探索深度学习视角下的初中信息科技学科实践路径

摘要：本研究旨在通过“空气温度监测智能管家”项目实践活动，深入观察和分析课堂教学的实际情况，识别并诊断可能存在的问题，总结教学过程中的常见误区和挑战，并探索有效的改进策略及实践路径，以期在未来的课堂教学中能够更有效地应对即时出现的问题，为学生提供一个能够自由发挥创造力、培养批判性思维和展示个人才能的环境。

关键词：深度学习；信息科技；项目实践

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）20-0000-05

课例研究背景

在人工智能课程的教学实施中，笔者根据课时安排将教学单元的主题细化为一系列微项目，以促进知识的系统化学习。但在教学实施过程中，遇到了若干挑战，主要涉及：①中学人工智能教学实践注重在真实情境中“做中学”“用中学”“创中学”。[1]它强调通过抽象、分解、建模和算法设计等思维活动，培养计算思维核心素养，而素养的深处就是“思维”，“思维”的养成则是深度学习的体现，这就需要形成一个可实施的参考路径。②再学科实践中，协作学习的重要性不言而喻，而如何发挥小组全员参与学习任务，让协作学习真实、有效，是亟待解决的问题。

《深度学习：走向核心素养（理论普及读本）》一书提出了深度学习的五个关键特征：①联想与结构：经验与知识的相互转化；②活动与体验：学生的学习机制；③本质与变式：对学习对象进行深度加工；

④迁移与应用：在教学活动中模拟社会实践；⑤价值与评价：“人”的成长的隐性要素。[2]当前，信息科技课堂教学面临一些问题，其中的核心问题是如何把握知识原理和体验活动的关系。而深度学习的五个特征体现了如何处理教学活动各要素间的关系以实现深度学习。因此，笔者针对“如何在人工智能教学实践中，真正让学生全身心投入其中、参与其中，获得幸福感，获得思维的生成，获得真学习”这一问题展开研究，以课堂教学为主阵地，在教学中践行深度学习理念。下面，SxADeGrZd7yF8iufOpi/5Q==笔者以“空气温度监测智能管家”项目实践为例，具体谈谈深度学习视角下的初中信息科技学科实践路径。

课例研究设计思路

1.研究课例

本研究选用创造栗人工智能教学设备，采用语音识别套件进行教学，以创造栗编程软件作为计算思维培养工具。选择程序中的重难点知识——将if分支结构作为教学内容，本课例涉及if单分支结构、双分支结构和嵌套分支结构的运用等知识点。

2.研究对象

本研究的研究对象为笔者所在学校七年级的学生。其中，大部分学生在小学阶段接触过可视化编程，还有的学生接触过人工智能的简单应用，可以独立完成一些简单的编程作品，可以应用人工智能设备模拟场景应用并解决问题。

3.研究方法

①行动研究法。行动研究法需要经历“提出问题—假设—验证—结论”几个步骤，每一个步骤都是基于上一个步骤的螺旋上升和迭代优化。

②课堂观察法。课堂观察法对课堂中教师的提问、学生的学习、师生的互动、小组合作、重难点突破等方面进行记录、分析和研究，以通过他人视角来改善教师的教和学生的学。

课例研究实践

1.原生态问题呈现，预设与生成的矛盾分析

在首轮行动研究中，教师实施了为期2课时的连续教学实践。该实践旨在让学生在智能温度传感器的应用场景中，通过小组合作，体验问题解决过程，深入感受程序设计的魅力。本课例的教学设计由授课教师独立完成，而研究人员则从课堂学习效果和学生活动的角度对课堂进行了深入分析。尽管课堂氛围活跃，学生参与度较高，但笔者发现预设的教学活动与实际生成的学习过程存在显著的矛盾。

（1）教学活动设计的预设

在第一轮行动研究中，教师制订了如表1所示的活动方案。

（2）第一轮行动研究的分析与诊断

第一，任务设计在难度递增上连贯性不够。在任务一“监测冷热温度”中，学生依赖基本的“如果……否则……”逻辑结构来执行判断，这一过程相对直接。然而，当进入任务二“实时监测温度并实现高温预警”时，学生需要掌握嵌套分支结构，要同时对三个不同的温度区间进行评估，并通过流程图来清晰地展示这些逻辑关系。这一环节是课程的核心和最具挑战性的部分，学生在从简单到复杂的过渡中表现欠佳。分析原因：①教师在从任务一过渡到任务二时未能提供充分且有效的指导，以帮助学生克服难点；②缺乏适当的学习支架，限制了学生自主学习能力的提升。因此，任务设计未能有效引导学生解决问题，可能导致学生在面对挑战时感到迷茫和无助，进而影响他们的学习兴趣和动力。

第二，学生对温度变化感知的局限性。学生在监测不同温度范围时难以获得直观体验。本任务涉及的温度监测范围为：22～26℃（舒适区）、低于22℃（寒冷区）和高于26℃（炎热区）。这种不显著的温度变化使得教师难以准确评估学生的学习进度和成效。此外，仅通过LED灯的颜色变化来指示温度范围，无法为学生提供温度变化的直观感受，这与实际生活应用中对精确度的需求不符，削弱了学科实践的教育意义。

第三，问题预设与思维过程的浅层性。在任务一至任务三中，教师提供的解决方案较为单一，倾向于将学生引导至预设的教学框架内，而非拓展其思维，实现深度学习。特别是在任务三——实时监测温度并触发高温报警器的设计中，学生在完成高温警报功能时表现不佳。面对生成性问题，教师缺乏清晰的解决策略，未能深入挖掘问题本质。

第四，拓展任务与语音识别原理的理解。拓展任务旨在考查学生对智能温度监测的理解，并为后续课程的深入探讨打下基础。然而，由于课时限制和语音识别硬件的灵敏度问题，学生的实际操作体验并不理想。学生在尝试激活设备时，经常遇到设备无响应的情况，影响了对编程设计的深入体验。

2.改进课的面貌呈现——环节的改进，进入深度学习

（1）改进的概况

第一轮行动研究暴露了不少问题，如缺乏评价机制、学习活动的趣味性不足、教学环节设置缺乏层次性。教师基于存在的问题对课程结构进行了系统性改进（如表2）：①引入项目式学习方法。为学生设计一份详细的项目任务单，明确学习目标，引导学生进行项目式学习。②提升学习活动的实践性和趣味性。采用温度可视化技术，使学科实践内容与学生日常生活紧密相关。这种方法不仅激发了学生的学习兴趣，而且能让学生在实际操作中直观地观察温度变化，加深对知识的理解。③增强任务之间的递进性。教学设计采用由易到难的层次化设计更符合学生的学习规律，促进了学生认知能力的螺旋式上升。

（2）第二轮行动研究的分析与诊断

改进课的最大问题是时间严重不够，教学内容只完成了三分之二。微项目一总体能够完成流程图的绘制，并有多种流程设计的思考，微项目一中的任务一至任务三的平均分超过8.3分。微项目二的完成效果不大理想，平均分在7.2分左右，由于时间有限，学生没有很好地完成微项目二的学习内容，因此，学生总体对自己的学习满意度评价不高。

3.延伸课的精彩呈现——目标的修正、生成的精彩

（1）改进的概况

第二轮行动研究有进一步改善，但由于时间有限，微项目二的升级内容完成率一般，且此次活动缺乏实际生活场景的应用。因此，笔者基于第二轮行动研究中存在的问题做了几点改进（如表3）：①增强学生的实践体验。引入教学工具和材料，如塑封袋和冰块，模拟不同的温度条件。这些工具不仅能帮助学生更直观地感受温度变化，而且促进了他们对温度监测原理的深入理解。②重组部分学习活动环节。为学生提供了更多的时间深入探讨和理解嵌套分支结构等复杂概念。③加强与现实世界的联系。设计具有创意思考的课后拓展作业，如可以借助温湿度传感器设备赋予机器人像人一样的感知器官，让我们的生活更智能。为此，同学们还有什么创意的想法，让人工智能服务我们的工作、生活？鼓励学生发挥想象，以小组为单位共同构思、绘制创意设计图纸，并撰写详细的创意说明书，以深化对课程内容的理解和应用。

（2）第三轮行动研究的分析与诊断

在第三轮行动研究中，明显发现学生对情境创设和教具创设的热情度比较高，但课堂的教学进度仍然会受影响。学生虽然总体对双分支结构重点内容的掌握比较好，但对任务二难点的深度思考把握不佳，导致后面的任务总体完成情况偏低。一方面，由于班级学生的个体差异和学习习惯的差异，课堂的学习预设及推进效果不佳；没有真正发挥小组合作的价值与意义，分工不明确，组内“划水”现象明显。另一方面，学生被教具吸引，缺乏真正的探究精神。

4.多学科融合的学科实践——合作的有效、生成的深度

（1）改进的概况

第三轮行动研究调动了学生的学习积极性，但学生对资源脚手架的分心导致课堂学习推进受到阻碍。微项目二没能很好地完成升级效果，使得学生的学习跟不上进度，动力不足。因此，笔者基于第三轮行动研究存在的问题对教学设计做了几点改进（如表4）：①整合学习活动与学习资源。设计分层学习活动，实现基础任务面向全体学生，升级任务面向部分学生。对增加的教具，提前调试，加强引导，引导学生正视学习脚手架，合理运用。②明确小组成员角色和责任。确保每个学生都能积极参与探究学习，以提高小组合作的实效性。此外，特别强调了组长的领导和协调作用，以及小组成员之间的相互支持和合作。③增加学科活动的实践价值。鼓励学生将所学知识应用于模拟现实世界的场景中，实现创意物化，并将项目成果公开。

（2）第四轮行动研究的分析与诊断

在四轮行动研究中笔者发现，当目标确定、指向明确时，学生的专注力会聚焦。①在项目的外观设计中，学生小组一起设计属于自己的智能小屋，让学生将成果物化。②课堂上，当教师以学生讨论过程中的焦点问题为课堂的切入点和升华点时，学生的思维表现得非常活跃。③教师对课后作业进一步跟踪，发现学生的奇思妙想。美中不足的是，如果微项目二中的任务二放在微项目的任务一中，则能让学生更直观地感受温度，从而引入本节课的教学重难点，有助于更好地营造学习氛围，激发学生的学习积极性。

课例研究实践路径

本研究通过四轮行动研究，持续发现并解决教学实践中的问题。教学实践从纯粹的编程设计转变为具体的项目设计，实现了从静态学习到动态应用的转变。在教学实践中，不同班级的学情和学生学习习惯的差异性导致活动设计在不同场景下的突破程度存在差异。尽管如此，总体的完成效果仍呈现逐步提升的趋势。初中信息科技教学强调理论与实践相结合，通过项目实践活动，构建真实的学习情境，激发学生的探索精神。在此过程中，学生将理论知识应用于具体场景，通过小组合作，利用计算思维进行问题建模，结合人工智能硬件与创新设计，实现技术解决方案，从而提升实践能力、问题解决能力和创新能力。因此，笔者依据以上教学实践总结了信息科技学科的具体实践路径（如下图）。

结论

1.预设有指向性的问题

在人工智能课程中，问题的设定应具有明确的目标性和挑战性，以激发学生的思考和探索欲望。问题链的设计应围绕核心项目问题和任务，引导学生在体验中建立思维逻辑和知识结构。

2.预设的问题要重思维的过程

在人工智能教学中，应重视学生的思维过程而非仅仅关注结果。需要创设与生活紧密相关的场景，驱动学生以问题为引导进行研究学习，以培养批判性思维和创新精神。

3.积极应对课堂上的生成性问题

在人工智能课程教学中，学生可能会随时提出一些生成性问题。这些问题是学生在思考和探索过程中产生的，具有启发性和探索性。教师应积极应对课堂上的生成性问题，鼓励学生提出自己的想法和解决方案，促进深度学习发生。

4.注重小组合作学习

学科实践活动是提高学生实践能力和团队协作能力的重要手段。教师应该重视小组合作，以培养学生的团队协作能力和解决问题的能力。

5.创设真实的问题情境，使人工智能课程生活化

知识的习得离不开生活，真实的情境创设有助于学生连结新旧知识，实现知识的内化和迁移。通过创意作品的设计和制作，能让学生懂得“生活是设计的基础，设计是生活的需要”，引导学生体验生活，总结生活中的经验，培养学生的动手能力和创新能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022：14.

[2]刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养（理论普及读本）[M].北京：教育科学出版社，2018.

第一作者简介：苏秀萍，工作单位为厦门市海沧中学，一级教师。

基金项目：福建省教育科学“十四五”规划2023年度课题“单元视角下的初中信息科技跨学科主题学习设计研究”（编号：FJJKZX23-524）。