三维联动人工智能教育实践研究

摘要：本文构建了“课程·空间·活动”三维联动的人工智能教育模式，该模式以“课程”为基础，以“空间”为支撑，以“活动”为提升，通过三者的相互融合，有效提升了人工智能教育的效果。

关键词：人工智能教育；三维联动模式；视觉识别；智能闸机；实践研究

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）14-0104-03

为了培养适应未来社会需求的创新型人才，越来越多的学校开始将人工智能纳入课程体系，并开始探索有效的实施模式。而如何有效地整合课程资源、构建学习空间、设计实践活动，以形成系统、高效的人工智能教育体系，是当前教育领域亟待解决的问题。[1]在此背景下，“三维联动模式”应运而生，该模式强调课程、空间与活动的有机结合。下面，笔者以“基于视觉识别的智能闸机”项目为例，深入探讨基于三维联动模式的人工智能教育实践。

人工智能教育三维联动模式的确立实施

笔者经过多年的实践研究发现，“课程”“空间”“活动”三要素在人工智能教育中发挥着重要的作用。

课程：在人工智能教育中，课程是培养学生创新力的基础。人工智能课程不仅要重视大班教学的普及课程，还要关注社团、校队的课程，为培养拔尖创新型人才打下坚实的基础。

空间：学习空间是支撑师生开展教学活动的重要场所。在人工智能教育中，学习空间应包括物理空间和虚拟空间。[2]物理空间应配备相关的人工智能教具和器材，如开源硬件等；虚拟空间则应提供丰富的数字资源和学习平台。

活动：活动是激活学生创新力的关键。在人工智能教育中，活动不应局限于课堂活动，还应包括与人工智能教育相关的竞赛活动、科创节活动与体验式活动等。

经过文献分析、案例研究和实证研究等，笔者确立了“课程·空间·活动”三维联动的人工智能教育实施模式（如下页图1）。具体为：根据人工智能课程的教学目标、课程内容设计合理的学习空间，同时，空间的建设为人工智能课程的进一步优化提供了更大的可能性。人工智能教育的活动则是贯穿于课程和空间的主要内容。人工智能课程的相关知识需要以项目活动为载体，而空间则是活动开展的物理支撑和保障。形成“课程+空间+活动”全面融合的人工智能人才培养模式，能够达到以学促教、以教促建、以学促建的良好教学生态。

项目设计简述

1.基于三维联动模式的项目框架设计

课程设计：本项目采用大概念、大单元、大项目和学历案的教学方式，将人工智能知识与实际生活场景相结合，通过项目驱动的方式激发学生的学习兴趣和探究欲望。同时，注重跨学科融合，将数学、物理、生物等多学科知识融入课程中，拓宽学生的知识视野。

空间构建：本项目通过引入信息化工具，如点名系统、评价系统、直播投屏系统等，改善师生互动效果，提升学生参与度。同时，采用圆桌排列的方式提高小组内的交流效果，营造积极向上的学习氛围。

活动实施：本项目通过小组合作、自主探究等多样化的学习方式培养学生的问题解决能力和创新能力。同时，关注过程评价和能力培养，指向深度学习的学习理念。

项目模型分别为环境支撑层、教学准备层、活动设计层和目标导向层，如图2所示。活动设计层是模型的关键部分，是师生共同体在项目驱动下面向教学目标的活动，本项目采用了项目式学习、“做中学”学习模式、小组合作学习、支架式学习。首先，以学生熟悉的“校门口的出入闸机检查”这一真实场景引出本项目课题，让学生探究并尝试解决生活中的真实问题。其次，学生进行自主探究，理解“训练模型”的概念，教师提供学习支架。再次，学生以小组合作的形式完成素材采集及模型训练。最后，学生运用数字化工具进行创意的展示和分享。[3]

2.以学生为中心的活动设计

在人工智能教育的“课程·空间·活动”三维联动模式中，活动作为一个重要维度，在提升学习效率、促进学生参与、增强学习体验、培养实践能力等方面都有着重要的作用。本项目以学生学习为中心，采用项目式学习、小组合作学习、支架学习和“做中学”的学习模式进行活动设计。如下页图3所示。

（1）创设情境，提出问题

播放值日教师在校门口反复检查学生有没有佩戴口罩的视频，引导学生思考能否在简单闸机的基础上，实现“闸机检查学生是否佩戴口罩”，让“口罩检查”实现自动化。通过创设真实的问题情境，明确关键问题，确定本项目研究的主题：基于视觉识别的智能闸机—口罩识别。

（2）自主探究，分析问题

在确定项目研究主题之后，引导学生思考教师在校门口检查学生是否佩戴口罩的过程中，是怎样利用眼睛、大脑、嘴巴协调完成这一任务的，从而类比到机器应该采用哪三个步骤来实现识别判断。在这一环节中，教师提供学习支架，在Moddle平台上提供“训练模型”的微课，让有需要的学生进行自主学习。

（3）合作探究，解决问题

学生以小组合作的形式完成素材采集及模型训练。学生将采集的图片根据戴口罩和不戴口罩进行分类并将分类好的照片导入，接着，进行模型测试，以验证模型的有效性。学生借助程序流程图，正确理解分支结构，实现当识别到戴口罩的时候做出合适的反应，并适当增加样本的复杂性以实现不同场景的识别，培养逻辑思维能力和计算思维。

（4）展示作品，分享评价

学生在完成口罩识别闸机的设计后，进行作品展示，师生对遇到的困难或难点进行讨论分析，帮助学生进一步完善作品。在这一环节中，学生能从程序编写、语言表达、作品分享等方面综合评价各小组的展示，提升运用数字化资源实现创意表达的能力。

（5）归纳总结，拓展延伸

教师采用知识抢答的方式，巩固本节课的重难点，并对本节课进行总结，接着抛出问题引发学生思考：“怎样才能让闸机识别到具体是哪些同学没戴口罩呢？”“闸机如何才能实现体温自动测量？”通过这一系列问题让学生举一反三，迁移应用所学知识，在主题的延伸中继续深入思考和探索，从而培养科学探究精神。[4]

结束语

实践研究表明，三维联动模式将课程、空间和活动三个维度有机结合起来，有助于打破传统教育的界限，实现跨学科、跨领域的学习，从而更好地培养学生的创新思维和实践能力。对“基于视觉识别的智能闸机”项目的实践分析表明，基于三维联动模式的人工智能教育实践在强化学生学习成果、改善教师教学效果以及促进教育创新等方面具有显著效果。这种效果不仅体现在学生的知识掌握上，还体现在他们的思维能力、情感态度以及价值观念等多方面。未来，笔者将继续深入研究三维联动模式在不同类型的人工智能教育项目中的应用和推广策略，以期为一线教师提供更全面有效的借鉴。

参考文献：

[1]袁中果.新技术下中小学人工智能教育的现状[J].中国科技教育，2023（04）：23-25.

[2]陈明阳，阳亚平，陈明，等.智慧教育视域下混合式学习空间的构建与实践研究[J].中国远程教育：综合版，2019（11）：79-85.

[3]范仁俊.浅谈“数字化学习与创新”素养的培育[J].教育研究与评论：中学教育教学版，2019（07）：78-82.

[4]李俊.三维联动人工智能教育[M].长春：东北师范大学出版社，2022：124-126.