项目式学习方案设计小侦探寻宝记——“人工智能模式识别”

小侦探寻宝记——“人工智能模式识别”项目式学习方案设计

作者：苏秋实、刘圆/天津师范大学

方案设计背景

2017年，国务院正式出台了《新一代人工智能发展规划》，人工智能技术受到越来越多的重视与关注，我们也将目光聚焦于青少年人工智能核心素养的培育。但由于人工智能学科的特殊性，中小学生的学习过程中存在学习动机不足和学习材料简单2个方面的问题。

兴趣和好奇心是内部动机最为核心的部分，是培养和激发学生内部学习动机的基础。因此，在学习项目中设置趣味情境，利用有趣的项目任务可驱动学生进行持续的学习。此外，如果学生只会死磕书本，则学习效率难以提高，倘若在项目中理论联系实际，选取形式多样的学习资源，如图片、图表、视频和图形化编程等，可促进学生把新学的信息同已有的知识相关联，从而达到事半功倍的效果。

“小侦探寻宝记——人工智能模式识别”基于科技创新项目式学习方案，展开了一系列关于“模式识别”知识模块的课程，旨在培养学生对人工智能的理解和应用能力，提高学生科学素养，鼓励学生积极探索、发散思维。

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方案设计规划

基础建设

首先向学生讲述人工智能的基本概念，由于概念内容对授课对象过于抽象，可能会出现学生难以理解的情况，应配合更符合学生认知水平的动画视频媒体进行科普讲授，并通过图文结合的方式列举生活中触手可及的案例（如天猫精灵、快递配送机器人等），让学生初步掌握人工智能的定义与应用。

创设情景

由于授课对象为小学、初中年级的学生，因此设计了生动有趣的学习情景：想要获得宝藏者，需通过以“人工智能模式识别”为主题的3道关卡，推开那扇通往宝藏的门。开启你的通关之旅吧！利用寻宝图书开展冒险的情景可吸引学生积极体验，激发其内部学习动机，使其自发地根据项目所提供的寻宝线索进行游戏式学习。

任务驱动

以建构主义教学理论为基础，分别在3个关卡中设置对应的任务单元。如在文字识别中，学生需根据寻宝图书中的密码进行文字识别，获得四字密码的拼音才能进入下一关。将富有趣味性的任务与教学内容紧密结合，增强学生的代入感和参与感。

内容设计

利用丰富的教学媒体，并根据具体内容采用不同的讲授方式。如语音识别模块主要利用虚拟演播室技术制作讲授视频（图1），让教师走入虚拟课堂，这样即使课程学习在网络上进行，依旧能够保证教师与知识、教师与学生间的互动性；人脸识别模块主要运用课件演示方式讲授知识点，以防学生在学习过程中感到枯燥乏味，保持其新鲜感和投入度。

鉴于学生水平参差不齐，本项目采用因材施教的教学策略。对于普通学生，通过大量有代表性的实际案例，将生涩难懂的知识具体化，激发学生学习兴趣，树立学习信心。对于能力较强的学生，提供“慧编程”平台的图形化编程学习，进行编程实践——制作文字识别小工具（图2）。根据学生的认知程度、学习能力及自身素质，有针对性地提供学习资源，尊重学生的个性化差异。

图 1 虚拟演播室技术制作的视频

图2 制作文字识别小工具

学习反馈

在内容框架设计完成后，针对重点难点设置问答题、表格题及讨论题等测试题目。比如在讲述人工智能概念和应用后，让学生发散思维，列举出身边的人工智能小例子，目的是检验学生人工智能核心素养的形成情况。同时可以根据学生所提供的数据改善项目，为后续教学活动提供指导。

评价量表

对学生在项目学习过程中的表现进行评价，采用量表方式对作品进行评价。为保证学习质量，项目测试中学习时间和各个模式的识别原理部分测试题的权重设定较大。也就是说，基础知识的占比较大，而“慧编程”等较高水平的学习内容占比较小，不会影响学生的总体评价。

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方案设计特点

与传统教学模式更注重知识本身的传授不同，本方案为人工智能学科的学习提供了更适应时代的学习方式（图3）。中小学生天性好动，通过亲手操作和实践，让人工智能学习不再枯燥。设置让学生对图片中的文字进行识别，得到相应拼音的环节，让学生参与人机对话，体验语音识别的过程。本项目贯彻因材施教理念，按照学生的心理特点和能力水平开展了梯度不同的自主探究活动，实现玩中学，培养了学生自主探究学习的习惯。

图 3 方案设计特点

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方案前景

本方案具有辅助学生学习人工智能科学知识的基础作用，可以培养学生运用科学知识解决生活中实际问题的能力，能使学生深刻理解科学技术与人类文明的关联。

原文刊载于《中国科技教育》2022年5期新技能栏目，作者：苏秋实、刘圆/天津师范大学。中国青少年科技辅导员协会会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。