《和AI交朋友》教学设计——初识人工智能

许佳洁 江苏省无锡通德桥实验小学

●创新整合点

①借助编程软件的机器学习扩展，使学生初步体验建立训练模型，让电脑进行学习的过程，进而感受人工智能的核心技术之一。

②借助编程软件的人工智能服务，在编写程序时使用语音交互模块，增强趣味性。

③学生在修复猜拳游戏程序的过程中掌握知识，在自主探索完成“识别口罩佩戴”程序的过程中提升能力，最后发散思维，尝试将所学知识应用到实际生活中。

●教材分析

本课的教学内容是自主整合的。首先，选取了苏教版六年级信息技术“人工智能初步教学”单元中的《初识人工智能》一课的部分内容，让学生了解人工智能的基本概念，并通过体验身边的人工智能，初步感受和了解人工智能的实现原理。其次，选取了“石头、剪刀、布”猜拳游戏的编程实例，让学生在和计算机对战猜拳的过程中，再次体验人工智能识别技术，感知机器学习的完整过程，并完善训练模型，优化程序。最后，选取了生活中的场景运用—识别口罩佩戴情况，让学生编写简易的人工智能系统，模拟解决实际问题，并实现知识迁移，提高学生利用人工智能合理改造生活的能力。在学习过程中，不断激发学生兴趣，让他们感受人工智能的神奇，感受人工智能给人类生活带来的快捷方便，并学会用计算思维解决生活中实际问题的方法，提高计算思维能力。

●学情分析

本节课的教学对象是四年级的学生，他们开始从被动的学习主体向主动的学习主体转变，已具有一定的解决问题能力，可以进行复杂的分析，所以，在自学教材辅助的基础上，鼓励学生思考探究、交流合作，发挥主观能动性，积极想象和创造。另外，四年级学生已有一定的生活经验，对人工智能应用有一定的了解，但对人工智能的概念和实现人工智能系统等还是不清楚，所以在多次体验后直观呈现人工智能概念，还要借助游戏案例帮助学生建立表象。需要注意的是，学生是刚开始接触慧编程软件，而且个体间编程基础不同，能力有差异，所以对于“识别口罩佩戴”的程序设计，实现基本功能即可。

●教学目标

知识与技能目标：①了解人工智能的基本概念，初步了解人工智能的实现原理。②通过体验身边的人工智能产品，感受人工智能给人类生活和学习带来的便利。③体验机器学习的完整过程，学会完善优化训练模型。④初步体验慧编程软件中的人工智能服务，能实现基本的人机交互。⑤学习使用慧编程软件编写程序，实现简易的人工智能系统。

过程与方法目标：①借助视频和实物体验，感受人工智能。②通过对比和游戏体验，感知机器学习的完整过程。③借助自学教材，探索体验人工智能服务。④在交流合作中，设计实现简易人工智能系统，模拟解决生活中的实际问题。⑤在总结归纳后，发挥想象，运用所学进行更多项目设计。

情感态度与价值观目标：①感悟人工智能对生活的影响，激发对人工智能的探究与学习兴趣。②通过实物和游戏的体验，初步培养计算思维，为后续的人工智能学习打基础。③通过对比和分析，提升观察和思考能力。④通过自主探究和交流合作，充分发挥想象，尝试利用人工智能合理改造生活。⑤鼓励积极动脑、动手，提升解决实际问题的能力。

●教学环境与准备

已安装慧编程软件的笔记本电脑、自学教材。

●教学过程

1.走近智能语音助手，了解人工智能产品

教师出示小度、小爱同学和天猫精灵的产品图片，提问：“同学们，这些产品大家用过吗？”根据实际情况，追问学生的使用感受。

学生可能回答：它们很智能。

师：它们到底有多能干呢？看！（播放《小爱同学宣传片》）

总结：它们可以对话，可以操控智能家居设备，都是人工智能助手。

根据实际情况，引导学生体验手机的语音助手。

师：（出示智能灯、智能门锁、智能马桶、智能手环、扫地机器人图片）还有这些，也都是人工智能产品，人工智能已经融入我们生活的很多方面。

让机器会思考、能感知、懂判断，模拟人的智能行为，“人工智能”就是这样一门用于模拟、延伸和扩展人的智能的科学技术。接下来，我们进一步体验人工智能。

设计意图：借助学生已有的生活经验，感受人工智能产品带来的快捷方便。通过图片、视频和手机实操体验，激发学生的学习兴趣，感性地认识什么是人工智能。最后，文字出示人工智能概念，加深印象。

2.走近机器学习，完善训练模型，设计口罩程序

教师与学生玩猜拳游戏，提问：“你们有没有和机器玩过猜拳？”

教师演示在慧编程软件中打开“猜拳游戏”，请学生上台体验，发现计算机判断结果有错。引导学生仔细观察，回答出错的原因。

学生可能的回答：出“剪刀”后，识别显示得不正确。

师：计算机能识别“石头”和“布”，但不能识别“剪刀”，所以我们要教计算机认识“剪刀”。

教师指导学生在“机器学习”中找到“训练模型”，并重置“剪刀”的样本。

师：你们觉得怎样可以提高识别的准确性？

学生可能的回答：使用不同人的手，换不同的角度学习样本。学完样本后，再玩猜拳游戏成功。

师：“机器学习”是人工智能的核心技术之一，它是从训练模型到检验再到应用的完整过程，计算机可以通过这样的学习，具备像人一样的智能，学得越多，识别能力越强。

目前，防疫仍不可松懈，科学配戴口罩很重要，但老师在校门口执勤的时候发现，还是有同学忘戴口罩或佩戴不正确。你能不能设计智能程序，识别大家的口罩佩戴情况后发出提醒呢？（引导学生发现“识别口罩佩戴情况”和“猜拳游戏”的类似之处）

学生可能的回答：“猜拳游戏”是识别“石头”“剪刀”“布”的手势，“识别口罩佩戴情况”就是识别“戴口罩”“没戴口罩”“口罩佩戴不规范”的样子。

师：通过“机器学习”完成样本学习，就可以让计算机识别出这三种情况，再通过编程实现智能提醒。

学生自学教材完成程序编写，教师巡回指导。

设计意图：从熟悉的猜拳游戏入手，调动学生的积极性，接着引导他们观察思考，发现问题，此时进行知识讲解，学生高度关注，学得扎实。之后，引出口罩佩戴的实际问题，通过对比学习，引导学生进行知识迁移并应用，保持学习的积极性。四年级学生刚接触慧编程软件，所以借助自学教材，强调编程的重要性，降低编程难度，促进学习的主动性，提升学生自主探究和合作交流的能力。在整个过程中，体验用计算思维解决生活中实际问题的方法，也为后续学习铺垫。

3.走近人工智能，创想未来世界

师：我们了解了人工智能的应用，修复了“猜拳游戏”，还编写了“识别口罩佩戴程序”，你们觉得，校园里有哪些地方或物品可以借助人工智能技术带来便利呢？

学生可能的回答：智能黑板擦、教室环境的智能调节等。

师：近年来，人工智能发展迅速，已经应用到各行各业，为生产生活带来了更多便捷。同学们大胆想象一下，未来的人工智能，会怎样服务于我们的世界呢？

设计意图：从课堂里向课堂外延伸，从校园里向校园外拓展，鼓励学生活学活用，畅想未来，促进学生进一步理解人工智能，激发学生继续学习、深入探究的积极性，提高自身信息素养。

●教学反思

《江苏省义务教育信息技术课程纲要（2017年修订）》在新增的人工智能模块中明确指出：“通过此模块的学习，学生应初步了解人工智能的基本概念及发展历程，通过体验及剖析生活中常见的人工智能系统应用案例，感知人工智能技术的特点，初步了解人工智能的基本工作原理与过程，尝试设计与实现简单的人工智能系统。”

由此，笔者自选整合了《和AI交朋友》的教学内容，使用慧编程软件，面向四年级学生开展教学尝试。教学目标立足于人工智能初步教学单元，以初步了解人工智能的概念、了解人工智能在生活中的应用和体验机器学习为重点，实现编写简易人工智能的程序，同时引导学生结合所学，畅想未来生活。

1.立足于生活，培养提升应用实践能力

在本课的教学中，笔者首先借助生活中常见的人工智能助手引入新知，已有生活经验也使学生容易体会物品进化为人工智能产品的便利。通过观看“小爱同学”的宣传视频，让学生了解各类生活场景中人工智能软件系统的应用，并在调动起好奇心后，让学生亲自与“小爱同学”对话，验证所思所想，保有求知欲望。接着从人工智能软件系统引出实物产品，仍然立足于学生能接触到的生活物品，如智能灯、智能门锁、智能马桶、智能手环、扫地机器人等，更全面地让学生感知人工智能的应用，拉近学生与新知的距离，持续激发他们学习和探究的兴趣。在教学的最后部分，带领学生回归真实情境，尝试运用人工智能技术，解决生活实际问题。从校园内到校园外，从课堂走向生活，不断鼓励学生畅想和表达，实现知识的拓展、思考的延伸和能力的提高，并激发学生继续学习探究的热情。

立足于生活的人工智能教学，借助现实生活开展教学活动，激发学生的主动参与，将知识技能转化为学生的内在需求，让学习从生活中来又拓展到生活中去，真正培养提升学生的应用实践能力，提升教学效率。

2.立足于实例，培养提升创新思维能力

笔者在教学中的第二部分，首先出示实例，即与电脑比“猜拳”的程序，学生在实际体验后，自主发现问题—电脑认不出“剪刀”的手势，继而引出模型训练的知识点，再进行“机器学习”的教学。四年级学生刚接触慧编程软件，所以在教学时笔者细致讲解了操作步骤，降低学生软件使用方面的难度，重点放在通过实际案例的感知，了解机器是怎样学习的，以及如何提升模型训练的准确性。直观的案例激发了学生的行动力，并且更易于学生探究出问题所在。在学生完善基础的“猜拳游戏”后，笔者相机提出了新问题新任务—怎样设计实现“识别口罩佩戴”的应用？学生通过对比手势识别与口罩佩戴识别的异同点，轻松实现知识的迁移及应用。至此，再加入编程的教学，水到渠成，更为今后的学习做好铺垫。最后，学生在自学教材的辅助下，小组合作，成功实现人机交互。

立足于实例的人工智能教学，在玩中学，在对比中学，相关知识点更易于学生理解，学生也在实例的模仿中不断总结，实现突破和创新。教学过程中借助实例设置的每个问题和任务引导，都使学生的思维串成一条线，在解决完一个知识的同时引出下一个问题和任务，从感知发现问题到最后解决问题，培养了学生的信息意识，提升了创新思维能力。

3.立足于多元感知，培养提升解决问题的综合能力

本课教学从观看视频、操作体验智能语音助手开始，就给予学生自主选择的机会。随后，在完善游戏和编写程序的实践中，具体设定了多层次的任务，从易到难，循序渐进，引导学生自主选择适合的任务，并在过程中进行多层次的评价，最终实现多维度的教学目标。在阶段小结时，设计以文字形式出示“人工智能”的概念，建立表象，强化学生的基础认知。通过体验及剖析生活中常见的人工智能系统应用案例，感知人工智能技术的特点，初步了解人工智能的基本工作原理与过程，尝试设计与实现简单的人工智能系统。最后，在畅想未来生活的环节，学生对“人工智能”的概念已有所了解，并准确掌握了“机器学习”中样本多样化的特点，感知了相关功能模块还能运用于解决生活实际问题，不仅实现了知识建构，形成了新的意识和技能，还渗透了计算思维，培养了解决问题的综合能力，全面提高了信息素养。

人类是多元感知而后决定行为的，立足于多元维度的人工智能教学促思促学，相关概念在同化与顺应的过程中逐步建构，学生的认知发展就在“平衡—不平衡—新的平衡”的循环中得到不断的丰富、提高和发展。在教学时，引导学生理解各知识点之间的关系，建构符合生活实际的问题解决模型，并落实于探究活动中，在教学情境中体会实践，促进计算思维的有效迁移。

本次教学尝试的整体完成效果较好，但笔者反思后认为，“识别口罩佩戴”程序完成后的教学小结，还可以与前面的内容呼应并拓展。例如，向学生介绍“小爱同学属于智能语音交互，利用的是语音识别、语义处理和语音合成三个技术环节，是对人类语言功能和听觉的延伸，而猜拳游戏和戴口罩利用的是图像识别技术，这是对人类视觉认知的延伸”。这样能促使学生对人工智能的应用有进一步的感知和思考。

未来的人工智能将从多个层面渗透到我们的学习、工作和生活，而小学生学习人工智能，重点应该在“初感知”，弄清人工智能的发展会给我们的生活带来哪些影响，人类怎样与机器沟通对话等。教学时基于生活情境，渗透实例感知，由浅入深，在尝试、积累和创造的过程中，促进多元发展，不断激发学生的兴趣，培养学生的计算思维和解决问题的综合能力，提升学生的信息素养，树立科学、正确的价值观。

人工智能的未来，充满可能。