(huán)節(jié)是課程的核心和最具挑戰(zhàn)性的部分，學(xué)生在從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)渡中表現(xiàn)欠佳。分析原因：①教師在從任務(wù)一過(guò)渡到任務(wù)二時(shí)未能提供充分且有效的指導(dǎo)，以幫助學(xué)生克服難點(diǎn)；②缺乏適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)支架，限制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升。因此，任務(wù)設(shè)計(jì)未能有效引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題，可能導(dǎo)致學(xué)生在面對(duì)挑戰(zhàn)時(shí)感到迷茫和無(wú)助，進(jìn)而影響他們的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。

第二，學(xué)生對(duì)溫度變化感知的局限性。學(xué)生在監(jiān)測(cè)不同溫度范圍時(shí)難以獲得直觀(guān)體驗(yàn)。本任務(wù)涉及的溫度監(jiān)測(cè)范圍為：22～26℃（舒適區(qū)）、低于22℃（寒冷區(qū)）和高于26℃（炎熱區(qū)）。這種不顯著的溫度變化使得教師難以準(zhǔn)確評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和成效。此外，僅通過(guò)LED燈的顏色變化來(lái)指示溫度范圍，無(wú)法為學(xué)生提供溫度變化的直觀(guān)感受，這與實(shí)際生活應(yīng)用中對(duì)精確度的需求不符，削弱了學(xué)科實(shí)踐的教育意義。

第三，問(wèn)題預(yù)設(shè)與思維過(guò)程的淺層性。在任務(wù)一至任務(wù)三中，教師提供的解決方案較為單一，傾向于將學(xué)生引導(dǎo)至預(yù)設(shè)的教學(xué)框架內(nèi)，而非拓展其思維，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。特別是在任務(wù)三——實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度并觸發(fā)高溫報(bào)警器的設(shè)計(jì)中，學(xué)生在完成高溫警報(bào)功能時(shí)表現(xiàn)不佳。面對(duì)生成性問(wèn)題，教師缺乏清晰的解決策略，未能深入挖掘問(wèn)題本質(zhì)。

第四，拓展任務(wù)與語(yǔ)音識(shí)別原理的理解。拓展任務(wù)旨在考查學(xué)生對(duì)智能溫度監(jiān)測(cè)的理解，并為后續(xù)課程的深入探討打下基礎(chǔ)。然而，由于課時(shí)限制和語(yǔ)音識(shí)別硬件的靈敏度問(wèn)題，學(xué)生的實(shí)際操作體驗(yàn)并不理想。學(xué)生在嘗試激活設(shè)備時(shí)，經(jīng)常遇到設(shè)備無(wú)響應(yīng)的情況，影響了對(duì)編程設(shè)計(jì)的深入體驗(yàn)。

2.改進(jìn)課的面貌呈現(xiàn)——環(huán)節(jié)的改進(jìn)，進(jìn)入深度學(xué)習(xí)

（1）改進(jìn)的概況

第一輪行動(dòng)研究暴露了不少問(wèn)題，如缺乏評(píng)價(jià)機(jī)制、學(xué)習(xí)活動(dòng)的趣味性不足、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置缺乏層次性。教師基于存在的問(wèn)題對(duì)課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)性改進(jìn)（如表2）：①引入項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方法。為學(xué)生設(shè)計(jì)一份詳細(xì)的項(xiàng)目任務(wù)單，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。②提升學(xué)習(xí)活動(dòng)的實(shí)踐性和趣味性。采用溫度可視化技術(shù)，使學(xué)科實(shí)踐內(nèi)容與學(xué)生日常生活緊密相關(guān)。這種方法不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能讓學(xué)生在實(shí)際操作中直觀(guān)地觀(guān)察溫度變化，加深對(duì)知識(shí)的理解。③增強(qiáng)任務(wù)之間的遞進(jìn)性。教學(xué)設(shè)計(jì)采用由易到難的層次化設(shè)計(jì)更符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，促進(jìn)了學(xué)生認(rèn)知能力的螺旋式上升。

（2）第二輪行動(dòng)研究的分析與診斷

改進(jìn)課的最大問(wèn)題是時(shí)間嚴(yán)重不夠，教學(xué)內(nèi)容只完成了三分之二。微項(xiàng)目一總體能夠完成流程圖的繪制，并有多種流程設(shè)計(jì)的思考，微項(xiàng)目一中的任務(wù)一至任務(wù)三的平均分超過(guò)8.3分。微項(xiàng)目二的完成效果不大理想，平均分在7.2分左右，由于時(shí)間有限，學(xué)生沒(méi)有很好地完成微項(xiàng)目二的學(xué)習(xí)內(nèi)容，因此，學(xué)生總體對(duì)自己的學(xué)習(xí)滿(mǎn)意度評(píng)價(jià)不高。

3.延伸課的精彩呈現(xiàn)——目標(biāo)的修正、生成的精彩

（1）改進(jìn)的概況

第二輪行動(dòng)研究有進(jìn)一步改善，但由于時(shí)間有限，微項(xiàng)目二的升級(jí)內(nèi)容完成率一般，且此次活動(dòng)缺乏實(shí)際生活場(chǎng)景的應(yīng)用。因此，筆者基于第二輪行動(dòng)研究中存在的問(wèn)題做了幾點(diǎn)改進(jìn)（如表3）：①增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)。引入教學(xué)工具和材料，如塑封袋和冰塊，模擬不同的溫度條件。這些工具不僅能幫助學(xué)生更直觀(guān)地感受溫度變化，而且促進(jìn)了他們對(duì)溫度監(jiān)測(cè)原理的深入理解。②重組部分學(xué)習(xí)活動(dòng)環(huán)節(jié)。為學(xué)生提供了更多的時(shí)間深入探討和理解嵌套分支結(jié)構(gòu)等復(fù)雜概念。③加強(qiáng)與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系。設(shè)計(jì)具有創(chuàng)意思考的課后拓展作業(yè)，如可以借助溫濕度傳感器設(shè)備賦予機(jī)器人像人一樣的感知器官，讓我們的生活更智能。為此，同學(xué)們還有什么創(chuàng)意的想法，讓人工智能服務(wù)我們的工作、生活？鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮想象，以小組為單位共同構(gòu)思、繪制創(chuàng)意設(shè)計(jì)圖紙，并撰寫(xiě)詳細(xì)的創(chuàng)意說(shuō)明書(shū)，以深化對(duì)課程內(nèi)容的理解和應(yīng)用。

（2）第三輪行動(dòng)研究的分析與診斷

在第三輪行動(dòng)研究中，明顯發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)情境創(chuàng)設(shè)和教具創(chuàng)設(shè)的熱情度比較高，但課堂的教學(xué)進(jìn)度仍然會(huì)受影響。學(xué)生雖然總體對(duì)雙分支結(jié)構(gòu)重點(diǎn)內(nèi)容的掌握比較好，但對(duì)任務(wù)二難點(diǎn)的深度思考把握不佳，導(dǎo)致后面的任務(wù)總體完成情況偏低。一方面，由于班級(jí)學(xué)生的個(gè)體差異和學(xué)習(xí)習(xí)慣的差異，課堂的學(xué)習(xí)預(yù)設(shè)及推進(jìn)效果不佳；沒(méi)有真正發(fā)揮小組合作的價(jià)值與意義，分工不明確，組內(nèi)“劃水”現(xiàn)象明顯。另一方面，學(xué)生被教具吸引，缺乏真正的探究精神。

4.多學(xué)科融合的學(xué)科實(shí)踐——合作的有效、生成的深度

（1）改進(jìn)的概況

第三輪行動(dòng)研究調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，但學(xué)生對(duì)資源腳手架的分心導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)推進(jìn)受到阻礙。微項(xiàng)目二沒(méi)能很好地完成升級(jí)效果，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)跟不上進(jìn)度，動(dòng)力不足。因此，筆者基于第三輪行動(dòng)研究存在的問(wèn)題對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)做了幾點(diǎn)改進(jìn)（如表4）：①整合學(xué)習(xí)活動(dòng)與學(xué)習(xí)資源。設(shè)計(jì)分層學(xué)習(xí)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)任務(wù)面向全體學(xué)生，升級(jí)任務(wù)面向部分學(xué)生。對(duì)增加的教具，提前調(diào)試，加強(qiáng)引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生正視學(xué)習(xí)腳手架，合理運(yùn)用。②明確小組成員角色和責(zé)任。確保每個(gè)學(xué)生都能積極參與探究學(xué)習(xí)，以提高小組合作的實(shí)效性。此外，特別強(qiáng)調(diào)了組長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)作用，以及小組成員之間的相互支持和合作。③增加學(xué)科活動(dòng)的實(shí)踐價(jià)值。鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于模擬現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意物化，并將項(xiàng)目成果公開(kāi)。

（2）第四輪行動(dòng)研究的分析與診斷

在四輪行動(dòng)研究中筆者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)目標(biāo)確定、指向明確時(shí)，學(xué)生的專(zhuān)注力會(huì)聚焦。①在項(xiàng)目的外觀(guān)設(shè)計(jì)中，學(xué)生小組一起設(shè)計(jì)屬于自己的智能小屋，讓學(xué)生將成果物化。②課堂上，當(dāng)教師以學(xué)生討論過(guò)程中的焦點(diǎn)問(wèn)題為課堂的切入點(diǎn)和升華點(diǎn)時(shí)，學(xué)生的思維表現(xiàn)得非常活躍。③教師對(duì)課后作業(yè)進(jìn)一步跟蹤，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的奇思妙想。美中不足的是，如果微項(xiàng)目二中的任務(wù)二放在微項(xiàng)目的任務(wù)一中，則能讓學(xué)生更直觀(guān)地感受溫度，從而引入本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)，有助于更好地營(yíng)造學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

課例研究實(shí)踐路徑

本研究通過(guò)四輪行動(dòng)研究，持續(xù)發(fā)現(xiàn)并解決教學(xué)實(shí)踐中的問(wèn)題。教學(xué)實(shí)踐從純粹的編程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從靜態(tài)學(xué)習(xí)到動(dòng)態(tài)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。在教學(xué)實(shí)踐中，不同班級(jí)的學(xué)情和學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的差異性導(dǎo)致活動(dòng)設(shè)計(jì)在不同場(chǎng)景下的突破程度存在差異。盡管如此，總體的完成效果仍呈現(xiàn)逐步提升的趨勢(shì)。初中信息科技教學(xué)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)，構(gòu)建真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的探索精神。在此過(guò)程中，學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于具體場(chǎng)景，通過(guò)小組合作，利用計(jì)算思維進(jìn)行問(wèn)題建模，結(jié)合人工智能硬件與創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)解決方案，從而提升實(shí)踐能力、問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力。因此，筆者依據(jù)以上教學(xué)實(shí)踐總結(jié)了信息科技學(xué)科的具體實(shí)踐路徑（如下圖）。

結(jié)論

1.預(yù)設(shè)有指向性的問(wèn)題

在人工智能課程中，問(wèn)題的設(shè)定應(yīng)具有明確的目標(biāo)性和挑戰(zhàn)性，以激發(fā)學(xué)生的思考和探索欲望。問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì)應(yīng)圍繞核心項(xiàng)目問(wèn)題和任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)中建立思維邏輯和知識(shí)結(jié)構(gòu)。

2.預(yù)設(shè)的問(wèn)題要重思維的過(guò)程

在人工智能教學(xué)中，應(yīng)重視學(xué)生的思維過(guò)程而非僅僅關(guān)注結(jié)果。需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)與生活緊密相關(guān)的場(chǎng)景，驅(qū)動(dòng)學(xué)生以問(wèn)題為引導(dǎo)進(jìn)行研究學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)批判性思維和創(chuàng)新精神。

3.積極應(yīng)對(duì)課堂上的生成性問(wèn)題

在人工智能課程教學(xué)中，學(xué)生可能會(huì)隨時(shí)提出一些生成性問(wèn)題。這些問(wèn)題是學(xué)生在思考和探索過(guò)程中產(chǎn)生的，具有啟發(fā)性和探索性。教師應(yīng)積極應(yīng)對(duì)課堂上的生成性問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的想法和解決方案，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生。

4.注重小組合作學(xué)習(xí)

學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)是提高學(xué)生實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的重要手段。教師應(yīng)該重視小組合作，以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和解決問(wèn)題的能力。

5.創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，使人工智能課程生活化

知識(shí)的習(xí)得離不開(kāi)生活，真實(shí)的情境創(chuàng)設(shè)有助于學(xué)生連結(jié)新舊知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化和遷移。通過(guò)創(chuàng)意作品的設(shè)計(jì)和制作，能讓學(xué)生懂得“生活是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)是生活的需要”，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)生活，總結(jié)生活中的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

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[2]劉月霞，郭華.深度學(xué)習(xí)：走向核心素養(yǎng)（理論普及讀本）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2018.

第一作者簡(jiǎn)介：蘇秀萍，工作單位為廈門(mén)市海滄中學(xué)，一級(jí)教師。

基金項(xiàng)目：福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度課題“單元視角下的初中信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)研究”（編號(hào)：FJJKZX23-524）。