信息技術(shù)教學(xué)中人工智能的融入路徑

【摘要】隨著科技的發(fā)展，人工智能（AI）已逐漸滲透到人們生活的各方面，從智能手機(jī)、智能家居到自動(dòng)駕駛汽車、智能機(jī)器人，AI技術(shù)無處不在。為了讓下一代更好地適應(yīng)科技社會(huì)，廣大教育工作者需積極展開相關(guān)教學(xué)實(shí)踐。初中信息技術(shù)課程是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)的重要陣地，信息技術(shù)教師有責(zé)任將人工智能融入教學(xué)內(nèi)容中。文章探討了初中信息技術(shù)教學(xué)中融入人工智能的路徑，列舉了具體的教學(xué)策略，包括強(qiáng)化理論基礎(chǔ)教學(xué)、開展編程技術(shù)教學(xué)、借助思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)AI、布置課后學(xué)習(xí)任務(wù)等四個(gè)方面，以幫助學(xué)生更好地應(yīng)對(duì)科技社會(huì)帶來的挑戰(zhàn)?！娟P(guān)鍵詞】初中；信息技術(shù)教學(xué)；人工智能；融入；路徑近年來，已有較多的信息技術(shù)教師把人工智能融入課程中，取得了豐碩成果。實(shí)踐證明，將人工智能引入初中信息技術(shù)教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)等核心素養(yǎng)，達(dá)到“培養(yǎng)時(shí)代新人”的目的。在課程改革大背景下，教師還需進(jìn)一步探索人工智能在信息技術(shù)教學(xué)中的融入方式，切實(shí)提升教育效果。一、人工智能技術(shù)概述人工智能（AI）是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支，也是初中信息技術(shù)課程的重要教學(xué)內(nèi)容。人工智能學(xué)科的研究目的，是開發(fā)能模擬、延伸、擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)，主要研究?jī)?nèi)容包括機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺等方面。在現(xiàn)代社會(huì)中，AI技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，包括智能家居、智能制造、智慧金融、智慧醫(yī)療、智慧教育等領(lǐng)域。借助AI技術(shù)，人們可更高效地生產(chǎn)、生活，獲得更便捷的服務(wù)?！读x務(wù)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，教師應(yīng)在信息技術(shù)教學(xué)中凸顯學(xué)生的主體地位，鼓勵(lì)學(xué)生“在做中學(xué)”“在用中學(xué)”“在創(chuàng)中學(xué)”。在《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的推動(dòng)下，如何借助人工智能來完善中小學(xué)課程方案和教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，使其順應(yīng)信息化、智能化時(shí)代的發(fā)展潮流，成為當(dāng)前教育工作者研究的重要課題[1]。目前看來，將人工智能融入信息技術(shù)課堂，可幫助教師更好地實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)。在教學(xué)中，人工智能以其獨(dú)特的創(chuàng)新性、實(shí)踐性、生動(dòng)性、交互性特點(diǎn)，為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。因此，教師應(yīng)重視開發(fā)、應(yīng)用人工智能教學(xué)內(nèi)容，包括程序設(shè)計(jì)、程序調(diào)試等具體內(nèi)容，為學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)造更廣闊的空間，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。二、人工智能融入初中信息技術(shù)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)1.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。人工智能技術(shù)具有鮮明的實(shí)踐性和趣味性，通過在初中信息技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用AI技術(shù)，教師可為學(xué)生的學(xué)習(xí)賦予新的活力。在AI技術(shù)的幫助下，學(xué)生可親自動(dòng)手完成相關(guān)項(xiàng)目，感受技術(shù)的魅力。這種教學(xué)方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其更主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)。通過實(shí)際操作，學(xué)生可更直觀地理解AI技術(shù)的原理和應(yīng)用方法，從而提高學(xué)習(xí)效果。2.培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。AI技術(shù)是當(dāng)今科技發(fā)展的前沿領(lǐng)域，近年來，其發(fā)展速度之快令人驚嘆。教師通過將AI技術(shù)引入教學(xué)中，可為學(xué)生提供接觸最新科技成果的機(jī)會(huì)，拓寬其視野。在學(xué)習(xí)AI技術(shù)的過程中，學(xué)生可仔細(xì)了解其發(fā)展歷程和應(yīng)用前景，培養(yǎng)信息意識(shí)。同時(shí)，AI技術(shù)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，如計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)等。學(xué)生在應(yīng)用AI技術(shù)時(shí)，也可了解這些學(xué)科的基本概念和原理，拓寬知識(shí)面，培養(yǎng)計(jì)算思維能力。此外，在應(yīng)用AI技術(shù)的過程中能培養(yǎng)學(xué)生鍛煉信息檢索、信息處理和信息分析等能力，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)，使學(xué)生在未來的學(xué)習(xí)和工作中能夠更好地應(yīng)對(duì)來自信息社會(huì)的挑戰(zhàn)。三、初中信息技術(shù)教學(xué)中人工智能的融入路徑1.強(qiáng)化理論基礎(chǔ)教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)AI的理解。將人工智能融入信息技術(shù)課程的前期，教師應(yīng)夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，避免學(xué)生對(duì)AI這門新興技術(shù)抱有過強(qiáng)的陌生感。在選擇AI理論的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師應(yīng)關(guān)注其實(shí)用性、趣味性。例如，教師可從學(xué)生的日常生活出發(fā)，選擇與AI技術(shù)密切相關(guān)的話題，組織學(xué)生探討，如智能手機(jī)、智能家居等，通過在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)講解這些知識(shí)，可激發(fā)學(xué)生對(duì)AI的好奇心。隨后，教師也可使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，為學(xué)生展示AI的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，如圖像識(shí)別技術(shù)、無人駕駛汽車等，并引導(dǎo)學(xué)生分析、討論和總結(jié)有關(guān)AI的知識(shí)，做好重點(diǎn)內(nèi)容的講授，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，充分講解機(jī)器人編程相關(guān)的技術(shù)知識(shí)[2]。在這一過程中，教師可提出一些值得思索的問題，如，人工智能技術(shù)的研究方法分為結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬等，教師可引導(dǎo)學(xué)生將人臉識(shí)別、語音識(shí)別等學(xué)生常會(huì)接觸到的AI技術(shù)，按照具體的研究方法分類，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在教學(xué)AI理論知識(shí)的過程中，教師也應(yīng)重視將理論與實(shí)踐相結(jié)合。毋庸置疑，在信息技術(shù)教學(xué)中，理論教學(xué)是基礎(chǔ)，但學(xué)生對(duì)于知識(shí)真正的理解，往往來源于實(shí)踐。因此，在課堂上，教師可設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生親自動(dòng)手體驗(yàn)AI技術(shù)的應(yīng)用方法。例如，可讓學(xué)生使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分類，從而深入理解AI技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景。在有條件的情況下，教師也可講解“Make？Code集成開發(fā)環(huán)境”“MakeCode的變量與賦值”“MakeCode隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生、應(yīng)用”等概念，再引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手嘗試應(yīng)用這些知識(shí)，如用“數(shù)碼骰子”玩猜數(shù)游戲等。在這些活動(dòng)中，學(xué)生可分享自己對(duì)于AI學(xué)習(xí)內(nèi)容的思考，展示自己的實(shí)踐成果，從而激發(fā)彼此的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力，為后續(xù)的學(xué)習(xí)作鋪墊。在課堂末尾，教師可推薦與人工智能相關(guān)的科技網(wǎng)站和場(chǎng)所，引導(dǎo)學(xué)生在課余時(shí)間自主學(xué)習(xí)、體驗(yàn)、感受人工智能的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[3]。2.開展編程技術(shù)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。在初中階段，學(xué)生已開始接觸一系列的編程知識(shí)。《中小學(xué)人工智能課程指南》在“人工智能方法與實(shí)現(xiàn)”這部分指出，中小學(xué)生通過學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)模式、機(jī)器學(xué)習(xí)算法、人工智能基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái)等內(nèi)容后，應(yīng)能掌握利用人工智能開源體驗(yàn)平臺(tái)、圖形化編程語言、Python編程語言等工具，在公開數(shù)據(jù)集上實(shí)現(xiàn)相關(guān)機(jī)器學(xué)習(xí)算法[4]。這一要求進(jìn)一步凸顯了培養(yǎng)學(xué)生編程能力的必要性與緊迫性。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、認(rèn)知能力、操作經(jīng)驗(yàn)，制訂系統(tǒng)性的編程技術(shù)教學(xué)方案，并在課堂中，循序漸進(jìn)地為學(xué)生引出一系列的編程教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，確保學(xué)生能夠更好地利用AI解決問題、完成任務(wù)。在編程教學(xué)的開始階段，教師應(yīng)傳授學(xué)生基礎(chǔ)的編程知識(shí)，如變量、數(shù)據(jù)類型、控制結(jié)構(gòu)等。在學(xué)習(xí)這些基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，學(xué)生可形成一定的編程思維，為后續(xù)復(fù)雜編程作鋪墊。為確保學(xué)生掌握這些基礎(chǔ)概念，教師也應(yīng)設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的編程練習(xí)題，以檢測(cè)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果。在確定學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)編程知識(shí)有一定的掌握后，教師可進(jìn)一步引入算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)算法的設(shè)計(jì)、分析方法，對(duì)常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如數(shù)組、鏈表、樹等）的應(yīng)用場(chǎng)景形成一定的認(rèn)識(shí)，從而培養(yǎng)一定的計(jì)算思維能力。在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)AI項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，教師也可鼓勵(lì)學(xué)生在課外參加一些編程競(jìng)賽活動(dòng)，以進(jìn)一步鍛煉自己的編程能力。這些競(jìng)賽活動(dòng)可為學(xué)生提供一個(gè)展示自己才華的平臺(tái)，同時(shí)也可讓其結(jié)識(shí)到來自不同學(xué)習(xí)背景的同齡人，從而拓寬視野，更好地鍛煉自己的編程技能和計(jì)算思維，提高解決問題的能力?？偠灾趯⑷斯ぶ悄芤胄畔⒓夹g(shù)課程的前提下，教師應(yīng)進(jìn)一步凸顯信息技術(shù)課的實(shí)踐性特征，多為學(xué)生布置一系列別開生面的實(shí)踐性學(xué)習(xí)任務(wù)，并要求學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)后，及時(shí)反思和總結(jié)。通過實(shí)踐，學(xué)生可發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，并調(diào)整學(xué)習(xí)策略，更好地吸收和鞏固所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效果。3.借助思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生展開AI學(xué)習(xí)活動(dòng)。思維導(dǎo)圖是一種有效的知識(shí)可視化工具，與人工智能下的初中信息技術(shù)課堂有著較好的適配性。教師可使用導(dǎo)圖，以圖形化的方式展示知識(shí)的結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)，梳理AI技術(shù)的知識(shí)體系，使學(xué)生更加清晰地了解所學(xué)內(nèi)容。如，在講解AI基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，制作思維導(dǎo)圖。學(xué)生可將AI的基本概念、發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域等知識(shí)點(diǎn)分類整理，并使用圖形、關(guān)鍵詞等方式，展示知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，從而更深入地理解AI技術(shù)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高記憶效果。在“搭建救援機(jī)器人”這樣的合作學(xué)習(xí)項(xiàng)目中，教師可引導(dǎo)學(xué)生以思維導(dǎo)圖的方式梳理自己的操作步驟。又如，在制作“救援機(jī)器人”的過程中，學(xué)生應(yīng)明確主要任務(wù)——搭建裝有超聲波傳感器的micro：bit機(jī)器小車，從指定位置出發(fā)，自動(dòng)識(shí)別，避開障礙，在到達(dá)指定位置后執(zhí)行救援。教師可引導(dǎo)學(xué)生將這一主要任務(wù)設(shè)置為思維導(dǎo)圖的主干，隨后指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建分支任務(wù)，例如運(yùn)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車的輪子等等，再逐一完成，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程變得更清晰且有條理。在課下，教師也可引導(dǎo)學(xué)生利用思維導(dǎo)圖來復(fù)習(xí)，將之前學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，使之鞏固。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生也可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，自行制作復(fù)習(xí)思維導(dǎo)圖，對(duì)所學(xué)內(nèi)容總結(jié)和歸納。教師還可鼓勵(lì)學(xué)生分享、交流思維導(dǎo)圖，讓學(xué)生互相評(píng)價(jià)和補(bǔ)充，進(jìn)一步完善知識(shí)體系。除了思維導(dǎo)圖外，教師還可結(jié)合其他學(xué)習(xí)工具，來幫助學(xué)生更好地開展AI學(xué)習(xí)活動(dòng)。例如，教師可利用在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑，幫助學(xué)生更好地規(guī)劃學(xué)習(xí)進(jìn)程。教師還可利用社交媒體等工具，促進(jìn)師生之間的交流和互動(dòng)，及時(shí)解答學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的問題，使學(xué)生能夠更好地適應(yīng)人工智能技術(shù)在信息技術(shù)教學(xué)中的融合，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。4.布置課后實(shí)踐任務(wù)，提升知識(shí)遷移的能力?，F(xiàn)如今，人工智能技術(shù)已在人們的實(shí)際生活中，扮演了重要的角色。因此，在將人工智能融入初中信息技術(shù)教學(xué)的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)推動(dòng)學(xué)生將自己的學(xué)習(xí)過程延伸到實(shí)際生活之中，積極使用已學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容完成編程等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的遷移運(yùn)用。為確保學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)的有效性，教師在課堂上需精心設(shè)計(jì)課后學(xué)習(xí)任務(wù)。一般來講，這些學(xué)習(xí)任務(wù)應(yīng)與學(xué)生的實(shí)際生活和興趣相結(jié)合，同時(shí)也要具備一定的挑戰(zhàn)性和可操作性。例如，教師可要求學(xué)生初步體驗(yàn)對(duì)于開源硬件的應(yīng)用，利用此類硬件制作簡(jiǎn)單的機(jī)器人，并將其應(yīng)用到自己的實(shí)際生活中，完成相關(guān)的操作。相較于傳統(tǒng)的課后學(xué)習(xí)任務(wù)，這樣的實(shí)踐任務(wù)既具有實(shí)際意義，又能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。為幫助學(xué)生順利完成實(shí)踐任務(wù)，教師需提供必要的資源，包括相關(guān)的軟件工具和在線資源等。同時(shí)，教師還需給學(xué)生一定的指導(dǎo)，幫助其更好地解決在實(shí)踐過程中遇到的問題。在課下，學(xué)生應(yīng)在教師的幫助下自主探索和創(chuàng)新，自由選擇適合自己的方法和工具完成任務(wù)，并在實(shí)踐過程中積極嘗試新的方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決問題的能力。在下一堂課上，教師可組織學(xué)生分享和交流自己的學(xué)習(xí)成果，與其他同學(xué)互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步，促進(jìn)彼此的成長(zhǎng)。這時(shí)，教師還需對(duì)學(xué)生完成實(shí)踐任務(wù)的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)中，教師應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)的成長(zhǎng)情況，而非僅僅關(guān)注任務(wù)的完成結(jié)果。通過評(píng)價(jià)，教師可了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和不足之處，并給出具體的改進(jìn)建議。同時(shí)，學(xué)生也需自我反思，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，進(jìn)一步提高信息技術(shù)應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)自我發(fā)