基于Python的人工智能校本課程的構(gòu)建與實施

王益紅

人工智能課程要想真正在校園里落地生根，就要有相應的項目和課程。人工智能重在實現(xiàn)機器智能，實現(xiàn)的主要方式是機器學習，因為Python具有簡潔、快速的特點，且擁有強大的人工智能算法庫，所以將機器學習方法融入Python課程的教學中尤為重要。2018年上半年，筆者所在信息技術(shù)教研組嘗試開展人工智能課程，開發(fā)了主題為“基于Python的人工智能”的校本課程和學習資源，成為學校博約課程群中的一顆新星。

本文人工智能校本課程的構(gòu)建

1.課程定位

筆者所在學校從2013年開始建構(gòu)博約課程，其基本結(jié)構(gòu)可概括為“一體同心，二級聯(lián)動，五類融合”?！耙惑w”是指學校課程系統(tǒng)，“同心”是指以培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)為中心;“二級聯(lián)動”是指基礎性課程與拓展性課程共同實施的聯(lián)動;“五類融合”是指“博文、博言、博雅、博智和博采”這五大課程體系相互融合，構(gòu)成了一個以培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)為中心的完整的課程結(jié)構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)。人工智能校本課程是為了激發(fā)學生的科體藝特長而開設，歸屬于拓展性課程（如圖1）。

2.課程目標

人工智能校本課程的教學目標是通過PBL的學習方式使學生形成初步的綜合思維能力，促進心智發(fā)展，提高綜合科學素養(yǎng)，對人工智能的發(fā)展有一個全新的認知?！盎赑ython的人工智能”作為一門校本課程，是對基礎課的有效補充和拓展，旨在為學生在基礎課堂之外搭建一個舞臺，使學生可以盡情地學習關于人工智能的科學知識，在此過程中提升綜合素養(yǎng)，開闊視野，增強自信，激發(fā)潛能，培養(yǎng)合作精神。

3.課程內(nèi)容

人工智能校本課程的學習分為三個階段：AI感知與體驗、AI認知與實踐、AI研究與創(chuàng)新（如圖2）。通過三個階段的遞進式學習，使學生了解人工智能的概念，熟悉并掌握各種常見傳感器的使用方法和Python語法，并能將人工智能應用于生活和實踐。

4.課程評價

本課程主要以過程性評價為主，記錄學生的學習態(tài)度。評價采用自評和他評相結(jié)合的辦法，具體細化為以下兩方面：

（1）過程性評價。校本課程活動中的過程性評價主要是以自評和互評的方式進行，從學習態(tài)度和知識技能兩個方面進行評價。學習態(tài)度以上課專注、積極參與、小組合作、成果展示為評價標準;技術(shù)能力從基礎語法、硬件控制、核心語法、項目設計、問題解決能力五個方面進行評價。通過這樣的評價，教師能夠及時了解學生在學習過程中出現(xiàn)的問題，并及時采取相應的解決策略。

（2）獎勵性評價。課程的獎勵性評價主要是為激勵學生參加教育部認可的各類青少年創(chuàng)新、創(chuàng)客大賽而設定，由專門評委組共同按照評分標準進行打分。

本文人工智能校本課程的實施

“基于Python的人工智能”校本課程的實施包括三個方面：第一個方面是開源硬件的學習，以確定基礎硬件控制小主題的方式對傳感器、LED燈、電機進行學習;第二個方面是在學習硬件的過程中，貫穿Python編程的基礎語法，具體包括變量與函數(shù)、數(shù)學運算與邏輯運算、流程控制語句、面向?qū)ο蟮群诵木幊趟枷?第三個方面是人工智能項目的PBL學習，通過預先確定的項目來引導學生參與項目的研究。

本課程的授課對象是七、八年級約20位對學習人工智能技術(shù)有興趣的學生，活動時間為每周五下午2：50-3：50，在學校創(chuàng)客夢工廠開展。

1.確定學習主題

一提到“程序”，學生可能馬上會想到“枯燥乏味”一詞，所以如何吸引學生的興趣，主題的選擇是關鍵。筆者所在教研組摒棄了編程語言的傳統(tǒng)學習方法，開發(fā)了幾個形式活潑、內(nèi)容豐富的題材，吸引了學生的關注，調(diào)動了學生參與的積極性。

2.編寫校本教材

在主題確定之后，按照事先設計好的三個階段的課程內(nèi)容，編寫了四個單元的教學內(nèi)容（如下頁表）。

3.制作教學課件

在教學活動中，利用多媒體課件可以幫助教師有序地組織教學活動，更加清晰直觀地呈現(xiàn)知識內(nèi)容和任務要求等，促進學生更好地學習，因此，教研組為每一課制作了課件。

4.開發(fā)助學資料

為了幫助學生更好地理解教材，掌握關鍵知識點及操作要領，教研組開發(fā)了一系列助學資料供學生使用，包括學習手冊和微課程。

5.“三自四學”教學模式

“自助·自主·自治”+“獨學·助學·群學·研學”這種“三自四學”的教學模式（如圖3）是筆者所在教研組在教學實踐中逐步建構(gòu)起來的，在實際教學中，還應根據(jù)不同的內(nèi)容與課型靈活運用，力求達到最佳效果。

（1）獨學，即多維導學、學情調(diào)研。在60分鐘的課堂教學中，前20分鐘的獨學環(huán)節(jié)尤為重要。學生按照教材的指導逐步完成制作過程，將不能解決的問題記在筆記本上。在學生學習過程中，教師進行巡視，將學生操作過程中出現(xiàn)的問題做好記錄，并對小組成員的學習表現(xiàn)進行打分。

（2）助學，即小組展示、答疑分工。在助學環(huán)節(jié)中，由小組長統(tǒng)籌安排，在15分鐘時間內(nèi)，針對獨學環(huán)節(jié)中未能解決的問題進行生生互教。對于不能解決的問題，小組長做好記錄，以便在接下來的群學環(huán)節(jié)進行提問。在學生學習過程中，教師巡回指導，適時進行點撥和講解，并對問題的記錄、小組任務分配和小組成員學習表現(xiàn)打分。

（3）群學，即班級展示、引導點撥。在15分鐘的群學環(huán)節(jié)中，小組根據(jù)教師分配好的任務，選定代表上臺面向全班進行展示。教師根據(jù)學生的展示情況進行小組打分。在各個小組展示完畢后，進入同組補充、他組點評和教師點評環(huán)節(jié)。

（4）研學，即拓展提升、梳理驗收。在10分鐘的研學環(huán)節(jié)中，教師可以根據(jù)實際情況做課堂總結(jié)，拓展提升等。

6.總結(jié)反思

通過總結(jié)，發(fā)現(xiàn)并解決問題，促進本課程更完善地發(fā)展，更重要的是促進學生綜合能力的發(fā)展。

本文反思感悟

在人工智能校本課程的構(gòu)建與實施的過程中，筆者深深感受到課堂教學不再停留在單純的知識傳授和技能學習上，而是更關注學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和綜合實踐能力的發(fā)展，課堂也逐步煥發(fā)出應有的生命力。當然，筆者也清醒地認識到，單獨一門人工智能課程帶給學生的影響是有限的，人工智能教育要想真正在校園里生根發(fā)芽，需要一系列的課程來實現(xiàn)，這無疑需要各學科教師合作開發(fā)跨學科融合的綜合性課程，這也是后續(xù)進一步思考與努力的方向。