高中人工智能探究式教学案例设计与实践研究

摘要：随着科技的飞速发展，人工智能已成为教育领域的重要组成部分，而高中作为培养学生科学素养和创新能力的关键阶段，着重围绕人工智能教学方式进行创新显得尤为重要。而将探究式教学法融入高中人工智能展开授课，将以学生为中心，通过提出问题、自主探究、合作交流等方式，引导学生主动探索知识，培养其解决问题的能力。为此，研究先行概述了人工智能与探究式教学模式内涵，随后以探究式教学理念为中心设计了高中人工智能教学过程，最后以案例分析的形式展开具体的实践教学，希望以此为同行提供参考。

关键词：人工智能；探究式教学；高中；案例设计；教学实践

一、前言

随着科技的日新月异，人工智能技术已渗透到社会生活的方方面面，成为推动经济社会发展的重要力量，面对这一趋势，教育领域对人工智能人才的需求日益增长，而高中作为基础教育与高等教育的重要衔接阶段，其教学的重要性不言而喻。但是，传统的教学方式往往侧重于知识的传授与记忆，忽视了对学生创新能力和实践能力的培养，难以满足新时代对人工智能人才的需求。上述背景下，探究式教学法以其独特的优势逐渐受到教育界的关注，其强调学生的主体地位，通过问题引导、自主探究、合作交流等方式，激发学生的学习兴趣，培养其独立思考和解决问题的能力，那么高中AI教学中引入探究式教学法，不仅能够帮助学生更好地理解AI技术的核心概念和原理，还能提升其实践能力和创新思维，最终为学生未来在人工智能领域的深入学习和职业发展奠定坚实的基础。

二、概念分析

（一）人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指利用计算机技术模拟、延伸和扩展人的智能，包括感知、学习、推理、交流等能力，该项技术涉及多个学科领域，如计算机科学、数学、心理学、语言学等，其核心在于通过算法和模型实现机器的智能化[1]。随着技术的不断进步，人工智能已经从理论研究走向实际应用，广泛应用于医疗、教育、金融、娱乐等多个领域，为人类的生活带来了极大的便利和改变。

（二）探究式教学模式分析

探究式教学模式是一种以学生为主体，通过问题引导、自主探究、合作交流等方式进行教学的教学模式，该模式注重教导学生学会主动参与和积极探索，以此培养其创新思维、批判性思维和解决问题的能力[2]。在探究式教学中，教师不再是单纯的知识传授者，而是成为学生学习的引导者和支持者，学生则在教师的指导下，围绕特定的问题，通过查阅资料、讨论交流、实验操作等方式进行自主探究，最终达到对知识的深入理解和掌握[3]。整体分析而言，探究式教学模式应用于高中人工智能教学中，不仅能够激发学生的学习兴趣和动力，还能提高其自主学习能力和团队协作能力，为其学习能力提升、现代科技应用能力培养夯实基础。

三、高中人工智能探究式教学案例设计

（一）前期准备与需求分析

首先应确定教学目标，了解学生的年龄、兴趣、知识基础及学习风格，以便设计符合他们认知水平和兴趣点的探究活动，并通过探究活动加深学生对人工智能概念、原理及应用的理解，培养高中生探究能力、创新能力和问题解决能力[4]。其次应根据教学目标和学生特征，精选人工智能领域的核心知识点和热点话题，作为探究式教学案例的主要内容，并收集、整理相关的文献资料、视频教程、在线课程、实验器材等教学资源，为探究式教学的顺利开展提供有力支持。

（二）案例设计与活动规划

首先，应创设问题情境，设计一个与人工智能紧密相关且富有挑战性的问题情境，激发学生的探究兴趣和求知欲。明确探究任务时，教师需引导学生将大问题分解为若干个小任务，每个任务都围绕一个具体的知识点或技能点展开，让学生在逐步完成任务的过程中构建知识体系[5]。其次，在规划探究过程时，教师可为学生设计探究活动的具体步骤和流程，包括资料搜集、实验设计、数据分析、结论提炼等环节，促使高中生在探究过程中能够有序进行，并设定评价标准，制定明确的评价标准和方法，用于评估学生的探究成果和学习效果，包括知识掌握程度、探究能力、创新能力及团队协作能力等方面[6]。

（三）实施过程与指导策略

首先，应通过生动的案例、视频或实物展示等方式引入话题，激发学生的探究兴趣，随后将学生分为若干小组，每组负责一个或多个探究任务，鼓励学生通过小组合作、在线协同等方式共同解决问题[7]。在探究过程中，教师应适时给予学生指导和帮助，引导学生围绕课堂主题进行深入思考、发现问题并尝试解决问题，引导学生提出自己的想法和见解，培养其批判性思维能力。其次，应该组织学生进行成果展示和分享交流活动，让其展示自己的探究成果和学习心得，并通过分享交流，学生可以相互学习、取长补短，进一步巩固所学知识。

（四）总结反思与持续改进

探究式教学的总结反思阶段，教师需在学习活动结束后，和学生共同总结探究成果和学习经验，帮助学生提炼出有价值的经验和教训，从中挖掘自身不足进行反思和分析，提出改进措施和建议，鼓励学生进行自我反思和互评互学，找出自己的不足之处并制定改进计划。此外，还需引导高中生围绕探究活动中的不足做进一步反思，以不断优化探究式教学案例的设计和实施过程，提升教学质量和效果。对于教师自身而言，应在日常教学中，密切关注人工智能领域的最新发展动态和研究成果，及时更新教学内容和教学资源，确保教学活动的前沿性和时效性。

四、高中人工智能探究式教学实践分析

（一）项目引入与情境创设

1.项目引入

在正式进入人工智能的探究学习之前，一个精心设计的项目引入环节至关重要，高中教师可以选择一段引人入胜的视频或动画作为开场，比如展示AlphaGo与围棋世界冠军李世石之间那场震撼人心的对决，视频中AlphaGo以其超乎寻常的计算能力和策略选择，与李世石展开了一场智慧的较量，最终取得了胜利，这一片段不仅展现了人工智能在复杂策略游戏中的强大能力，也让学生直观地感受到了AI技术的飞速发展。视频播放结束后，教师可以适时地引导学生进入思考模式，首先通过提问的方式引出关键概念：

“刚才我们看到的是什么？”

“它代表了什么领域的最新成就？”

“你们认为什么是人工智能？”

提出上述问题的目的就是为了激活学生的前置知识，同时引导其进入新的学习领域，随后进一步深入探讨：

“人工智能有哪些应用领域？”

“从我们的日常生活到工业生产，再到科学研究，AI是如何影响我们的？”通过不同的问题，引导学生意识到人工智能的广泛渗透性和深远影响，从而激发其好奇心和探究欲望。此外，在引导学生思考的过程中，教师还可分享一些人工智能改变生活的实例，如智能语音助手、智能电车、智能医疗诊断辅助系统等，让学生感受到AI技术就在身边，与每个人的生活息息相关，利用此种情感上的共鸣，进一步加深学生对AI技术的兴趣和探索欲，为后续的深入学习打下良好的基础。

2.情境创设

为了让学生更加直观地理解人工智能的应用潜力和未来趋势，高中教师可在课堂上为学生创设一个“智能家居的未来畅想”情境，邀请学生在情境中想象自己生活在一个完全由人工智能驱动的家中：

从清晨的自动窗帘缓缓拉开迎接第一缕阳光，到智能音响根据心情播放音乐；从厨房里的智能冰箱根据食材推荐健康食谱，到卧室里自动调节温湿度的智能空调……每一个细节都充满了AI的智慧与关怀。

在上述情境创设基础上，教师还可组织学生进行小组讨论或角色扮演，让学生分组设计自己理想中的智能家居系统，包括功能、外观、交互方式等，此过程中学生不仅能够加深对人工智能技术的理解，还能锻炼自己的创新思维和团队协作能力。此外，教师应鼓励学生大胆想象、敢于创新，让学生将自己对未来生活的美好愿景融入设计中，为人工智能技术的未来发展贡献自己的创意和想法。

（二）课堂教学活动设计

1.课堂讲授

在知识讲授环节，教师充分利用人工智能互动平台、电子白板等数字设备，通过理论与实践相结合的方式，将复杂抽象的人工智能概念生动直观地呈现给学生，不仅能够吸引学生的注意力，提高课堂互动性，还能有效降低学习难度，帮助学生更快地掌握基础知识。例如，在讲解人工智能的发展历程时，教师可以通过时间轴的方式展示从最初的图灵测试到深度学习、自然语言处理等关键技术的突破，配以相应的历史图片和简短视频，再让学生到AI互动平台操作体验，使学生仿佛穿越时空，亲身参与这一科技革命。

为了让学生更好地理解人工智能的实际应用和价值，教师在讲授过程中穿插了大量具体案例和实例，如无人驾驶汽车作为人工智能技术的集大成者，其精准的感知、决策与控制能力让学生惊叹不已。此时，教师就可通过展示无人驾驶汽车的工作原理、测试视频以及面临的挑战，让学生直观地感受到人工智能在交通领域的巨大潜力。再比如人脸识别技术在安全监控、支付验证等方面的广泛应用，智能客服机器人在提升服务效率、改善用户体验方面的卓越表现都为学生提供了丰富的应用场景，加深学生对人工智能技术的认识和理解。知识讲授中教师应注重与学生的互动问答，以提问、讨论等方式引导学生主动思考，提出自己的见解和疑问，如介绍完人工智能在医疗领域的应用后，教师可提问：“你认为人工智能在医疗领域最大的优势是什么？它可能带来哪些挑战？”以问题引导反思，检验学生学习效果，激发学生探索欲和批判性思维，为后续教学活动的开展打下良好的基础。

2.活动设计

教授完新知后，教师可组织学生进行具体的探究活动——“调查并分析人工智能在某一领域（如医疗、教育、交通等）的应用现状和未来发展趋势”。这一教学活动旨在引导学生将所学知识应用于实际问题解决中，培养学生实践能力和团队协作能力。为了确保活动的顺利进行，教师可要求学生分组进行，每组选择一个感兴趣的领域进行深入探究，既保证每个学生都能参与到探究活动中来，又能发挥他们的特长和优势，形成互补效应。活动过程中，教师需为学生提供必要的指导方法和资源支持，如可以介绍一些权威的学术网站、研究报告和期刊论文，帮助学生快速定位到相关信息，也可分享一些优秀的探究案例和研究成果，为学生提供参考和借鉴，且探究中教师还应鼓励学生自主研究、独立思考，通过查阅资料、数据分析、专家访谈等方式获取第一手资料，形成自己的观点和见解。

（三）自主探究与合作交流

在该阶段，学生将围绕“人工智能技术在交通领域中的应用”这一主题，以独立或小组形式进行深入的研究，目的是培养学生的问题解决能力、信息检索与分析技能，以及批判性思维。

步骤一：明确研究目标与问题。学生需明确研究目标，如探讨人工智能如何改善交通拥堵、提高交通安全、优化公共交通系统或推动自动驾驶技术的发展等，并基于研究目标设定具体的研究问题，如：

“人工智能算法如何预测并缓解城市交通拥堵？”

“自动驾驶车辆的安全性能如何评估与保障？”

步骤二：文献综述与资料收集。学生可利用图书馆资源、学术数据库、行业报告及互联网等渠道，广泛收集关于人工智能在交通领域应用的文献资料，包括但不限于学术论文、技术白皮书、政策文件、新闻报道、案例分析等，仔细阅读和分析这些资料，了解当前的研究进展、技术实现方式、应用效果及面临的挑战。

步骤三：数据分析与案例研究。针对收集到的数据，学生需系统整理和分析，其间可设计如表1所示的内容来呈现关键信息，用于展示不同城市或国家的人工智能交通项目、采用的技术、实施效果及存在的问题。此外，学生还可选取具体案例进行深入剖析，如某城市的智能交通管理系统如何通过实时数据分析调整信号灯配有效缓解早晚高峰的拥堵问题，或某自动驾驶公司如何通过不断的算法优化和算力提升，提升自动驾驶车辆的安全性和可靠性，让学生深入体会人工智能三要素“数据、算法和算力”的重要作用。

步骤四：形成初步结论与观点。基于上述分析，学生需要形成自己对于人工智能在交通领域应用现状的初步结论，并提出自己的观点和建议，如人工智能技术在提高交通效率、保障交通安全方面具有巨大潜力，但同时也需要关注数据隐私保护、法规适应性等问题。

（四）成果展示与总结反思

在“人工智能技术在交通领域中的应用”探究项目接近尾声时，教师可带领学生举办一场精彩的成果展示会，要求各小组精心准备展示材料，通过PPT、视频、实物模型等多种形式，生动展现各自组的研究成果：

有的小组详细介绍了智能交通信号系统如何根据实时交通流量调整信号灯配，有效缓解交通拥堵；有的小组则展示了自动驾驶技术的最新进展，包括车辆感知、决策与控制等关键技术；还有的小组聚焦车辆调度优化，提出了创新的解决方案。

上述不同小组展示过程中，小组代表自信满满且讲解清晰，充分展现其对人工智能技术的深刻理解和独到见解，并通过成果展示为学生创造了展示自我、分享成果的机会，借以促进班级内部的知识交流与思想碰撞。随着成果展示的圆满结束，教师需引导学生进入总结反思阶段，回顾整个探究项目的实施过程，肯定学生在自主探究和合作交流中所付出的努力和取得的成果，客观地指出项目执行过程中存在的问题和不足，如部分学生对人工智能技术的理解还不够深入、数据分析能力有待提高等，并针对问题提出改进措施和建议，鼓励高中生在今后的人工智能学习中继续加强相关知识和实践能力的提升，最终为个人的长远发展奠定基础。

五、结语

综上所述，在高中人工智能教学中，积极将探究式教学方法引进课堂，设计教学案例与实践，不仅使得高中生在“人工智能技术在交通领域中的应用”这一探究式教学项目下深化对人工智能技术的理解，还显著激发其创新思维与实践能力。此外，学生在自主探究与合作交流中，也展现出浓厚的学习兴趣和解决问题的能力，进一步验证了探究式教学方法在高中人工智能教育中的有效性，为培养未来科技创新人才提供了宝贵经验。展望未来，高中教师应继续去优化和完善探究式教学内容与方法，以此更全面地推动人工智能教育向更高水平发展。

参考文献

[1]朱新麒.生成式人工智能在高中信息技术教学中的应用探究[J].中国信息技术教育，2024（06）：41-44.

[2]耿枫，尚防亚.“互联网+教育”背景下高中机器人教学模式探究[J].中国新通信，2022，24（17）：227-229.

[3]罗敬芬.“以赛促学、以赛促教”——基于项目化学习的高中人工智能创新教学模式实践探究[J].信息技术时代，2023（02）：167-169.

[4]陈胜贤.生成式人工智能在高中地理个性化教学中的运用[J].中学地理教学参考，2024（05）：16-21.

[5]陈丁雷.高中人工智能项目活动设计——以Micro：bit开源硬件教学为例[J].中小学信息技术教育，2022（12）：55-56.

[6]魏鹏飞.由表及里，初识人工智能——高中人工智能项目制作教学策略[J].发明与创新·高中生，2022（09）：38-41.

[7]叶大盛.试误法在高中人工智能模型训练教学中的应用[J].教育与装备研究，2023，39（02）：60-63.

作者单位：黄桂琳，深圳市宝安区教育科学研究院；张膺钛，深圳中学

责任编辑：王颖振、杨惠娟