基于Python的人工智能校本课程的构建与实施

王益红

人工智能课程要想真正在校园里落地生根，就要有相应的项目和课程。人工智能重在实现机器智能，实现的主要方式是机器学习，因为Python具有简洁、快速的特点，且拥有强大的人工智能算法库，所以将机器学习方法融入Python课程的教学中尤为重要。2018年上半年，笔者所在信息技术教研组尝试开展人工智能课程，开发了主题为“基于Python的人工智能”的校本课程和学习资源，成为学校博约课程群中的一颗新星。

本文人工智能校本课程的构建

1.课程定位

笔者所在学校从2013年开始建构博约课程，其基本结构可概括为“一体同心，二级联动，五类融合”。“一体”是指学校课程系统，“同心”是指以培养学生的核心素养为中心;“二级联动”是指基础性课程与拓展性课程共同实施的联动;“五类融合”是指“博文、博言、博雅、博智和博采”这五大课程体系相互融合，构成了一个以培养学生的核心素养为中心的完整的课程结构生态系统。人工智能校本课程是为了激发学生的科体艺特长而开设，归属于拓展性课程（如图1）。

2.课程目标

人工智能校本课程的教学目标是通过PBL的学习方式使学生形成初步的综合思维能力，促进心智发展，提高综合科学素养，对人工智能的发展有一个全新的认知。“基于Python的人工智能”作为一门校本课程，是对基础课的有效补充和拓展，旨在为学生在基础课堂之外搭建一个舞台，使学生可以尽情地学习关于人工智能的科学知识，在此过程中提升综合素养，开阔视野，增强自信，激发潜能，培养合作精神。

3.课程内容

人工智能校本课程的学习分为三个阶段：AI感知与体验、AI认知与实践、AI研究与创新（如图2）。通过三个阶段的递进式学习，使学生了解人工智能的概念，熟悉并掌握各种常见传感器的使用方法和Python语法，并能将人工智能应用于生活和实践。

4.课程评价

本课程主要以过程性评价为主，记录学生的学习态度。评价采用自评和他评相结合的办法，具体细化为以下两方面：

（1）过程性评价。校本课程活动中的过程性评价主要是以自评和互评的方式进行，从学习态度和知识技能两个方面进行评价。学习态度以上课专注、积极参与、小组合作、成果展示为评价标准;技术能力从基础语法、硬件控制、核心语法、项目设计、问题解决能力五个方面进行评价。通过这样的评价，教师能够及时了解学生在学习过程中出现的问题，并及时采取相应的解决策略。

（2）奖励性评价。课程的奖励性评价主要是为激励学生参加教育部认可的各类青少年创新、创客大赛而设定，由专门评委组共同按照评分标准进行打分。

本文人工智能校本课程的实施

“基于Python的人工智能”校本课程的实施包括三个方面：第一个方面是开源硬件的学习，以确定基础硬件控制小主题的方式对传感器、LED灯、电机进行学习;第二个方面是在学习硬件的过程中，贯穿Python编程的基础语法，具体包括变量与函数、数学运算与逻辑运算、流程控制语句、面向对象等核心编程思想;第三个方面是人工智能项目的PBL学习，通过预先确定的项目来引导学生参与项目的研究。

本课程的授課对象是七、八年级约20位对学习人工智能技术有兴趣的学生，活动时间为每周五下午2：50-3：50，在学校创客梦工厂开展。

1.确定学习主题

一提到“程序”，学生可能马上会想到“枯燥乏味”一词，所以如何吸引学生的兴趣，主题的选择是关键。笔者所在教研组摒弃了编程语言的传统学习方法，开发了几个形式活泼、内容丰富的题材，吸引了学生的关注，调动了学生参与的积极性。

2.编写校本教材

在主题确定之后，按照事先设计好的三个阶段的课程内容，编写了四个单元的教学内容（如下页表）。

3.制作教学课件

在教学活动中，利用多媒体课件可以帮助教师有序地组织教学活动，更加清晰直观地呈现知识内容和任务要求等，促进学生更好地学习，因此，教研组为每一课制作了课件。

4.开发助学资料

为了帮助学生更好地理解教材，掌握关键知识点及操作要领，教研组开发了一系列助学资料供学生使用，包括学习手册和微课程。

5.“三自四学”教学模式

“自助·自主·自治”+“独学·助学·群学·研学”这种“三自四学”的教学模式（如图3）是笔者所在教研组在教学实践中逐步建构起来的，在实际教学中，还应根据不同的内容与课型灵活运用，力求达到最佳效果。

（1）独学，即多维导学、学情调研。在60分钟的课堂教学中，前20分钟的独学环节尤为重要。学生按照教材的指导逐步完成制作过程，将不能解决的问题记在笔记本上。在学生学习过程中，教师进行巡视，将学生操作过程中出现的问题做好记录，并对小组成员的学习表现进行打分。

（2）助学，即小组展示、答疑分工。在助学环节中，由小组长统筹安排，在15分钟时间内，针对独学环节中未能解决的问题进行生生互教。对于不能解决的问题，小组长做好记录，以便在接下来的群学环节进行提问。在学生学习过程中，教师巡回指导，适时进行点拨和讲解，并对问题的记录、小组任务分配和小组成员学习表现打分。

（3）群学，即班级展示、引导点拨。在15分钟的群学环节中，小组根据教师分配好的任务，选定代表上台面向全班进行展示。教师根据学生的展示情况进行小组打分。在各个小组展示完毕后，进入同组补充、他组点评和教师点评环节。

（4）研学，即拓展提升、梳理验收。在10分钟的研学环节中，教师可以根据实际情况做课堂总结，拓展提升等。

6.总结反思

通过总结，发现并解决问题，促进本课程更完善地发展，更重要的是促进学生综合能力的发展。

本文反思感悟

在人工智能校本课程的构建与实施的过程中，笔者深深感受到课堂教学不再停留在单纯的知识传授和技能学习上，而是更关注学生创新意识的培养和综合实践能力的发展，课堂也逐步焕发出应有的生命力。当然，笔者也清醒地认识到，单独一门人工智能课程带给学生的影响是有限的，人工智能教育要想真正在校园里生根发芽，需要一系列的课程来实现，这无疑需要各学科教师合作开发跨学科融合的综合性课程，这也是后续进一步思考与努力的方向。