“新課標(biāo)”背景下中小學(xué)跨學(xué)科項(xiàng)目式人工智能教學(xué)的探索實(shí)踐 論文

“新課標(biāo)”背景下中小學(xué)跨學(xué)科項(xiàng)目式人工智能教學(xué)的探索實(shí)踐——以《人臉識別——校園門衛(wèi)機(jī)器人》項(xiàng)目為例摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展人工智能已悄然融入我們的生活，改變?nèi)藗兩?、工作、學(xué)習(xí)方式，目前在中小學(xué)課程教育領(lǐng)域還沒有明確的人工智能課程，以合肥地區(qū)為例，在科大訊飛等企業(yè)的支持下通常以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的形式在課后三點(diǎn)半服務(wù)工程中的科技創(chuàng)新類社團(tuán)開展人工智能學(xué)習(xí)。2022年上半年各學(xué)科新課程標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，信息技術(shù)學(xué)科更名為信息科技，從綜合實(shí)踐課程中獨(dú)立出來成為國家課程，在信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)7-9年級模塊中人設(shè)置了獨(dú)立的人工智能學(xué)習(xí)內(nèi)容——“人工智能與智慧社會”。這也意味著人工智能教育內(nèi)容正式成為國家課程，當(dāng)下中小學(xué)正處于有課標(biāo)無教材的過渡時期，在新課標(biāo)的指導(dǎo)下開展跨學(xué)科的人工智能教學(xué)的探索具有十分重要的先導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：新課標(biāo)，跨學(xué)科，項(xiàng)目學(xué)習(xí)，人工智能引言：新課標(biāo)中指出各學(xué)科利用10%課程時間開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)，中小學(xué)階段人工智能學(xué)習(xí)的內(nèi)容涉及到多學(xué)科如數(shù)學(xué)、信息、工程等，在新教材還未正式出臺之前合肥某區(qū)域?qū)W校已在中小學(xué)率先開展人工智能社團(tuán)教學(xué)，全國中小學(xué)信息技術(shù)融合創(chuàng)新優(yōu)質(zhì)課的活動大賽中人工智能教學(xué)案例的不斷涌現(xiàn)，項(xiàng)目式的跨學(xué)科的人工智能學(xué)習(xí)中不斷提升學(xué)生的信息核心素養(yǎng)，師生感受人工智能的魅力和對生活、工作、學(xué)習(xí)帶來的巨大變革。一、新課標(biāo)背景下信息科技教學(xué)1.信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)現(xiàn)狀信息技術(shù)與其他學(xué)科相比最大的不同是技術(shù)的更新速度飛快，教材的內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展的頻率不同步，教師需要適時的調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，如：科學(xué)出版社七年級下冊的編輯家庭影片部分教學(xué)載體軟件是會聲會影11版本，對于學(xué)生來說操作比較簡單，但是會聲會影制作出來的作品比較死板，生動活潑度不夠，軟件占用空間資源比較大。當(dāng)下短視頻火爆，各種短視頻平臺流量沖擊很大，以抖音為例操作簡單，學(xué)生對視頻編輯的軟件剪映熟悉，剪映自帶抖音平臺的相關(guān)資源包，如海量音樂素材，視頻聲音的文字自動識別生成字幕，輸入文字識別自動轉(zhuǎn)換成語音等，生動有趣的特寫與特效，多種移動終端和電腦端都可以編輯制作精彩的視頻作品。因此達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)生學(xué)會利用電子軟件制作家庭影音作品，可以根據(jù)真實(shí)的學(xué)情適當(dāng)?shù)恼{(diào)整教學(xué)載體軟件。2.義務(wù)教育階段信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)主要變化2022年4月教育部未正式發(fā)布義務(wù)教育階段新課標(biāo)之前，中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)以2017年普通高中修訂發(fā)布的信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教育部2000年印發(fā)的信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要為參考。義務(wù)教育教育階段信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)與17年普通高中課標(biāo)，2000年的信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要主要體現(xiàn)在一下幾點(diǎn)變化：（1）強(qiáng)化了育人導(dǎo)向教育部發(fā)布的義務(wù)教育《課程方案》和新課標(biāo)中都多次提到“立德樹人”這一關(guān)鍵詞，這一舉措說明在國家層面上信息科技學(xué)科不僅僅只是重視技術(shù)與知識的學(xué)習(xí)，而是把育人的思想理念放在了首位。在多元化的評價方式中以評價來育人體現(xiàn)十分明顯，這一點(diǎn)相比于過去重視技術(shù)與知識的學(xué)習(xí)尤為突出。在各年級螺旋上升的課程中引導(dǎo)學(xué)生正確的價值觀，遵守信息科技學(xué)科學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該遵守的法律法規(guī)、倫理道德規(guī)范，不斷培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。一線教師作為信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)的踐行者，不管“教什么，如何教”目的是育人，是培養(yǎng)學(xué)生的必備品格。（2）內(nèi)容的融合創(chuàng)新性新課標(biāo)中以“六三”學(xué)制為例，根據(jù)學(xué)生的心理認(rèn)知發(fā)展水平圍繞六大主線，包括數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息安全、信息處理、人工智能在內(nèi)，落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展和學(xué)段目標(biāo)的達(dá)成。7-9年級模塊列出的人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的內(nèi)容，清晰的反映出信息科技學(xué)科時代發(fā)展的融合創(chuàng)新的特點(diǎn)，義務(wù)教育階段3-8年級之外的學(xué)科則是融合了更多的其他學(xué)科的課程內(nèi)容。各年級模塊列出關(guān)于內(nèi)容、學(xué)業(yè)的具體要求并給出一定的教學(xué)提示，一線教師在教學(xué)實(shí)踐中有重要的參考意義。新課標(biāo)中更傾向于大單元單元內(nèi)容的學(xué)習(xí)，單元內(nèi)每一課時的界限不再明顯，教師可以真實(shí)情境的狀況相機(jī)調(diào)整每課時的學(xué)習(xí)內(nèi)容。（3）核心素養(yǎng)的落實(shí)提升從“信息技術(shù)”走向“信息科技”不只是兩個字的變化，伴隨著的是“三維”目標(biāo)轉(zhuǎn)向“核心素養(yǎng)”，對應(yīng)的是學(xué)生的關(guān)鍵能力、必備品格等培養(yǎng)發(fā)展。三維目標(biāo)與核心素養(yǎng)本質(zhì)無好壞之分，信息科技核心素養(yǎng)的信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任四個方面的落實(shí)發(fā)展是以知識、能力、情感三維目標(biāo)為基礎(chǔ)，體現(xiàn)出課程的的性質(zhì)與育人的價值導(dǎo)向。二、跨學(xué)科的項(xiàng)目學(xué)習(xí)現(xiàn)狀傳統(tǒng)的信息技術(shù)教學(xué)中，學(xué)習(xí)內(nèi)容以單一的本學(xué)科教學(xué)內(nèi)容為主，學(xué)習(xí)形式常以任務(wù)驅(qū)動、情境教學(xué)、小組合作等形式開展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展信息科技學(xué)習(xí)內(nèi)容的不斷地在改變，從單一學(xué)科走向跨學(xué)科融合，在信息科技學(xué)科中更多地可以展現(xiàn)出數(shù)學(xué)、科學(xué)、綜合實(shí)踐、道德與法治等學(xué)科的知識內(nèi)容。新課標(biāo)中明確給出中小學(xué)四個學(xué)段的跨學(xué)科主題。1.項(xiàng)目學(xué)習(xí)特征項(xiàng)目學(xué)習(xí)簡稱為PBL，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展信息技術(shù)教材教學(xué)內(nèi)容不能與技術(shù)同步，一些區(qū)域的特色項(xiàng)目學(xué)習(xí)隨之而生，一個大項(xiàng)目如同一個大的單元的內(nèi)容被分為幾個子項(xiàng)目，這些子項(xiàng)目如同大單元中的各個課時內(nèi)容，學(xué)習(xí)的內(nèi)容涉及到多學(xué)科，但這并不意味著項(xiàng)目學(xué)習(xí)與大單元教學(xué)完全等同。（1）真實(shí)情境性項(xiàng)目學(xué)習(xí)選取的案例一般源自真實(shí)的情境中，師生在真實(shí)的情境中圍繞著一個具有一定的挑戰(zhàn)性但又能夠通過小組協(xié)作探究完成的項(xiàng)目主題開展的學(xué)習(xí)活動。（2）學(xué)生的主體性在傳統(tǒng)的信息技術(shù)課堂教師把控著的課堂的主導(dǎo)權(quán)，在任務(wù)驅(qū)動下學(xué)生開展相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中學(xué)生成為課堂的主體，教師的角色不在是課堂上的“演員”，更像一個“導(dǎo)演”，引導(dǎo)著學(xué)生進(jìn)行持續(xù)性的合作探究，達(dá)成項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)。（3）學(xué)習(xí)支架的搭建項(xiàng)目學(xué)習(xí)中教師將活動的中心轉(zhuǎn)移給學(xué)生，為了項(xiàng)目活動的有序進(jìn)行，項(xiàng)目目標(biāo)的有效達(dá)成，支架性的活動材料對項(xiàng)目活動的開展起到良好的促進(jìn)作用。項(xiàng)目活動支架性材料的形式是多樣化，一般可以包括學(xué)習(xí)單、微課視頻、多媒體交互即時課件如storyline、各級平臺資源、學(xué)習(xí)活動工具等。（4）項(xiàng)目活動的延續(xù)性傳統(tǒng)的信息技術(shù)課堂教學(xué)中通常一節(jié)課完成一課的教學(xué)任務(wù)，如八年級的動畫單元一節(jié)課完成一個不同類型動畫的作品，如運(yùn)動漸變動畫、逐幀動畫等，一節(jié)課學(xué)生能夠完成一個作品。項(xiàng)目學(xué)習(xí)中完成一個大的項(xiàng)目可能需要若干課時，學(xué)習(xí)的空間也不局限于某一固定的教室，一節(jié)課中可能只能完成大的項(xiàng)目中的一個子項(xiàng)目，因此教師需要合理的安排好課時、活動場所、學(xué)生的活動安排等。2.項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程項(xiàng)目學(xué)習(xí)中師生雙方圍繞著真實(shí)情境中的問題持續(xù)性的投入，教師引導(dǎo)各個小組合理分工，以學(xué)生為項(xiàng)目活動的主題完成項(xiàng)目活動。項(xiàng)目學(xué)習(xí)的主要流程包括如下幾點(diǎn)：（1）項(xiàng)目主題的確定項(xiàng)目主題的確定可以是多種渠道，包括生活中真實(shí)情境的案例，新課標(biāo)與教材的整合案例，有意義的社團(tuán)教學(xué)案例等。一個好的項(xiàng)目活動主題直接影響著項(xiàng)目活動的完成度，項(xiàng)目學(xué)習(xí)的內(nèi)容是多學(xué)科交織的，中學(xué)生思想認(rèn)知發(fā)展水平日漸成熟，有一定的理解力，在項(xiàng)目主題的選擇時教師可以給予適時的引導(dǎo)。（2）項(xiàng)目計(jì)劃相比小學(xué)生中學(xué)生組織協(xié)調(diào)能力較強(qiáng)，組內(nèi)成員的合理分工能夠大大提高項(xiàng)目完成的效率。整個項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程可以由小組間進(jìn)行討論，分割成若干個小的項(xiàng)目，制定出詳細(xì)的項(xiàng)目計(jì)劃方案，學(xué)習(xí)資源的準(zhǔn)備等，教師可以根據(jù)小組間的方案計(jì)劃給出精確的指導(dǎo)，引導(dǎo)各個小組有條不紊的開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)。（3）項(xiàng)目實(shí)施依據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃各小組開始進(jìn)行項(xiàng)目中最核心的一步——項(xiàng)目實(shí)施，不同類型的項(xiàng)目活動最終的項(xiàng)目產(chǎn)品不同，呈現(xiàn)的方式也是多樣的，如：項(xiàng)目報告、實(shí)物產(chǎn)品、數(shù)字產(chǎn)品等。在活動的實(shí)施過程中學(xué)生的分析、整理、動手實(shí)操能力等得到了有效的提升，項(xiàng)目學(xué)習(xí)中學(xué)生雖是活動的主體這并意味著教師放任學(xué)生實(shí)踐不管不顧，整個實(shí)施的過程教師都在關(guān)注，教師的要根據(jù)真實(shí)的開展進(jìn)度給予恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)撥。（4）評價交流各小組完成項(xiàng)目作品后各小組代表匯報本組的項(xiàng)目實(shí)施過程，組間進(jìn)行合理的交流評價，評價的點(diǎn)不局限于項(xiàng)目作品本身，包括活動過程中各小組的活動安排、人員分工等是否合理。項(xiàng)目作品的評價可以依據(jù)評價量表有條理的逐層展開，要讓各小組明確具體的修改操作的地方。（5）完善作品針對在交流評價過程中小組間給出的修改意見，各小組在組內(nèi)修改完善項(xiàng)目作品、報告等，完善的作品各小組組間依據(jù)評價量表再次評價交流，直到達(dá)成項(xiàng)目目標(biāo)。（6）項(xiàng)目活動反思從項(xiàng)目活動主題的選擇確定，到項(xiàng)目作品的完成，整個過程教師沒有像傳統(tǒng)課堂中那樣顯性的主導(dǎo)著課堂，但是在整個項(xiàng)目活動中學(xué)生的討論交流、創(chuàng)作實(shí)操、評價、完善等教師始終都在全心關(guān)注。各小組的分工、實(shí)施過程的細(xì)節(jié)安排、評價量表的設(shè)計(jì)是否合理這些反面都值得深刻反思，汲取活動中的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)和需要規(guī)避的地方促進(jìn)以后的項(xiàng)目活動更好的開展。三、中小學(xué)人工智能教學(xué)案例1.人工智能教學(xué)現(xiàn)狀中小學(xué)生的生活中已經(jīng)出現(xiàn)多種多樣的人工智能產(chǎn)品，如智能家居、智能音箱、智能學(xué)習(xí)機(jī)等，人工智能技術(shù)已經(jīng)融入生活中的各種行業(yè)，餐廳的送餐機(jī)器人，超市刷臉支付，教育行業(yè)的智能閱卷、智能導(dǎo)航、智能物流分揀等。2022年上半年信息科技新課標(biāo)的出臺，7-9年級模塊明確列出人工智能模塊內(nèi)容，合肥某區(qū)域在主管部門領(lǐng)導(dǎo)與科大訊飛的支持下已建立人工智能配套教室，在課后三點(diǎn)半服務(wù)階段開展人工智能社團(tuán)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動。2.跨學(xué)科的項(xiàng)目式人工智能學(xué)習(xí)案例——人臉識別技術(shù)《人臉識別——校園門衛(wèi)機(jī)器人》一課源自真實(shí)生活情境，合肥某區(qū)域每所學(xué)校都已經(jīng)安裝了校園人臉識別測溫系統(tǒng)，學(xué)生每天進(jìn)入校園時都需要進(jìn)行人臉識別,學(xué)生有著人臉識別的體驗(yàn)但對其原理過程不是很清楚，《人臉識別——校園門衛(wèi)機(jī)器人》這一項(xiàng)目由此而定，使用到的平臺設(shè)備包括小飛機(jī)器人、平板、編程軟件暢言智AI、支架性學(xué)習(xí)材料、識別的干擾物品墨鏡、帽子等。該項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際學(xué)情安排2-3個課時開展學(xué)習(xí)。（1）確定項(xiàng)目主題、計(jì)劃安排由學(xué)生每天真實(shí)的人臉識別入學(xué)情境的體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生從體驗(yàn)到探究原理確定項(xiàng)目主題為制作一款人臉識別的校園門衛(wèi)機(jī)器人。為了高效的達(dá)成項(xiàng)目目標(biāo)，教師可以通過省資源平臺推送關(guān)于人臉識別的基礎(chǔ)內(nèi)容全面了解學(xué)生的學(xué)情以便更好的做好計(jì)劃安排。在人員分工上給出各小組如下建議表表1：《人臉識別——校園門衛(wèi)機(jī)器人》小組分工表XX小組分工建議負(fù)責(zé)人組長負(fù)責(zé)組織頭腦風(fēng)暴，分析、確定本小組任務(wù)，保證小組秩序，記錄并反饋小組遇到的問題。創(chuàng)意設(shè)計(jì)員創(chuàng)意點(diǎn)子王，負(fù)責(zé)為任務(wù)實(shí)現(xiàn)增加亮點(diǎn)特色。編程程序員編程發(fā)燒友，能夠帶領(lǐng)小組編程完成任務(wù)。項(xiàng)目匯報員演講小能手，代表小組上臺展示和分享作品。產(chǎn)品體驗(yàn)官熱心體驗(yàn)君，喜歡“吐槽”，善于發(fā)現(xiàn)閃光點(diǎn)。（2）協(xié)作探究、展示交流根據(jù)實(shí)際分工進(jìn)行編程分析：探究:請你結(jié)合學(xué)習(xí)單中的驗(yàn)證方式，選用道具，測試校園門衛(wèi)機(jī)器人的識別效果。驗(yàn)證方式驗(yàn)證結(jié)果正面/側(cè)面刷臉通過不通過主人親自刷臉/用主人照片刷臉通過不通過戴眼鏡/取眼鏡通過不通過找與主人長相相似的同學(xué)刷臉通過不通過說一說:影響人臉識別的因素有哪些？小組間交流得到：影響人臉識別的因素有識別角度、圖片PK真人、人臉造型、雙胞胎、圖片分辨率、光照等。（3）評價反思、完善拓展各小組進(jìn)行匯報，組間進(jìn)行評價，組內(nèi)再次完善。人臉識別帶來便利的同時也帶來一些風(fēng)險進(jìn)行相應(yīng)的拓展延伸和總結(jié)。四、結(jié)語中學(xué)生對項(xiàng)目式人工智能社團(tuán)學(xué)習(xí)活動興趣濃厚，教師需要注意引導(dǎo)關(guān)于人工智能