指向深度学习的信息技术大单元教学实践探究——以“走进人工智能”教学为例

高俊俊 江苏省苏州高新区实验初级中学

● 核心概念解析

1.深度学习

国外专家认为，深度学习是对学习状态的质性描述，涉及学习的投入程度、思维层次和认知体验等诸多层面，强调理解知识的本质和批判性地利用学习内容，追求学习迁移和真实问题的解决，属于以高阶思维为主要认知活动的高投入性学习。国内对深度学习的定义可以追溯到2005年，黎加厚教授在《促进学生深度学习》一文中提出深度学习的概念：在理解的基础上，学习者能够批判性地学习新知识，将它们融入原有的认知结构中，与众多知识进行联接，并将已有知识迁移到新的情境中，以做出决策，解决问题。

指向深度学习的信息技术课堂，教学情境从“脱离情境抽象内容的学习”发展为“基于主题引领的学习”，教学内容从注重“知识点”的掌握发展为注重“知识结构”的形成，教学过程从过于强调“接受式”学习发展为“做中学”与“创中学”，教学设计从关注“课时的设计”发展为注重“大单元设计”。

2.大单元教学

大单元是相对独立的学习单位，它不是学习内容单位和教材单元，而主要是由大概念、大任务、大项目、大问题或者大挑战等组织起来的学习单位。教师围绕某一学习单元主题，从期望学生学会什么出发，专业地设计单元教学目标、课时、情境、任务、知识点和可持续性评价方案，然后开展教学，以促进学生自主建构知识和深度学习。

● 指向深度学习的初中信息技术大单元教学实例

笔者以初中信息技术“走进人工智能”教学为例，构建了指向深度学习的初中信息技术大单元教学模式。该模式包括选择引领性单元学习主题、确定单元学习目标、设计挑战性单元学习活动和制订持续性学习评价方案四个方面，如下页图1所示。

图1

1.选择引领性的单元学习主题

通过对教材章节内容的梳理（寻找涵盖核心知识的实际问题），确定本案例的引领性单元学习主题为走进人工智能。通过对人工智能典型案例的剖析，了解智能信息处理技术的巨大进步和应用潜力，认识人工智能在信息社会中的重要作用。通过对知识结构的分析可以聚焦核心知识，梳理教学内容之间的关联，确定主要的研究对象。本案例的主题知识结构如图2所示。

图2

2.确定素养导向的单元学习目标

在学习本单元主题内容之前，学生已经初步了解了数据和大数据的概念，掌握了使用Python语言编程解决生活问题的思路与方法。此外，初中阶段的学生具备了一定的自主学习能力，生活中接触了一些人工智能的简单应用，而且对人工智能技术和相关应用非常感兴趣。但是在本单元学习的过程中还是存在以下学习障碍点：①初中阶段的学生对人工智能的认识仅仅停留在体验的层面，对相关概念、人工智能的技术实现过程以及人工智能的应用缺乏科学和系统的认识，对人工智能可能带来的社会影响也缺乏主动的思考。②本单元主题的课堂学习任务具有较强的情境性，学生需要在教师创建的真实情境中解决一些综合复杂的问题，培养科学探索的态度和社会责任感。

根据学情分析结果，笔者确定了以下素养导向的单元学习目标。

知识与技能目标：通过人工智能应用实例，了解人工智能的概念和相关实现技术；知道人工智能的产生与发展历史，了解人工智能的安全隐患和防范措施。

过程与方法目标：通过“初识人工智能”单元小组协作、探究学习，体验人工智能的实现过程，完成活动实验报告；通过体验人工智能的实现过程，理解智能工具处理信息和解决问题的过程。

情感态度与价值观目标：通过探讨人工智能技术的应用及可能引发的问题和应对策略，提升信息安全意识和信息社会责任。

3.设计挑战性单元学习活动

挑战性学习任务的设计强调“做中学”，挑战性的任务与核心知识、思想方法是一致的，还要符合课程标准的相关要求。在本单元主题学习活动中，笔者通过整合教学内容，将挑战性的学习任务设计为完成“人工智能探究清单”，共分为三个课时，如下页图3所示。

图3

第1课时：认识人工智能

活动1：认识人工智能。播放导入视频《AI抗疫》，引出人工智能在新冠疫情中发挥的重要作用，并提出问题：什么是人工智能？引发学生的思考与讨论。

活动2：①体验人工智能。学生分小组体验人工智能的典型应用，如语音识别、图像识别、在线翻译等。学生合作完成探究实验清单，思考每个案例背后的人工智能技术是如何输入、处理和判断的？②人工智能的概念。从体验的人工智能典型实例出发，进一步理解人工智能的概念。

活动3：①人工智能的产生与发展历史。观看人工智能产生与发展历史的相关视频，结合教师提供的文字材料，思考通过图灵测试能否判断出机器是否智能。②人工智能的应用。观看人工智能应用视频，了解人工智能在不同领域的典型应用案例，指导学生完成探究学习任务单。

活动4：师生共同总结人工智能的概念、产生与发展历史、典型的应用案例。学生进一步完善探究学习任务单。

第2课时：剖析人工智能——以语音识别为例

活动1：认识语音识别。教师操作演示语音识别的过程，并提出问题：什么是语音识别？语音识别是根据什么输入、处理和判断的？

活动2：体验语音识别。学生分小组运行桌面上三个不同的语音识别程序，尝试修改程序，体验语音识别的过程与原理，完成探究学习任务清单。

活动3：探究影响语音识别准确率的因素。学生以小组为单位，针对“采集数据的次数对语音识别准确性的影响”展开讨论、分析和实验，完善探究学习任务清单；分析识别错误及偏差的原因并提出改进建议。

活动4：总结归纳。师生共同小结语音识别技术，由语音识别技术拓展延伸到人工智能技术的其他综合应用，了解当前人工智能的发展状况与趋势，感受人工智能带来的便捷。学生进行自我评价，进一步完善探究学习任务清单。

第3课时：合理使用人工智能

活动1：观看视频片段《人工智能改变生活》，回顾上节课所学知识，感受人工智能带来的便利。

活动2：探究人工智能可能带来的问题。学生分小组运行桌面上三个不同的语音识别程序，尝试能否准确识别出声音。学生完成探究学习任务清单，讨论三个程序在语音识别过程中存在的问题，并提出改进建议。通过小组讨论，师生共同归纳人工智能技术的双刃性，感受人工智能带来的变化和可能引发的社会问题。

活动3：人工智能的安全隐患和应对策略。引导学生发挥想象力，写一封给2050年的自己的信，反映未来人工智能可能对生产生活带来的影响，信的内容可以采用漫画、图片、图文混排等多种形式呈现。学生完成探究学习任务清单，思考人工智能广泛应用可能引发的问题及应对策略。

活动4：人工智能的运用。围绕提升工作效率、解决实际问题、服务社会等方面，提出人工智能技术在生活或者学习中的运用方案（用简单的文字描述）。

评价内容 评价指标 1～5分思维导图绘制 能否清晰、准确地绘制出单元大概念“人工智能”与诸多课时具体概念之间的逻辑关系观念变化 能否结合生活中的具体应用分辨出是否使用了人工智能技术1.能否通过小组协作、探究学习，体验人工智能的实现过程，完成活动实验报告2.能否通过体验人工智能的实现过程，理解智能工具处理信息和解决问题的过程3.能否综合运用多种方法分析影响人工智能准确性的因素科学态度与社会责任感探究实验过程能否根据具体的案例分析人工智能带来的安全问题并提出科学的应对策略高阶思维品质 在课堂中能否有效与他人沟通互动，探究合作解决情境问题，批判性发现问题，创新性解决问题

活动5：各小组上传并展示探究学习任务清单，小组代表进行探究成果汇报，对完成情况进行自我评价与小组互评。

4.制订学习活动持续性评价方案

持续性评价是一种贯穿教学始终，随着教学进程的推进，评价者对学生各阶段的表现或所取得的成就所做出的判断。持续性评价是单元教学连续整体实施的关键，可以为单元教学的学习进阶提供依据，为单元教学目标的落实提供指导。

在本单元主题学习活动中，学生对人工智能概念的理解是基础，在概念理解的基础上剖析人工智能的主要实现技术是关键，培养科学探究的态度、社会责任感与高阶思维品质是根本目标。基于此，笔者确定了如上页表所示的持续性评价内容和指标。

●结语

在“双减”形势下，高质量的教学设计至关重要。大单元设计、真实情境的深度学习、问题解决的探究性学习等，都是值得深入探究的问题。当前的初中信息技术教学存在课堂形式化、知识碎片化、问题浅表化等问题。基于深度学习的大单元教学设计模式通过梳理学科核心素养与核心知识的关系，按照教材内容和学生的实际情况组织教学内容进行大单元设计，创设真实的活动情境开展单元教学。学生在真实的情境中围绕具有挑战性的单元学习主题，以小组合作探究的方式积极参与课堂活动、体验成功、获得发展。

钟启泉教授指出：“大单元设计是撬动‘课堂转型’的杠杆，离开大单元设计的课时计划，课堂教学不过是停留于碎片化的知识传输而已。”基于深度学习的信息技术课堂大单元教学实践的开展有助于学生开展真研究、真体验，培养自主学习能力，提升核心素养，真正做到“双减”下的提质增效！