高中信息技术教材研用主线设计探究

摘要：本文探讨了高中信息技术教材在使用过程中的主线设计，提出要结合学生需求、真实情境和科技发展现状，设计项目范例和教学环节主线，并以《剖析领域知识智能问答机器人》一课为例，设计了“识、明、智、审”的教学流程，旨在增强学生对智能问答系统的理解和应用能力。

关键词：高中信息技术；教材研用；教学主线；智能问答系统

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）15-0068-03

研读教材的主要目的是帮助教师构建完整的学科逻辑体系，从而深入理解不同模块、单元内容的教学目标，把握教学的重点和难点，确保教学内容的系统性、科学性和准确性。而高中信息技术教师在应用教材开展教学时，常会出现“过分拘泥于教材”“完全脱离教材”等问题。笔者根据教学实践提出，在“使用”教材时，教师不仅要考虑学生的实际学情和需求，还要结合科技发展的现状，选择科学的教学方法和策略优化教学内容及实施路径，进而更好地激发学生的学习兴趣，提高教学效率。下面，笔者以“主线创建”为视角，以《剖析领域知识智能问答机器人》一课为例，探讨高中信息技术教材研用的做法与收获。

问计于生，设计真实情境的项目范例主线

本课例出自粤教版高中信息技术必修一《数据与计算》“6.1.2剖析领域知识智能问答机器人”。教材以“剖析空调企业智能客服机器人”作为项目范例，引导学生体验人工智能典型应用，并通过剖析，了解智能信息处理的巨大进步和应用潜力，认识人工智能在信息社会中的重要作用。在实际教学中，笔者发现学生对“客服”机器人的情境认同感和兴趣并不高。如何更好地激发学生学习兴趣，设计符合学生认知水平和真实情境的项目范例呢？

笔者采用了“问计于生”的方式，即在前期通过问卷调查和访谈的形式，收集学生最感兴趣的话题，并据此设计项目范例主题。在实际教学中，根据实际调查结果，笔者将教材中原来的“企业智能客服机器人”调整为学生提出的“智能学习助手”，这样不仅能提升更多学生的体验兴趣，还可以在此基础上引导学生结合其不同的爱好与需求将“领域”进行聚焦重构。此外，在“6.2 人工智能的应用”案例中，笔者仍以智能教育为重点，延续AI在学习领域的剖析，让本章的探究与学习有统一的项目主线，从而将问答系统的基本结构、认识人工智能、人工智能的应用等单元知识内容进行有序串联，让项目范例更具示范性和实效性。

跨学科融合，设计能启发思考和引导实践的探究问题

要想提高学生项目探究的积极性和实效性，还要辅以具体的探究问题。例如，“智能学习助手”仍然是一个比较“泛”的概念，在实际教学中，学生的起点和兴趣不同，教师要找到一个深浅适度的探究问题，让学生都感兴趣，并适合用AI问答系统提问和分析。在此过程中，笔者尝试跨学科融合，结合语文、英语、历史等学科具体问题，引导学生使用AI问答系统去提问。通过不断尝试，笔者最终设计了“我国秦朝以来历朝都城变迁有何规律”这一探究问题，激发了学生兴趣。同时，AI系统的回答也具备多样性，比较适合进行对比分析。

目标导向，设计张弛有度的教学环节主线

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》的具体要求和教材的内容在落实到每节课时，有着不同的教学目标与实施重点。例如，在设计“剖析领域知识智能问答机器人”项目时，笔者将目标聚焦于帮助学生了解并体验智能问答系统，剖析其工作原理，明白智能问答系统如何通过数据（知识库）和算法（相似度计算）等实现对自然语言问题的处理，从而理解问答系统的基本模块及其作用。同时，在内容上，本节课的知识密度较高，因此，如何根据知识点的重要性、难度，设计一条清晰的课堂教学主线，保障目标在探究实施活动中逐步达成，成为本课面临的一大难点。笔者的做法是以目标为导向，设计张弛有度的教学环节主线，即将重点放在数据和算法上：数据以知识库的内容体现；算法则主要结合教材中的Jaccard相似度系数算法。在教学环节的设计上，设计了体验AI应用、剖析相关算法、了解工作过程、理解AI问答系统等环节，最终提炼出“识、明、智、审”作为教学环节的主线，分别对应四个教学环节，通过教学环节的不同时间分配，让课堂的探究活动有清晰的线索，最终解决两个重难点问题，落实教学目标。

基于教材，开展教学

1.识—问题导入、体验分析

情境导入：高中生小涵想构建一个历史知识问答机器人CHAI博士，请帮小涵剖析如何让CHAI博士实现历史知识的人机问答？

活动一：认识智能问答系统。

①人机共答问题：“我国秦朝以来历朝都城变迁有何规律？”（这也是测试“CHAI博士”问答能力的问题）

②学生思考：AI能回答这类开放性的问题吗？

③教师演示。

④学生体验：打开“CHAI博士.py”程序→运行程序→开展人机问答→分析AI的回答，思考它需要具有哪些知识才能回答此类问题。

⑤师生分析：对比人的思维过程，分析CHAI博士从接收问题到给出答案之间可能的“思维过程”：获取问题→提取问题关键信息→搜寻知识库→分析数据寻找规律→做出回答。

2.明—知识为基、原理剖析

活动二：剖析智能问答系统—剖析CHAI博士的知识库及其重要性。

①教师展示，学生观察：提供“CHAI博士的知识库.txt”资料，查看已有知识。

②教师演示，学生实验：运行“CHAI博士问答机器人一代.py”程序，提问知识库中已有的问题、没有的问题及测试问题，分析“CHAI博士问答机器人一代.py”回答问题的“水平”、原理、不够智能的表现。（结论：CHAI博士一代只能回答与知识库中一模一样的问题）

③学生思考并回答：根据CHAI博士现在的知识库内容，它可以将测试问题回答到哪种程度？（结论：能部分回答“我国秦朝以来历朝都城”，但是缺少各都城详细的数据与知识，无法总结变迁规律）

④教师讲授新知：介绍专家文档库相关知识，提供可以构建历史领域知识的专家文档库，从而让CHAI博士具备历史知识问答的知识基础。

3.智—算法优化、智能问答

活动三：剖析如何优化算法，让CHAI博士更“智能”。

①启发思考：如何让CHAI博士可以寻找相似的问题进行解答，或找到相关问题用于学习分析？

②引出算法：学生阅读教材，了解Jaccard算法。

③新知讲授：相似度系数的作用；用Jaccard算法计算相似度系数的方法。

④教师演示，学生实验：打开“CHAI博士的知识库.txt”，找一个库存问题（如“汉朝的首都是哪儿？”，记为QN），并记住它的答案→打开“分词并计算相似度.py”程序，用程序计算QN及其相似问句（如“汉朝的首都？”，记为QA）的Jaccard相似度系数→运行“CHAI博士问答机器人二代.py”程序，修改判断用户提问QA和库存问题QN是否相似的判断条件，运行并观察程序是否会输出相似问题的答案，分析如何结合相似度系数让比对条件设置得更合理。（例如，if jac≥0.5就是程序中设定的判断语句，jac变量值就是实际计算得到的QA和QN的Jaccard相似度系数）

结合问题，理解新知：结合活动三中发现的问题（如即使找到相似问题进行回答，也依然存在不筛选所有符合条件的候选问句等不足），进一步思考还可以怎样让问答系统更智能，加深对相似度计算、答案抽取、问题理解等模块和问答系统结构的理解（如下图）。

4.审—勤疑善问、合理使用

活动四：思考如何合理使用智能问答系统。

利用问答案例，启发学生思考：通过对CHAI博士几个程序在本节课中的回复分析，提醒学生对智能问答的结果要在知识、数据、算法、程序等方面进行验证，合理使用，保持独立的思考和辨析，即勤疑善问、合理使用。

反思

一是要明确教学理念，融入更多信息社会责任思辨环节。相比教学生体验和使用各种AI，让学生学会学习、学会审辨式思考，并培养其探究意识和探究能力更为重要。

二是要与时俱进，选用或搭建适合的数字化工具。

该课例需要体验和分析智能问答系统，在实际教学中，由于各AI平台都需要验证登录，笔者没有直接使用AI平台，而是借助模型调用，结合本课内容重点编写便于调用和体验的智能问答程序。这体现了信息技术学科与时俱进的时代特征，也体现了提升数字化学习与创新能力的学科价值。

三是要根据目标，合理设计教学支架和教学环节。由于课堂条件有限，学生不一定有足够的时间从头到尾完整编写程序，因此，如何合理设计教学支架和环节显得尤为重要。在本课例中，将四个知识点均衡分配时间显然是不合理的，所以，为了让学生在实验中感受到数据与算法的重要性，笔者提供了不同版本的简易AI程序作为学习支架，这既可以为后续让学生完善程序开展探究做铺垫，也能够满足教材中对于智能问答系统的要求。

参考文献：

胡长权.新课程背景下的信息技术新教材初探[J].中国教育信息化，2010（22）：31-32.