信息科技学科实施人工智能教学的途径与策略

【摘 要】本文探讨了初中信息科技教学中实施人工智能教育的途径与策略。通过强化学生非结构化思维、开展项目式教学活动、趣味化引入编程教育体系等方法，旨在提升学生对人工智能的理解与应用能力，培养他们创新思维和解决问题的能力，为初中信息科技教育与人工智能教育的融合提供有效指导。

【关键词】初中教学；信息科技；人工智能；途径与策略

【中图分类号】G434 【文献标志码】A

【论文编号】1671-7384（2024）011-062-02

在科技日新月异的当下，人工智能犹如一颗璀璨的新星，引领着时代的变革与进步。它不仅重塑了我们的生活方式、工作模式，还对教育领域产生了深远的影响。初中信息科技课堂作为培养学生科技素养和创新能力的重要阵地，引入人工智能教育已成为必然趋势。这不仅是顺应时代发展的需要，更是为学生开启未来科技之门的关键钥匙[1]。

初中生正处于好奇心旺盛、思维活跃的成长阶段，在这个时期开展人工智能教育，能够激发他们对未知世界的探索欲望，培养其逻辑思维和解决问题的能力。然而，在初中信息科技教学中实施人工智能教育并非坦途。缺乏系统完善的课程体系、适配的教学设备不足、专业师资力量薄弱等问题，都给这一教育实践带来了重重挑战。正因如此，深入研究如何在初中信息科技教学中实施人工智能教育的途径与策略，显得尤为重要。这不仅有助于解决当前教育教学面临的困境，更能为学生提供高质量的人工智能教育，让学生在科技的浪潮中站稳脚跟，茁壮成长。

强化学生的非结构化思维，帮助学生了解信息技术

非结构化思维是理解和应对人工智能中复杂、多样问题的关键之一。在初中信息科技教学中，强化学生的非结构化思维能帮助他们更好地掌握人工智能知识，提升解决实际问题的能力，适应信息技术的发展需求。作为教师，在初中信息科技教学中实施人工智能教育时，应注重强化学生的非结构化思维，帮助学生了解信息技术。

以苏科版初中信息科技八年级上册第三单元“智能处理与应用”第5课“图像识别技术的应用”为例，在教学过程中，教师首先要通过展示丰富多样且有趣的图像识别应用案例导入课程，如利用智能手机的人脸解锁功能、超市的自助结账系统通过商品图像识别进行结算、警方通过监控图像识别追踪犯罪嫌疑人等，引发学生的浓厚兴趣，并提出相关问题——图像识别是如何做到快速准确的，进而再详细讲解图像识别技术的基本概念和原理，强调图像数据的非结构化特点，并与结构化数据，如表格数据，进行鲜明对比。教师可以展示一个包含学生成绩的表格，解释其结构清晰、规则明确的特点，再展示一张包含多种物体的复杂图像，说明图像中物体的形状、颜色、大小等特征的不确定性和复杂性。

教师进行案例分析，如以人脸识别为例深入讲解其工作流程，从摄像头采集人脸图像，到图像的预处理去除噪声、增强特征，再到提取人脸的关键特征点，如眼睛、鼻子、嘴巴的位置和形状，最后进行特征匹配和识别。在此过程中，教师让学生思考可能遇到的非结构化问题，如不同光照条件下人脸的阴影、佩戴眼镜或口罩对识别的影响、表情变化导致的面部特征改变等。之后，学生进行实践操作，亲身体验图像识别实验，使用简单的图像识别软件，对不同场景下的动物图像进行识别，观察识别结果并分析原因。最后，教师总结回顾本节课的重点内容，再次强调非结构化思维的重要性，并布置课后作业拓展思考，如让学生调研当前最先进的图像识别技术及其应用领域，思考如何进一步优化图像识别算法以应对更复杂的场景。通过这样精心设计的教学过程，逐步强化学生的非结构化思维，使学生能够更好地理解和应用人工智能技术。

开展项目式教学活动，以人工智能为项目主题

项目式教学是一种有效的实践方式，能让学生在实际操作中深入理解人工智能，培养其创新和解决问题的能力。以苏科版七年级下册第二单元“智能机器人”第6课“设计智能机器人的任务”为例，教师播放一段丰富多彩的智能机器人工作的视频进行导入，如工厂中精准焊接的工业机器人、餐厅里送餐的服务机器人、医院中消毒清洁的防疫机器人等，以此引发学生的思考。教师可以详细讲解智能机器人的组成部分，包括各种传感器（如视觉传感器、触觉传感器、距离传感器等）、控制器（如微处理器、单片机等）和执行器（如电机、舵机等），以及它们的工作原理。同时，结合实际案例，深入阐述人工智能在智能机器人中的广泛应用。然后，教师布置项目任务，将学生分成若干小组，每个小组可以从校园、社区、家庭等不同场景中选择其一。选择校园场景的小组，设计一个能够协助教师进行图书管理的智能机器人；选择社区场景的小组，可以构思一个能够进行垃圾分类并运输的智能机器人；选择家庭场景的小组，可以设想一个能够照顾老人生活起居的智能机器人。教师为各小组提供丰富的资源和工具，如相关的编程软件、技术手册、模型材料等。

在实践操作环节，教师让各小组根据之前的设计方案，使用编程软件对智能机器人进行编程，并连接硬件设备进行调试和优化。在这个过程中，学生不断尝试、改进，解决遇到的诸如程序错误、传感器不灵敏、执行器动作不准确等问题。最后，教师进行总结回顾，再次强调智能机器人设计中的关键知识点和技术要点，突出项目式学习对于掌握人工智能知识的重要性。同时，教师布置课后作业拓展，让学生进一步完善自己小组的设计方案，或者思考如何将智能机器人的应用拓展到更广泛的领域。这样精心设计的项目式教学活动，以人工智能教育为核心，能够让学生在亲身实践中深入理解和应用人工智能知识，全面提升综合能力。

引入趣味化编程教育体系，培养学生的计算思维

趣味化编程，能够激发学生对编程的兴趣，为学生理解和应用人工智能打下基础，帮助学生提升逻辑思维和解决问题的能力。以苏科版八年级下册第四单元“Python编程基础”第3课“有趣的猜数字游戏”为例，教师可以在课堂上与学生玩猜数字游戏。教师心中想一个1到100之间的数字，让学生轮流猜测。每次猜测后，教师给出提示“大了”“小了”或“猜对了”。通过几轮猜测，学生充分体验到了游戏的乐趣。这时，教师引发学生思考：如果让计算机来和我们玩这个游戏，它会怎么实现呢？这成功激起了学生对计算机实现该游戏的强烈好奇心。接着，教师详细讲解Python编程的基本环境，包括如何安装Python解释器、选择合适的编程工具（如IDLE、PyCharm等），以及运行Python程序的方法。同时，教师深入浅出地介绍Python编程的基础知识，如变量的概念、数据类型，重点讲解条件判断语句的逻辑和用法。在编程环境中，教师可以逐行敲出实现猜数字游戏的核心代码，每写一行代码就详细解释其作用和原理。如创建一个变量来存储要猜测的数字，使用随机数函数生成一个1到100之间的随机数；通过循环让玩家不断输入猜测的数字，并使用条件判断语句根据输入与随机数的大小关系给出相应的提示。之后，教师可以让学生自己动手实践操作，让他们可以模仿教师的示例，在自己的电脑上编写猜数字游戏的代码。这种趣味化的教学方式，可以营造轻松愉快的学习氛围，让学生在不知不觉中学习编程知识，为进一步的人工智能教学作好充分的铺垫。

总之，在初中信息科技教学中实施人工智能教育是时代发展的需求，也是培养学生综合素质的重要举措。教师需要通过不断探索和实践有效的途径与策略，激发学生的学习兴趣和创新能力，为学生的未来发展打开更广阔的天地。同时，教师应不断更新教育理念，提升自身专业素养，以便更好地引导学生在人工智能的世界中探索前行，为培养适应未来社会的创新型人才贡献力量。

参考文献

黄桂琳. 信息科技课程标准下的初中人工智能教学实践探究[J]. 信息系统工程，2024（5）： 80-83.