基于学科核心素养的初中信息科技教学设计策略——以“走进人工智能”为例

文｜禹荣学

《义务教育信息科技课程标准（2022 年版）》明确指出，信息科技教学应重点围绕学生信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四大核心素养实施。信息科技作为初中生必修课程之一，不仅关注学生对计算机知识与操作技能的掌握，而且要求学生形成信息科技核心素养。目前，从我国初中学校的信息科技教学情况来看，大多存在对学生信息科技核心素养关注度不够的情形，普遍重知识与技能学习，忽略信息科技核心素养培养。对此，为更好地培养学生的信息科技核心素养，本文从落实新课标精神出发，以“走进人工智能”为课堂教学实例，提出具体的教学设计方法与理念，旨在促进学生信息科技核心素养发展。

一、立足实际，做好教材与学情分析

人工智能是初中信息科技课程的重点内容。目前，无论是人教版的信息科技课程，还是苏教版或其他地方教材版本的信息科技课程，从初一或初二开始就已经涉及人工智能的知识板块。虽然总体上占比有限，但却是学生初步认识与了解人工智能的重要途径。

（一）教材分析

本次教学实例为由广东科技出版社出版、中山信息科技教材编写组编写的信息科技八年级下册第二单元第三节“走进人工智能”。该板块内容以讲解人工智能概念、人工智能研究的基本内容、人工智能的应用案例、人工智能的应用实现等知识为主。根据新课标精神与教材的要求，初中阶段不要求学生掌握人工智能的专业操作技术，也不要求学生掌握人工智能的应用方法，但是重点强调学生对人工智能的正确认识、应用案例与原理的了解，同时能科学辩证地认识人工智能与人类的关系，树立正确的人工智能观，爱上人工智能，乐于探究人工智能。

（二）学情分析

人工智能的知识是初中生首次接触。虽然小学信息科技课程中开展了一些人工智能教学，但是学生对人工智能的掌握仅局限于人工智能的概念科普，超过80%的初中生都不能够全面、正确地了解人工智能的技术类型，尤其是人工智能的实现案例与原理。因此，从基本学情来讲，学生对人工智能的了解程度有限，基础知识积累不足，在教学上需要关注学生的理解差异性。

二、明确教学目标和重难点，做好教学准备

（一）教学目标

1.使学生了解智能的含义和基本表现，了解人工智能的概念和人工智能研究的基本内容，能够举例说出人工智能在现实生活中的具体应用。

2.能够引导学生树立正确的人工智能观，以科学发展态度正确审视人与人工智能。

3.激发学生对人工智能的兴趣，帮助学生形成乐于探究人工智能的积极性。

（二）教学重难点

教学重点：人工智能的应用原理和人工智能的应用案例。

教学难点：人工智能的现实应用案例及其原理。

（三）教学准备

教学课件、计算机设备、多媒体显示屏、板书、任务学习单、小型的人工智能玩具设备及人工智能系统软件。

三、多措并举，科学实施教学过程

培养学生学科核心素养，教学方式的采用尤为重要。经过长期的探索，笔者认为采用小组合作法、体验探究法、学习反思法等进行教学活动，能够取得理想的效果。

（一）导入：多媒体演示，加深对人工智能的认识

数字化学习与创新是初中生信息科技学科核心素养之一，代表着学生对计算机技术、人工智能、物联网技术等先进数字化技术的学习，并认识到各种数字化技术的创新方式与应用逻辑，强调学生对数字化技术的基础理论掌握。因此，此次教学运用多媒体设备导入了人工智能概念知识。

问题导入：同学们，你们听说过人工智能吗？你们知道什么是人工智能吗？人工智能有哪些代表性技术呢？

学生根据教师提问，依据自身对人工智能的了解与课本上的提示，回答人工智能的概念，发表自己对人工智能的见解。

内容引入：教师根据学生的回答情况，针对性补充或纠正学生的认知，使用多媒体设备直接展示有关智能、人工智能的动画与图片，讲解智能、人工智能等概念。

深入讲解：教师运用多媒体设备为学生讲解人工智能的机器感知、机器思维、机器学习、机器行为、知识表示等基本内容，促使学生全面认识人工智能。在此基础上，教师介绍人工智能的实际应用情况，如手机拍照搜题、小区门禁人脸识别或体温检测、智能机器人扫地、智能音响等。

（二）合作学习，分析人工智能案例

计算思维是初中生信息科技学科核心素养之一，主要是指学生运用计算机科学领域的思想方法进行现实问题的解决或案例分析。以“走进人工智能”为教学案例，指导学生拓展思维，列举生活中的人工智能案例，并运用上一环节已学的人工智能理论知识、原理去分析与解释人工智能在实际案例中的实现逻辑，这本身是对学生计算思维的训练。

问题导入：同学们，通过对人工智能的概念认识、技术要素及实现原理的学习，相信大家都对人工智能有了全新的认识。那么，你能列举一些生活中见过的、听说过的或了解的人工智能应用实例吗？请小组探讨，并由小组代表分享案例。

小组讨论：教师指导学生以班级学习小组为基本单位（4～6 人一组），围绕“人工智能在现实生活中的应用案例”进行广泛讨论，小组成员积极发表观点，分享自己了解、见过或听说过的人工智能应用案例，并利用已学的知识进行应用案例技术原理分析。

案例解读：教师邀请每一个小组的组长或代表进行案例分享。小组A 认为：汽车上的智能网联车机系统就运用了人工智能，汽车上的车机系统显示屏带有AI 助手功能，可以直接喊AI 助手的代号名字，唤醒AI 助手，AI 助手本身就是一个人工智能机器人，可以与人进行互动，并自动识别人的语音信息，完成各种自动化、智能化的操控。包括代替人打开汽车天窗、播放音乐、打开汽车空调、打开汽车遮阳帘等。人工智能在汽车车机系统中的运用，其实现原理是语言智能交互技术、ASR（语音识别）技术，让语音交互系统更具人类的亲和力特质和逻辑思维能力，能带给用户更具情景化、更有温度的用车体验。小组B 认为：机器人是人工智能的应用体现，如家用机器人（智能扫地机），它可以根据人的语音唤醒，在房间里自动打扫卫生，而且可以根据人的指令，不断变换打扫卫生的方法与强度，实现房间内清扫、吸尘、拖地等清理工作的一体化。智能机器人实现的原理就是语言处理系统、AI 算法等技术的结合，机器人中集成了处理器、传感器、控制器、执行器等系统，同时搭载了智能语音交互系统与控制系统，以此完成对人类语言加工与信息指令的操控。

延伸评价：教师根据每一个小组的分享，做好课堂的评价，每一个小组分享完案例后，教师都应给予简单的评价与延伸，既帮助学生从案例中认识人工智能的现实应用，也激发学生对人工智能的兴趣，确保学生以正确的见解去学习人工智能知识。

案例展望：教师根据学生的分享，做最后的案例汇总，列举现实生活中经常出现的人工智能实现方式与案例。如近些年人工智能热潮的兴起给我们的生活带来了巨大的改变。无人驾驶、机器翻译、语音识别、图像识别，这些都是人工智能的产物。如AlphaGo Zero 经过几天的自我博弈成为世界第一的围棋大师；“风格多变”App 能自动将用户上传的照片转变为具有艺术风格的照片；“机器翻译”可以在很短的时间内将一种语言翻译成另外一种语言，以及“AI 智能医生”能够使病情诊断变得更加精准等。人工智能逐渐改变着人类社会，推动着智慧社会的形成。

（三）直观体验，理解人工智能原理

计算思维、数字化学习与创新等核心素养，均强调在实际的计算机技术实践中进行知识运用，在知识运用与技能实操中形成实际的计算思维、数字化创新能力。因此，在“走进人工智能”教学中，我设计了一个富有体验性的实践活动，以此让学生既体验人工智能，又进一步加深其对人工智能原理的理解，从而真正认识人工智能的实现逻辑。

活动准备：教师提前准备了一个搭载AI 系统的机器小车，现场给学生讲述机器小车的零部件组成与AI 系统的联系，通过模型展示，讲解AI 是如何在机器小车中实现智能控制的，让学生了解人工智能在实际案例中的应用原理，从而真正加深对AI的认识。

主题活动：在学生观看学习基础上，开展一个“AI 机器人智能挑战搭建红蓝碰碰车”的活动，活动主题以AI 机器小车设计为主，每组3 人，一起搭建机器小车，设计出带有2 个传感器、能够前后左右运动的机器小车，同时也要设计队名、思维导图等。活动最后在规定场地中进行1V1 对抗赛和2V2 团队赛，比赛时间1 分钟，在30 秒时交换遥控器，成功将对手撞停视为胜利。还用搭建的机器人进行了吸球大挑战，学生简单规划了路线，学会遥感控制机器人前后左右运动，以及用按钮控制机器人吸取和释放小球，设计出专属的机器人操控路线，更高效地完成操控任务。通过实验设计活动，学生不仅体验了人工智能，而且初步运用人工智能知识进行了实际操作，学习AI 机器小车的内部结构和原理，训练了计算思维、数字化创新能力，学习编程，立志将来为人工智能技术发展出一份力。

活动反思：教师组织学生对实践活动进行反思，表达对人工智能的应用感悟。通过实践活动，学生的计算思维得到发展，能够初步运用计算机知识、人工智能知识等进行简单的动手设计，有利于开发学生的大脑，也激发了学生对人工智能的兴趣。

（四）深度反思，形成正确的人工智能观

“走进人工智能”重点涉及人工智能与智慧社会之间的关系分析，旨在引导学生正确审视人工智能，正确认识人工智能与人类的关系，让学生形成正确的人工智能观，这与信息科技学科核心素养强调的信息意识、信息社会责任相契合，即要求学生树立正确的人工智能意识与责任心、态度、价值观。

问题导入：同学们，人工智能的出现与发展给人类社会带来了翻天覆地的变化，目前人工智能在生活中各个领域的应用，极大地方便了人们的生活，给人们提供了无限可能。那么，人工智能为人们带来更多便利的同时，又会对人类社会产生哪些影响呢？

学生思考：学生在教师的提问下对人工智能进行全面思考与审视。教师重点引导学生从科学辩证的角度对人工智能的利弊进行分析，既要全面认识到人工智能的益处，又要客观认识到人工智能可能会带来的危机，如人工智能的大范围应用，可能会引发诚信危机、削弱人的主体作用、出现虚假信息误导甚至出现人工智能机器人代替人类颠覆社会伦理等。带领学生进行客观审视的目的就是让学生树立正确的人工智能观，认识人工智能与人的正确关系，以正确的观念与思想进行人工智能创造。

学习展望：教师带领学生进行展望，在强调和体现人工智能技术价值之外，应更多地看到技术对社会的转型升级和促进作用，尤其要把数字化时代社会群体在信息安全、道德规范、交往与合作等方面趋利避害的选择作为智慧社会建构的一个核心关键加以重视。

总而言之，初中信息科技核心素养主要体现于信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四大板块。整个“走进人工智能”的教学实施，应重点围绕如何培养学生信息科技核心素养，通过采取小组合作、体验探究、学习反思等教学方法，引导学生自主、合作参与到课程知识学习与实践中，帮助学生实现信息科技学科核心素养的发展。