深度学习理念下的初中信息科技单元学习活动设计探索

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中，以数据、算法、网络、信息处理、信息案例、人工智能作为逻辑主线，设计了义务教育全学段的九大内容模块，其中第四学段（7～9年级）设置了“人工智能与智慧社会”内容模块，其目标在于帮助学生了解人工智能技术的特征、优势和具体边界，掌握人工智能和现代社会发展之间存在的联系，并进一步探索人工智能技术使用过程中需要遵循的伦理道德。

面对人工智能、物联网等新模块、新内容，教师传统的蜻蜓点水般地教，学生浅尝辄止地学，已经难以发展学生的信息科技核心素养、提升学生的创新与实践能力。因此，我们尝试基于深度学习理论，选择有温度的单元主题情境，确定有效度的单元学习目标，设计有深度的单元学习活动，实施有信度的持续性评价，以富有挑战性的问题激活学生的深层学习动机，进而围绕问题展开切身体验的高阶思维，逐渐达成深度理解和实践创生，完成对学习内容的自我建构，积极参与创造性学习，形成对学生产生深远影响的深度学习样态。

如何将深度学习的理念落实到“人工智能与智慧社会”模块教学，更好地通过深度学习提升学生核心素养，笔者尝试在单元教学理念引领下，通过“主题有温度、目标有深度、内容有热度、评价有梯度”设计路径，让课堂富有生命力，触及学生心灵，引领学生走向深度学习。

一、主题有温度：创设真实情境，驱动沉浸探究

单元学习主题的确定，既要源于情境，展于学生，又要以真动情，在境中学，以真实的学习主题和活动情境，与学生创造共鸣沉浸的体验空间。当前的信息科技教学，尤其是“人工智能与智慧社会”模块，缺乏体系化、结构化的教学内容，处在新课标、旧教材的过渡时期。面对这种困局，以及新课标中“创新教学方式，以真实问题或项目驱动，引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程，建构知识，提升问题解决能力”的要求，我们在人工智能单元主题的确定上，进行了勇敢的探索和实践。

学生在小学五年级第二学期学习了图形化编程软件Scraino，在初一、初二年级又进一步学习Python的基本语法结构和常见算法，基于这种学情基础，我们在教学中引入Mind+软件，因为这款软件在编程界面和语句模块部分与学生熟悉的Scraino软件高度相似，同时又集成了Python编程环境，并且能够支持各种主流开源硬件，学生通过拖动图形化积木轻松编程实现硬件连接，从而有效支持人工智能和物联网教学。我们使用上海智位科技DFRobot的行空板以及系列传感器、执行器搭建数字实验平台，以Mind+为教学环境，根据学生经常接触的喜闻乐见的生活与学习情境，甄选12个探索项目，开发了“智能物联”系列单元实验课程（见图1），力求将人工智能模块、物联网模块的内容进行有温度的主题化深度融合，全面提升学生的核心素养。

二、目标有深度：加强问题导向，落实核心素养

学习目标的设计应“大处着眼，小处入手”，以培养学生的核心素养为根本理念。而教学目标的真正落地，需要学生全身心地投入探究学习，培养学科高阶思维。“好的教学必须能唤起儿童的思维”。“问题”就是点燃思维的火花，是课堂活动之旅的“向导”，学生在问题的引导下入情入境，在与问题的互动中建构思考，在解决问题的过程中达成学习目标。因此，扣人心弦的教学活动需要有深度的问题来体现，这里的“深度”并不意味着提升问题难度，而是通过横向问题集和纵向问题链构成问题系统来促进深度学习。

围绕“人工智能设计策略”核心问题，针对“规则设计”“监督学习”和“非监督学习”三种策略，我们分别设计了三类横向维度问题集——“机器人为什么可以和我对话，有些回答为什么是一样的”“人工智能是如何进行预测和分类的，识别的策略是什么”“机器对于未知的数据是如何学习的”。对于第二个问题还纵向设置了有层次、有延伸的问题链，用于突破重难点，如“机器为什么可以进行图像识别”“图像识别的设计策略是什么”等。纵横编织的问题网能够体现学习目标之间的内在联系，帮助学生厘清知识体系的内在结构，有助于发挥问题系统的整体作用，促进学生深度理解学习内容，灵活运用知识技术，形成情感、态度、价值观等。

三、内容有热度：紧跟科技发展，内容与时俱进

信息科技教学要从实践应用出发，注重帮助学生理解基本概念和基本原理，提升学生的知识迁移能力和学科思维水平，培养学生的核心素养。人工智能与智慧社会模块，要求学生能识别身边人工智能应用，理解人工智能与现实社会的联系，能列举人工智能的主要术语，知道常见的人工智能实现方式等。在信息科技飞速发展的今天，尤其是“文心一言”“讯飞星火”等生成式人工智能不断迭代更新，对教育教学、生产生活都产生了巨大的影响，这要求我们及时调整教学内容，跟上时代发展的脚步。

比如学生在小学四年级学习过用Windows画图程序绘制图片，在初一又学习用Photoshop处理图片。但这些教学内容都比较单调乏味，加之课时有限，难以掌握其中的精髓和技巧，导致很多学生在学习过程中缺乏兴趣，探究积极性较差。针对这一问题，教师将“文心一言”“讯飞星火”等生成式人工智能引入课堂，让学生感悟AI绘画和电脑软件绘图的联系与差异。在课堂创建的初期阶段，教师可以通过微课短视频的运用，为学生播放展示一段AI扩图功能和人脸特效AI滤镜的视频，随后会对学生进行询问，明确学生是否也在现实生活中利用过这样的功能，会形成对该技术的初步认知。随后，教师和学生共同经历与生成式人工智能进行人机对话的过程，之后交流分享对话内容和生成的结果，共同分析生成式人工智能的基本原理，体验“用人工智能解决问题与传统计算机程序解决问题”的差异，感受人工智能的巨大魅力，理解人工智能应该遵循的伦理道德，认识智慧社会形态下的新机遇和新挑战。

四、评价有梯度：紧扣单元目标，难度螺旋式上升

学习评价能够客观反映学习目标的达成情况，引领学生的学习方向，对课堂教学具有重要的指导作用。单元教学中每个课时都有独立的学习评价，虽然评价目标、评价手段存在差异，但都以单元学习目标为导向和主线，开展持续性评价。各个课时活动、评价之间有缜密关联的逻辑关系、层次递进的承接关系，这种紧扣目标主线、难度螺旋式上升的教学评价体系，是发展学生高阶思维和关键能力的重要导向和评判标准。

比如在“感受人工智能魅力”这一项目中，我们以人工智能发展历史为主线，设置了三种类型的学习活动，并对应设计出三种评价标准。在观察体验与聊天机器人互动交流的活动中，要求学生通过“激发兴趣—发现问题—寻找答案”的过程，了解早期人工智能设计策略以及规则设计；在体验人工智能图像识别的活动中，要求学生通过“提出猜想—探索规律—验证猜想”的流程，总结出机器训练学习方法，掌握监督学习设计的基本策略；在运行数据分类程序过程中，要求学生利用“提出问题—梳理流程—理解本质”的方式，追寻算法原理和流程，了解非监督学习的概念。三个不同阶段的活动设计，在提升学生计算思维方面也采用循序渐进、由浅入深的方式，按照“图形化编程—代码编程—算法流程设计”的模型开展序列化进梯式学习，一步步揭开人工智能发展的神秘面纱，引领学生领略科技奥秘，共筑创新梦想。

将深度学习理念下的单元教学引入信息科技学科，要求我们以任务和问题解决为依托组织教学内容，以学生为主体开展教学活动，不断优化单元内容结构和教学计划，切实提高学科教学素养，给学生提供更多深度学习的机会，促进学生学科核心能力的成长。

（作者单位：山东省威海市文登区侯家中学）