浅谈初中信息科技“体验人工智能应用”

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》 明确指出，信息科技在课堂教学实践中应重点培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四大核心素养意识。其中，信息意识与计算思维的培养应当是首要的，也是最显性的。作为初中生的必修课程之一 ，在互联网日新月异地发展及数字化时代的今天，初中生学习“信息科技”是顺应和满足社会发展进步、教育进步的必然结果。当前，无论是青少年学生，还是社会工作者，学习的需要、工作的需要、社会的发展、生活的需求，越来越离不开计算机知识和计算机操作技能。正因如此，信息科技课程对提升学生信息科技核心素养越来越重要，因此，要不断进行改编调整，优化单元知识结构框架。

然而，目前，许多初中学校的信息科技学科教学情况不尽如人意。不少乡镇学校和教育资源紧缺的学校，对信息科技的授课时长较少，甚至没有。虽然也有很多初中学校投入了大量的师资与经费，非常重视信息科技教育。但是，结合实际教学情况来看，许多学校和教师重视对学生计算机操作能力的培养，忽略对学生信息科技核心素养的培养。鉴于此，本文基于核心素养指向下的初中信息科技课堂教学实例，以人工智能单元教学为例，进行了初步的探索与实践。

一、真实情境驱动：引入应用项目

（一）明确人工智能开发主题

以八年级教学为例，关于人工智能的教学，在课时、条件、资源有限的前提下，作为信息科技教师，要尽可能提高课堂教学效率，以培养学生的信息意识、计算思维为前提，尽可能让学生有机会多体验、多操作，且多接触和联系生活中常见的情境。正如开篇所言，当前社会各领域早已离不开信息科学技术的发展，尤其是人工智能技术在社会生产、生活中的应用，极大方便了人们的工作、生活和学习。

目前，学生使用的教材中，设置了很多生活中的智能应用，而大部分学生在生活中也曾接触过智能应用。例如：刷卡打卡系统、AI语音系统、 图书馆智慧机器人、饭店清扫卫生机器人、交通智能识别系统、城市大街小巷逐渐多起来的无人超市等。在课前的导学互动环节中，教师通过调查问卷，了解全年级学生的实际情况，根据学生的意见、反馈和相关建议，最终确定将“无人超市/自动售货机”等 ，作为本文人工智能项目活动设计的目标任务。

（二）了解无人超市的工作流程

在授课前，教师可以让学生们做一些准备工作。例如：给学生简单布置一些实践性作业，要求学生寻访街道上、家附近的无人超市。如果没有碰到，可以上网搜索，通过观看视频，对无人超市的运行模式、外观特点、工作流程进行初步了解，并观察记录。在课堂教学中，教师通过播放视频，简单为学生演示无人超市的工作流程。

（三）合理设计人工智能应用项目

依照无人超市的工作流程、系统原理，让学生分组讨论，并进行深入分析。从而，学生系统把握人工智能无人超市的主要设计原理。这就是本次人工智能主题授课的目的，也是学生需要掌握的核心操作技能。

对此，教师可以先设置一个问题链，让学生进行分组讨论，汇总经验，继而培养学生的逻辑思维能力。教师设置问题：“它为什么叫无人超市，与其他超市相比有什么区别？”最终，大部分学生的意见基本一致，第一，无人超市，没有人看管；第二，无人超市，没有收银员。

超市是售卖商品的，顾客买东西付钱天经地义，那么，顾客如何付钱呢？这必然需要一套智能化的收费系统。无人超市节省了人力，但也需要承担一定的风险，即顾客逃单的风险。所以，无人超市必然要有一套规避风险或者减轻风险损失的防范措施，那便是监控，能代替人的监控。监控具有实时效果，即对顾客购物过程可以直接进行图像识别、面部信息识别。不少学生建议在店门口贴出告示，写明：“平价商品，安心选购；内有监控，祝您愉快！”学生们在短短5—8分钟的探讨辩论中，逐步理解了什么是信息社会责任。

二、合作学习探究：体验人工智能

（一）图像识别

学生观看教师推荐的视频片段后，结合教师的简单演示，初步了解了智能技术的具体应用细节。例如：人脸识别技术，即图像识别。在教师的指导下，各小组成员合作编写程序，并检查好，随堂进行检测。这样做可以适当增强课堂教学的趣味性，尽可能吸引一些能力差、兴趣不高、各小组里容易“拖后腿”的学生积极参与。学生们踊跃参与，亲自动手操作，对知识的理解程度也会相应提升，或多或少都能取得进步。

例如：让各小组的学生分别选择不同的物品来进行识别检测。鼓励学生多参与、多观察，有疑惑的地方可以多尝试几遍，并自主分析其中的原因。在此过程中，一个小组发现，先后选择了多个不同的物品进行图像识别检测，计算机系统都会显示一个概率值。比如：橘子、香蕉、黄瓜、水瓶、苹果、茄子、文具盒等不同的物品，有的概率值较高，可达60%甚至70%，有的概率值很低，只有20%—30%，甚至为0% 。不仅如此，相同的物品，多进行识别，给出的相符概率也存在很大差距。

在这个环节中，大部分学生进一步明白和掌握了一些新规律。第一，同样的物体，概率值存在差异，表明人工智能的图像识别无法完全百分百地确定物品，即便该物品已经录入到后台数据库，再识别一次依然如此。第二，概率值高的物品，多为长条的物品。概率值低的物品，多为圆形物品，如橘子、苹果。由于苹果是圆的，香蕉是长的，二者特征差异很明显，容易识别。反之，香蕉与茄子、黄瓜，概率值则忽高忽低。

如此一来，许多学生明白了，现实中的无人超市能高效率分辨出孩子、成年人，因为他们的身高差异较大；能高效率识别区分顾客的大体年龄范围，骨骼、肤色、皮肤光滑度、头部特征、面部特征等；能高效识别区分性别、发型、身材、走路特征差异等。

（二）收银系统

教师选择具有机器学习扩展模块的模块化编程软件，结合前期学生所学的相关知识，综合运用，进一步引导学生理解“图像识别”的过程。

依托教材，教师利用准备好的课件素材、软件工具等进行演示，鼓励学生创造性思考能够提高图像识别率的新方法、新路径。

在整个过程中，学生通过普通超市手动收银程序的编写训练和能力培养，不断提高计算能力。教师将不同的收银系统进行展示、分解，包括简单与复杂的、功能单一与功能全面的、信息储备量大与储备量小的、低配版与高配版的。如此种种，在编程过程中，学生们从手动收银到自动识别收银程序改写的过程中，深入认识到，每一个系统都是由很多个小系统构成的，且不同模块各方面的工作性能也是千差万别，且一代比一代强，需要不停地更新升级。

短短几节课的学习，学生在不知不觉中，理解了数字化学习与创新的意义。

三、结束语

综上所述，科学技术日新月异，新一代的青少年学生与信息科技、智能网络共生共存。他们的日常生活与学习方式，衣食住行等各方面，都深受信息网络、智能社会的影响。故此，将人工智能置入义务教育信息科技课程，已是必然趋势。

特别是与十年前、二十年前相比，当前信息科技教育资源丰富，经费投入也相对充足，宽带网络与移动智能更是全民化普及，所以各地学校有条件面向全体初中生开展系统化的信息科技课堂教学，这也是非常必要的。与此同时，教师应充分结合新一代初中生的信息意识、计算机操作水平的整体现状，适当提高和拓展学生的创新能力、计算思维。

教材中关于计算机、信息技术方面的基础技能、操作技能，由于初中生对智能手机、电脑接触和使用较为频繁，大多简单的技能都已熟知。大多数初中生欠缺的是程序编码、智能系统等具有创造性的计算思维和创新意识。因此，在课堂教学中，教师应适当增设课时，着重进行教学。

（吴 莹）