初中英語人工智能教學(xué)設(shè)計案例模板

初中英語人工智能教學(xué)設(shè)計案例模板人工智能的科技浪潮已經(jīng)席卷了社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，引起經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、社會生活和工作方式的深刻變革，教育領(lǐng)域也不例外，人工智能技術(shù)正嘗試重塑教育的新形態(tài)。國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確指出人工智能已經(jīng)成為國際競爭的新焦點，我國應(yīng)逐步開展全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能學(xué)科[1]。教育部《教育信息化2.0行動計劃》明確要求完善課程方案和課程標準，使中小學(xué)人工智能和編程課程內(nèi)容能充分適應(yīng)信息時代、智能時代發(fā)展需要[2]?！度斯ぶ悄芑A(chǔ)（高中版）》的出版，正式拉開K-12人工智能教育的序幕。中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計是影響中小學(xué)人工智能教育水平的關(guān)鍵因素，對中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展具有重要意義。筆者從中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀出發(fā)，分析基礎(chǔ)教育階段其存在的問題，基于此，結(jié)合“智能燈”“模擬城市交通系統(tǒng)”案例詳細闡述中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計和組織方式（以綜合任務(wù)為導(dǎo)向模塊化組織課程），并提出課程目標和內(nèi)容架構(gòu)及實施策略（跨學(xué)科情境游戲化教學(xué)）。一、中小學(xué)人工智能課程現(xiàn)狀及存在的問題（一）國內(nèi)中小學(xué)人工智能課程現(xiàn)狀我國中小學(xué)人工智能的課程主要依托國家課程、校本課程和校內(nèi)外的教育活動開展的。2003年《普通高中技術(shù)課程標準（試行）》將“人工智能初步”作為選修模塊直接納入高中課程，與“多媒體技術(shù)應(yīng)用”、“網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用”、“數(shù)據(jù)管理技術(shù)”并列為高中信息技術(shù)課程的五個選修模塊?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標準（2017年版）》在原有課程標準的基礎(chǔ)上進行了大幅度的修訂，在保留原有選修模塊的基礎(chǔ)上在必修模塊中增加了人工智能相關(guān)的內(nèi)容。各地中小學(xué)利用學(xué)校自身優(yōu)勢資源將機器人教育、STEM教育、創(chuàng)客教育與人工智能教育緊密結(jié)合起來，比如中國人民大學(xué)附屬中學(xué)將人工智能教育內(nèi)容和STEAM課程相結(jié)合，從感知、認知、創(chuàng)新三個層次構(gòu)建了“STEAM+人工智能教育”校本課程體系[3]。東南大學(xué)腦與學(xué)習科學(xué)系與太倉市第一中學(xué)合作舉辦了多屆以人工智能教育為主題的夏令營活動。除了正規(guī)的學(xué)校教育，以編程、機器人、STEM為主題的校外培訓(xùn)機構(gòu)對我國中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展起到了推動作用。（二）存在的問題我國中小學(xué)人工智能教育取得飛速發(fā)展與矚目成績的同時，也存在以下幾點主要問題。其一，缺乏完善的課程體系，無論是國家課程還是校本課程，人工智能教育都是依托其他課程開展的，這導(dǎo)致了人工智能教育內(nèi)容分量難以確定，目標難以明晰。橫向來看，教學(xué)內(nèi)容過于碎片化，學(xué)生難以構(gòu)建相關(guān)知識體系；縱向來看，學(xué)段間的人工智能教育內(nèi)容聯(lián)系不夠緊密，這既不利于學(xué)生循序漸進的知識與技能學(xué)習，也使得教師難以把握學(xué)情從而導(dǎo)致教學(xué)目標與教學(xué)效果之間的落差。此外，現(xiàn)階段中小學(xué)人工智能教育的教材大多屬于產(chǎn)品說明書或用戶指南[4]。二、中小學(xué)人工智能課程設(shè)計人工智能技術(shù)雖然復(fù)雜深奧，但是其應(yīng)用廣泛且貼近生活，知識內(nèi)容間緊密聯(lián)系，對學(xué)生而言并非是不可感知、無法構(gòu)建的。以人工智能為依托培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、智能素養(yǎng)也并非是難以實現(xiàn)的。教師如何設(shè)計人工智能課程內(nèi)容以及課程間以何種方式組織就顯得尤為重要。（一）中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計案例下面，以初中年級人工智能課程中的“智能燈”為例對中小學(xué)人工智能的課程內(nèi)容設(shè)計做詳細闡述?！爸悄軣簟币徽n意在通過學(xué)生對于生活中常見情境下智能燈的設(shè)計了解其背后設(shè)計原理，能夠通過模塊化程序設(shè)計和python代碼編寫出智能燈的程序，激發(fā)學(xué)生對于人工智能在生活中應(yīng)用的興趣?！爸悄軣簟闭n的具體課程內(nèi)容設(shè)計：1、問題提出，明確任務(wù)問題提出：綠色、環(huán)保、節(jié)能、和諧是當今生活的主旋律，智能燈的出現(xiàn)深化了人類與燈光之間的關(guān)系。請同學(xué)們結(jié)合生活實際談一談你所了解的智能燈！明確任務(wù)：明確智能燈的設(shè)計要求——內(nèi)置監(jiān)測外界光線強度傳感器，當光敏值大于700時，燈自動打開，當光敏值小于700時，燈自動熄滅。2、深入探究，設(shè)計展示深入探究：請學(xué)生利用可視化工具，例如思維導(dǎo)圖，深入理解智能燈的設(shè)計要求，分析其所需要的元器件并搭建其真實應(yīng)用的簡易場景。設(shè)計展示：小組通過分工利用模塊化程序語言和python語言對智能燈進行設(shè)計，調(diào)試形成小組作品，并對本組作品進行演示和分享，討論這兩種不同的計算機語言在應(yīng)用時的異同之處。3、總結(jié)反思，拓展提高以思維導(dǎo)圖的形式回顧智能燈設(shè)計的全過程。在實際生活中往往面臨著更為復(fù)雜的情境，當外界光線昏暗，智能燈會自動給打開且不能自動關(guān)閉，這也造成了一種資源浪費。進而引發(fā)學(xué)生對智能燈更深入的思考，完善、改進作品設(shè)計，為之后的課程內(nèi)容做好準備。本案例從生活實際出發(fā)引發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，在內(nèi)容設(shè)計過程中通過對可視化工具的利用幫助學(xué)生理清思維脈絡(luò)，不僅重視學(xué)生對模塊程序和計算機語言的學(xué)習利用，更是通過比較二者的語言風格加強學(xué)生對編程的深入理解，進而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。（二）中小學(xué)人工智能課程組織案例人工智能雖然是一個知識體系豐富的新興技術(shù)領(lǐng)域，其內(nèi)容架構(gòu)設(shè)計包含人工智能基礎(chǔ)、算法與編程、機器人與智能系統(tǒng)等多個模塊。表面看起來是彼此獨立、互不關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，但實際上，無論是技術(shù)特點還是知識內(nèi)容都是可聯(lián)系、可互通的。忽視了課程內(nèi)容間的聯(lián)系、放棄將內(nèi)容整合成為模塊是無法將人工智能的原理與技術(shù)講解透徹的，也無法將計算思維和智能的培養(yǎng)滲入課堂。因而，以綜合任務(wù)為導(dǎo)向的模塊化組織中小學(xué)人工智能課程不僅能夠有效幫助學(xué)生構(gòu)建人工智能知識體系，更有助于教師組織形式豐富、內(nèi)容多樣的系統(tǒng)課程，增加課堂趣味性、有效性。以“模擬城市交通系統(tǒng)”為例組織相關(guān)課程內(nèi)容。如圖2所示，智能路燈、自動道閘、智能信號燈、環(huán)線巴士、無人加油站原本都是獨立的課程內(nèi)容，根據(jù)課程與生活實際的聯(lián)系整合成模擬城市交通系統(tǒng)為主題的模塊。教師利用5-10個課時實踐此模塊，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計完成模擬城市交通系統(tǒng)這個綜合任務(wù)實踐每課內(nèi)容，幫助學(xué)生在體驗人工智能的同時，創(chuàng)造性地應(yīng)用人工智能解決實際問題。三、中小學(xué)人工智能課程實施策略（一）跨學(xué)科整合式教學(xué)人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。它的涉及領(lǐng)域除了計算機科學(xué)外，更包括了生物學(xué)、心理學(xué)等?？鐚W(xué)科的整合能夠?qū)?shù)學(xué)、生物、神經(jīng)科學(xué)等多學(xué)科知識與人工智能知識相融合、滲透。在這個過程中，教師不僅能夠利用其他學(xué)科知識幫助學(xué)生理解人工智能知識內(nèi)容，更利用其他學(xué)科思維幫助學(xué)生培養(yǎng)計算思維的核心素養(yǎng)?？鐚W(xué)科整合式的教學(xué)是將人工智能學(xué)科與其他相關(guān)學(xué)科進行融合，以項目形式實踐課程內(nèi)容，利用人工智能技術(shù)創(chuàng)造性地解決實際生活問題。以“機器視覺”一課為例設(shè)計如下，這一課中，教師將人工智能中機器視覺的知識與神經(jīng)科學(xué)相結(jié)合（如圖3），以人是如何看到事物的為導(dǎo)入，進而類比解釋機器是如何“看到”事物的。該教學(xué)設(shè)計在滲透了腦科學(xué)知識的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生聯(lián)系生活實際體驗人工智能的應(yīng)用與價值。（二）情境游戲化教學(xué)由于中小學(xué)學(xué)生的認知水平存在局限性和差異性，以及人工智能領(lǐng)域知識特性，學(xué)生難以通過講授和演示直接理解課程內(nèi)容。人工智能技術(shù)的發(fā)展也為創(chuàng)設(shè)情境提供了條件，教師完全可以利用人工智能技術(shù)的應(yīng)用反哺課堂教學(xué)，幫助學(xué)生增強學(xué)習的體驗感，對人工智能技術(shù)形成直觀、形象的理解。借助游戲化的角色、模式以及元素，為學(xué)生提供豐富、有趣的學(xué)習內(nèi)容；通過機制、增益等策略，能夠豐富學(xué)習者的經(jīng)歷和體驗，同時提高學(xué)習者在活動中的參與率和鞏固率[9]。因而，將情境的創(chuàng)設(shè)與游戲化學(xué)習相結(jié)合，有利于增強人工智能教學(xué)課堂的趣味性、個性化。例如東南大學(xué)舉辦的人工智能為主題的夏令活動中實施的“火災(zāi)演練”，要求學(xué)生扮演消防員在模擬滅火行動中完成救援。創(chuàng)設(shè)的火災(zāi)情境融合機器人小車巡線、FPV第一視角等教學(xué)內(nèi)容。氛圍營造、綜合競賽及消防員的角色扮演都極大激發(fā)了學(xué)生的課堂興趣及參與感。該項目在實踐中得到了學(xué)生與教師的一致肯定。該設(shè)計能夠幫助學(xué)生將人工智能知識與生活實際相聯(lián)系，建構(gòu)開源硬件的知識體系。鼓