用好数字化学习平台这一利器

摘  要：学习人工智能知识，数字化学习平台是一种利器。教学《让智能机器人能走会说》一课时，带领学生基于数字化学习平台的半开放性，学习人工智能相关知识，通过平台提供的设备探究完成人工智能的特定任务，在此过程中发展数字化学习与创新素养。教学中，还采用多维评价模式评价学生的数字化素养水平。

关键词：初中信息科技；人工智能；数字化学习与创新素养；《让智能机器人能走会说》

本文系2022年度安徽省教育信息技术研究课题“基于人工智能课程发展初中生数字化学习与创新素养的实践研究”（编号：AH2022034）的阶段性研究成果。

人工智能是被纳入国家发展战略规划中的新兴技术。2022年，教育部发布《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，“人工智能”正式成为初中信息科技的课程内容。人工智能课程内容如何实施？数字化学习平台是一种利器。教学《让智能机器人能走会说》一课时，带领学生基于数字化学习平台的半开放性，学习人工智能相关知识，通过平台提供的设备探究完成人工智能的特定任务，在此过程中发展数字化学习与创新素养。

一、 教学背景

我们使用的数字化学习平台，由程序设计平台、人工智能功能处理主机和应用功能执行套件组成，通过编程平板对科大讯飞未来派AI智能教具进行编程，搭建能实现人工智能功能的机器人。人工智能知识涉及基础知识和设备知识。基础知识的学习通过学习教材实现，主要包括人工智能的应用场景、人工智能语音识别技术、人工智能图像识别技术、人工智能翻译技术、人工智能伦理等。这部分知识主要在课堂上完成。设备知识是指，将了解的基础知识借助设备实现，主要包括设备平台的组成、模块的作用、各模块之间的通信、主机编程、传感器识别、结构的搭建等。这部分知识的学习主要在搭建的人工智能实验室完成。

二、 教学过程

本次教学的基本流程包括：明确任务、师生共研、搭建编程、效果评价。明确任务：教师通过创设情境明确学习任务。师生共研：回顾人工智能基础知识和设备知识，如电机、循线、语音识别与合成技术、图像识别与分类技术，为后面的编程与搭建做铺垫。搭建编程：师生共同分析实现功能的结构，进行任务编程，不断交流各自的思路，用程序驱动构件实现任务，并共同讨论形成最佳方案。效果评价：在规定的场地上或搭建的数字化环境中，检验学生任务完成的实际效果，通过任务完成度、时间指标、结构的创意性等指标评价学生的学习成果。

（一） 明确任务

教师分析终点任务：智能机器人后端完全进入终点区域且保持静止，再正确语音播报“成功抵达终点”视为成功，详细解释“后端”“完全进入”的意思，并举例演示，明确展开操作方式和可能用到的人工智能技术。教师通过讲解各环节的任务要求（如图1），激发学生对相关要求的思考。

学生学习并实践任务要求，用机器人演示正确抵达终点的状态，请教师判断是否符合要求。

明确任务环节，教师充分分析任务要求和评价的标准，并分解任务。教师首先通过创设情境激发学生学习人工智能的积极性和兴趣，情境的设计除了应与人工智能知识及教学任务紧密联系，还应考虑比赛场景，让学生对人工智能技术及使用场景有融合的体验，逐步挖掘场景下可利用人工智能技术完善的细节。人工智能知识的数字化学习中，要基于生活情境，引入现实问题，引发学生思考用人工智能技术解决现实问题，激发学生的应用意识。课堂上，教师引导学生通过合作探究尝试解决现实或模拟现实情境中的问题，主动建构现实与人工智能模型之间的关系。

（二） 师生共研

教师提出智能机器人运行要解决的问题，如：机器人转弯，要用到什么组件？机器人编码电机的通信使用几号端口？转动速度分为几个等级？有哪些固定的动作？编码电机的调用需要用什么编程功能来实现？循线速度有几个挡位？除了循线方法，还可以用设置距离的方法实现吗？播报语音，用到人工智能的什么功能？编程如何实现？

学生思考教师提出的问题，然后跟随教师的指导在机器人设备上尝试人工智能机器人的使用，如用运动功能控制编码电机（如下页图2所示）、用循线功能进行循线（如下页图3所示），尝试用设定距离的方法让机器人前进、后退、拐弯，使用“AI技能”中的“语音合成”功能将一段文字转化成语音（如下图4所示），等等。

本环节，教师设置合理的挑战性问题，通过任务驱动，让学生小组自主讨论、主动探究去解决这些问题。学生通过在数字化设备上自主尝试、探究，学习用编程去实现特定的功能，培养数字化学习的能力，发展用人工智能的思维去解决问题的意识，提升数字化素养。

（三） 搭建编程

教师展示若干图片，分析任务完成要具有的外在拼装结构，如循线、抓取、图像识别、语音播报需要的外在结构，如何编程驱动硬件完成动作，如何调试程序等。教师可采用让学生讲思路和讲编码的方式呈现他们的学习过程。教师把学生优秀的程序设计思路用流程图的形式记录下来（下页图5即为一位学生的设计思路流程图）。教师讲解完成任务的评价标准，包括稳定性标准、时间性标准和逻辑性标准。

学生理解教师讲解的编程实例，然后进

行结构的搭建和编程。期间，可以让组内学生说出各自的实现思路，培养学生的合作能力。学生反复调整结构和程序，实现评价标准的最优解。

本环节为数字化学习的核心。学生运用所学人工智能技术在数字化学习平台和设备上分析与解决不同情境下的问题，完成对人工智能知识的数字化迁移。学生在完成教师布置的任务的基础上，向现实生活延伸，将所学人工智能知识发散，应用人工智能思维解决生活中类似的场景问题，实现数字化创新素养的发展。

（四） 效果评价

教师出示如下页表1所示的任务评价标准，并组织学生分组展示作品。

学生首先了解与掌握评价的标准，对照标准再次完善小组的作品。然后，按组进行展示，汇报搭建和编程的思路及作品的难点、创新点。最后，组间相互学习，并再次完善任务作品。

效果评价是检验课堂学习成果和学生数字化学习能力的重要方式，也体现了学生的数字化创新能力。人工智能知识学习的评价采用生成性评价和过程性评价相结合的方式，既评价任务作品本身也评价学习的过程，既肯定学生的奇思妙想也肯定学生数字化的学习过程。教师在评价的过程中需要重视学生数字化学习的态度、分析与解决问题的能力，充分肯定学生的努力。人工智能知识教学中任务的解决方式不是唯一的，对任务评价要多元化，不去苛求学生作品尽善尽美，而要充分尊重学生的想法，肯定学生的思考，最终作品也是在师生共同总结、交流之后完善得到的作品。教

师也应注意将评价贯穿于数字化学习的全流程和各个环节中。

三、 教学思考

（一） 基于数字化学习平台发展学生数字化学习与创新素养

数字化学习与创新素养是义务教育信息科技课程要培养的核心素养之一，是指个体在日常学习和生活中通过选用合适的数字设备、平台和资源，有效地管理学习过程与学习资源，开展探究性学习，创造性地解决问题。［1］

本课，通过数字化学习平台这一利器开展教学。学生在数字化的环境中，用数字化的方式开展人工智能知识的学习，通过搭建、编程、调试、完成任务、创意设计，发展数字化学习与创新素养。基于数字化学习平台，学生系统地学习了人工智能相关知识，搭建相关硬件、编写程序来完成特定的任务，并从生活中引进场景进行分析与基本功能实现。通过这些拓展任务，引导学生在生活情境中应用人工智能技术，拓展对人工智能概念、方式方法识的理解。学生在探索过程中不断地面对新问题、解决新问题，不断地对方案进行优化和改进，完成数字化创新和实践，发展数字化学习与创新素养。

（二） 采用多维评价模式评价学生的数字化素养水平

此外，本课还采用生成性评价和过程性评价相结合的方式，对学生的数字化素养水平进行评价。生成性评价对任务的达成效果进行评价，评价按项目的标准进行，主要评价任务的达成度。过程性评价是对学生数字化学习与创新素养的评价，通过对每次的自评、互评、师评分析得出，主要评价学生能否使用数字化资源和数字化学习平台开展学习，能否用数字化思维去解决生活中的问题，能否创意设计人工智能产品。

限于设备的容量，学校只在部分年级（八年级）设置了人工智能知识的学习。因此，尽快将人工智能知识的学习融入其他年级的信息科技课程中是下一步要进行的工作。而数字化学习与创新素养的培养是一个持续不间断的过程，单单依靠校园内的学习是远远不够的，还需要建立基于互联网的人工智能教学平台，并广泛建立实验物联网平台。［2］这也是我们下一步将要开展的研究内容。我们也希望看到更多方便、好用的数字化学习平台涌现，让人工智能更鲜活地走入中学、走入小学、走入社区，在系统化的日常教学中培养国家发展需要的拔尖创新人才。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：5.

［2］ 李春萌.面向数字化学习与创新素养培养的任务驱动教学优化研究——基于小组游戏竞赛策略［D］.广州：广州大学，2023：96.