項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在小學(xué)人工智能課程中的設(shè)計(jì)與實(shí)踐當(dāng)今時代，人工智能已成為推動社會發(fā)展的重要力量。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中，邏輯主線和內(nèi)容模塊兩個維度都有與人工智能顯性相關(guān)的內(nèi)容和要求。將人工智能教育融入中小學(xué)教育，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，還能激發(fā)學(xué)生對未來科技的興趣與探索欲。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)作為一種以學(xué)生為主體、以項(xiàng)目為載體、以任務(wù)為驅(qū)動、以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式，它強(qiáng)調(diào)通過真實(shí)世界的問題或任務(wù)來驅(qū)動學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中構(gòu)建自己的知識體系。小學(xué)階段的人工智能教育不能僅限于理論知識，而應(yīng)讓學(xué)生通過實(shí)踐體驗(yàn)來獲得對人工智能的真實(shí)感受和認(rèn)識，從而在實(shí)踐中激發(fā)他們的創(chuàng)新思維。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)將實(shí)踐與研究內(nèi)容整合到學(xué)習(xí)過程中的核心理念，完美地滿足了這一需求。一、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在小學(xué)人工智能教育活動課程中的實(shí)踐策略1.確立項(xiàng)目目標(biāo)，規(guī)劃學(xué)習(xí)任務(wù)在設(shè)計(jì)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)內(nèi)容之前，教師必須首先基于學(xué)校的實(shí)際情況和學(xué)生的具體需求，明確項(xiàng)目的具體目標(biāo)。小學(xué)人工智能項(xiàng)目的目標(biāo)應(yīng)遵循信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，明確人工智能教育的價值在于素養(yǎng)和能力的培養(yǎng)，而不僅僅是編程技能。鑒于人工智能教育貫穿于整個義務(wù)教育階段，并以邏輯主線的形式出現(xiàn)在各個內(nèi)容模塊中，因此需要結(jié)合各模塊的內(nèi)容要求和素養(yǎng)表現(xiàn)進(jìn)行深入分析。人工智能教育的知識內(nèi)容應(yīng)整合數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全等學(xué)科的邏輯主線內(nèi)容，內(nèi)容安排應(yīng)遵循“應(yīng)用系統(tǒng)體驗(yàn)—機(jī)器計(jì)算與人工計(jì)算的異同—倫理與安全挑戰(zhàn)”的順序，以體現(xiàn)循序漸進(jìn)式的發(fā)展。2.構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體，促進(jìn)合作學(xué)習(xí)在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的過程中，教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體。學(xué)生4~6人組成一個小組，以團(tuán)隊(duì)合作的形式，每位學(xué)生都能發(fā)揮自己的興趣、優(yōu)勢和特長，共同完成項(xiàng)目任務(wù)。這不僅促進(jìn)了學(xué)生間的交流與合作，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力，同時激發(fā)了學(xué)習(xí)人工智能的興趣和積極性。通過小組合作，學(xué)生還可以學(xué)會如何在團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)責(zé)任、如何在面對困難時共同尋找解決方案，從而增強(qiáng)他們解決問題的能力。3.實(shí)施項(xiàng)目探究，培養(yǎng)創(chuàng)新能力在項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生按照任務(wù)分工開展自主探究、動手實(shí)踐。學(xué)生通過項(xiàng)目驅(qū)動問題和項(xiàng)目活動不斷地試錯與修正，逐漸掌握人工智能的基本原理和應(yīng)用技能，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。具體項(xiàng)目化學(xué)習(xí)實(shí)施流程，如圖1所示。圖1項(xiàng)目化學(xué)習(xí)實(shí)施流程4.展示項(xiàng)目成果，進(jìn)行評價反饋在項(xiàng)目基本完成后，開展項(xiàng)目化學(xué)習(xí)評價。首先，教師組織學(xué)生對整個項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的進(jìn)展進(jìn)行梳理，并展示相關(guān)作品。接著，進(jìn)行組間互評和指導(dǎo)教師評價。最后，班級成員針對每組在項(xiàng)目化活動中的細(xì)節(jié)進(jìn)行討論，提出改進(jìn)意見或優(yōu)化建議。二、“機(jī)器學(xué)習(xí)初體驗(yàn)”案例分析1.案例背景學(xué)校通過信息科技課程和課后延時服務(wù)中的社團(tuán)課程，引入了人工智能體驗(yàn)相關(guān)課程內(nèi)容。因此，四年級學(xué)生在遇到日常生活中常見的問題時，能夠熟練地運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)字設(shè)備或平臺來尋求解決方案。如在遇到不熟悉的事物時，學(xué)生能夠利用具備拍照識圖功能的數(shù)字平臺進(jìn)行有效辨別?；谶@些體驗(yàn)，學(xué)生開始產(chǎn)生新的疑問：為什么這些搭載人工智能的數(shù)字工具能夠迅速且準(zhǔn)確地識別圖像中的內(nèi)容？這激發(fā)了他們對機(jī)器學(xué)習(xí)的興趣。機(jī)器學(xué)習(xí)，作為人工智能領(lǐng)域關(guān)鍵的研究方向之一，其應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、模式識別、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)以及數(shù)據(jù)挖掘等多個領(lǐng)域。一個系統(tǒng)是否具備學(xué)習(xí)能力，已經(jīng)成為衡量其是否具有“智能”的重要標(biāo)志。因此了解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程，對學(xué)生認(rèn)識、使用、選擇人工智能數(shù)字工具有著重要的作用。而小學(xué)生沒法通過感知器、決策樹、邏輯運(yùn)算等方式理解機(jī)器學(xué)習(xí)的原理。在以往的人工智能教學(xué)實(shí)踐中，機(jī)器學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容是作為高中信息技術(shù)選修內(nèi)容出現(xiàn)的，如何讓四年級學(xué)生理解“機(jī)器學(xué)習(xí)”是本節(jié)課項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的核心理念。結(jié)合四年級學(xué)生的特點(diǎn)，本節(jié)課項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的核心理念定位在讓學(xué)生理解機(jī)器學(xué)習(xí)就是對人類學(xué)習(xí)的模擬。2.項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施（1）項(xiàng)目化活動設(shè)計(jì)框架。新課標(biāo)指出信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實(shí)現(xiàn)?？萍?，尤其是以人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的智能信息技術(shù)，從不同層面融入生活各方面，學(xué)生對生活中的人工智能能夠熟練應(yīng)用，但對其背后的科學(xué)原理不完全了解。依據(jù)學(xué)情、學(xué)習(xí)環(huán)境及學(xué)習(xí)設(shè)備，本節(jié)課項(xiàng)目化學(xué)習(xí)選擇了人工智能最底層的技術(shù)核心——機(jī)器學(xué)習(xí)，作為本節(jié)課內(nèi)容，教師引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用知識進(jìn)行項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，通過動手實(shí)踐解決和驗(yàn)證實(shí)際問題，感悟信息科技學(xué)科方法與思想。學(xué)生結(jié)合已有的生活經(jīng)驗(yàn)，通過類比理解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程，根據(jù)項(xiàng)目活動要求，通過模型訓(xùn)練使計(jì)算機(jī)能夠識別小組成員，依據(jù)訓(xùn)練模型進(jìn)行結(jié)果推測。通過項(xiàng)目化學(xué)習(xí)實(shí)踐，學(xué)生了解到計(jì)算機(jī)通過機(jī)器學(xué)習(xí)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺，理解“數(shù)據(jù)為王”思想，體會機(jī)器學(xué)習(xí)的重要性，激發(fā)創(chuàng)新的興趣和動力。（2）項(xiàng)目化活動設(shè)計(jì)思路。新課標(biāo)要求小學(xué)階段人工智能教學(xué)以體驗(yàn)、初步感知為主要內(nèi)容。學(xué)生在體驗(yàn)、感知人工智能后，有進(jìn)一步探索的欲望：人工智能相關(guān)的技術(shù)有哪些？怎樣才能讓機(jī)器具備人工智能？本節(jié)課就是解答學(xué)生這些疑問。本節(jié)課從生活現(xiàn)象引發(fā)思考：一群人中很容易找出自己熟悉的人，是怎樣做到的？總結(jié)人思考問題的過程，人工智能技術(shù)是為了讓機(jī)器像人一樣思考，順理成章根據(jù)人思考問題過程模型類比推理機(jī)器思考的過程模型，通過圖示方式幫助學(xué)生理解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程。在理解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程后，學(xué)生利用編程軟件中的機(jī)器學(xué)習(xí)功能開展模型訓(xùn)練，通過訓(xùn)練模型讓計(jì)算機(jī)能夠辨別小組成員。學(xué)生在實(shí)踐中感受機(jī)器學(xué)習(xí)的作用，以及機(jī)器學(xué)習(xí)中“數(shù)據(jù)為王”的思想，有意識地優(yōu)化模型。機(jī)器學(xué)習(xí)除了可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺，還可以實(shí)現(xiàn)多種功能，讓學(xué)生展開科學(xué)暢想，激發(fā)創(chuàng)新思維發(fā)展。（3）項(xiàng)目化活動實(shí)施。本節(jié)課的教學(xué)實(shí)施過程按照設(shè)計(jì)框架進(jìn)行項(xiàng)目化活動設(shè)計(jì)，依據(jù)學(xué)情循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)教學(xué)活動。環(huán)節(jié)一：情景導(dǎo)入，總結(jié)人類思考問題過程。教師用真實(shí)生活場景導(dǎo)入，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，揭示課題?！拔覀兿葋碜鰝€小游戲——火眼金睛：照片里有沒有你認(rèn)識的人？你是怎么辨別出來的？我們怎樣能記住他，下次見到就認(rèn)出他來呢？”學(xué)生根據(jù)教師出示的照片，找出照片中認(rèn)識的同學(xué)。然后師生一起總結(jié)人類思考問題過程：我們在成長、生活過程中積累了很多經(jīng)驗(yàn)，通過定期地對這些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行“歸納”，獲得“特征”。當(dāng)我們遇到未知的問題或者需要對未來進(jìn)行“推測”的時候，就會使用這些“特征”，對未知問題與未來進(jìn)行“推測”，從而指導(dǎo)自己的生活和工作。環(huán)節(jié)二：機(jī)器學(xué)習(xí)不復(fù)雜。教師提問：計(jì)算機(jī)能不能像我們一樣辨別出熟悉的人？師生類比人類思考過程，推測出機(jī)器學(xué)習(xí)過程：我們獲取“經(jīng)驗(yàn)”本質(zhì)上是要獲得經(jīng)驗(yàn)蘊(yùn)含的“數(shù)據(jù)”，因此第一步我們需要給計(jì)算機(jī)以“數(shù)據(jù)”。有了數(shù)據(jù)，我們就可以將這些數(shù)據(jù)借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行處理，這個過程在機(jī)器學(xué)習(xí)中叫“訓(xùn)練”，訓(xùn)練的結(jié)果我們稱之為“模型”。有了模型，我們就可以用來預(yù)測結(jié)果，這個過程在機(jī)器學(xué)習(xí)中叫“預(yù)測”?！坝?xùn)練”產(chǎn)生“模型”，“模型”指導(dǎo)“預(yù)測”。這個過程就是機(jī)器學(xué)習(xí)的過程，即輸入數(shù)據(jù)—訓(xùn)練模型—利用模型預(yù)測。環(huán)節(jié)三：我會機(jī)器學(xué)習(xí)。教師設(shè)計(jì)訓(xùn)練模型活動?；顒右鬄椋捍蜷_慧編程，加載“機(jī)器學(xué)習(xí)”擴(kuò)展模塊；以小組為單位開展模型訓(xùn)練，通過訓(xùn)練形成能夠識別小組成員的模型；使用訓(xùn)練的模型，“說”出識別結(jié)果；將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄到實(shí)驗(yàn)單上。學(xué)生根據(jù)活動要求，開展小組活動，訓(xùn)練模型，讓計(jì)算機(jī)識別小組成員，完成后小組匯報活動成果。環(huán)節(jié)四：優(yōu)化模型。學(xué)生試驗(yàn)怎樣可以讓模型預(yù)測得更精確。教師巡視小組活動情況，并根據(jù)具體情況針對性指導(dǎo)。學(xué)生展示小組完成情況。教師根據(jù)小組匯報針對性講解共性問題。環(huán)節(jié)五：科學(xué)暢想。教師提問：機(jī)器學(xué)習(xí)除了可以學(xué)習(xí)怎樣用“眼睛”識別，你覺得還可以學(xué)習(xí)什么？學(xué)生根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和本節(jié)課學(xué)習(xí)知識展開暢想。教師根據(jù)學(xué)生回答給予及時評價。3.效果評估（1）教學(xué)特色與創(chuàng)新點(diǎn)。本節(jié)課內(nèi)容是初識機(jī)器學(xué)習(xí)，即讓四年級學(xué)生理解人工智能背后的原理。在新課標(biāo)中，針對小學(xué)階段的人工智能教育要求相對有限，主要側(cè)重于體驗(yàn)與初步感知。本節(jié)課旨在讓對機(jī)器學(xué)習(xí)概念完全陌生的小學(xué)生，也能通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，對機(jī)器學(xué)習(xí)有一個基本的了解，通過實(shí)踐活動能夠直觀理解到機(jī)器學(xué)習(xí)的過程，感受機(jī)器學(xué)習(xí)的必要性和其強(qiáng)大的功能。結(jié)合學(xué)生對人工智能的理解，即“模擬人的智慧”角度，以學(xué)生能夠理解的形式解釋“機(jī)器學(xué)習(xí)”。教師通過歸納人類思考問題的過程，類比推理機(jī)器學(xué)習(xí)的過程，然后通過編程平臺驗(yàn)證這個過程，幫助學(xué)生理解機(jī)器學(xué)習(xí)，直觀感受機(jī)器學(xué)習(xí)的作用和意義。（2）反思總結(jié)與改進(jìn)。課程內(nèi)容主要聚焦于讓學(xué)生理解機(jī)器學(xué)習(xí)的基本過程，通過簡單的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動實(shí)踐，初步感受機(jī)器學(xué)習(xí)的必要性和其強(qiáng)大的作用，從而初步領(lǐng)略人工智能的原理知識。四年級學(xué)生抽象概括能力相對較弱，需要教師精確引導(dǎo)才能概括出本節(jié)課機(jī)器學(xué)習(xí)的過程。另外，本節(jié)課涉及簡單的編程，對于四年級學(xué)生來說確實(shí)存在一定挑戰(zhàn)，為了使學(xué)生能夠順利跟上課程進(jìn)度，需要在課前為他們提供相關(guān)的針對性練習(xí)。在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)實(shí)施過程中，部分學(xué)生表示自己最大的收獲是學(xué)會了分析問題，剛開始面對任務(wù)時茫然無措，在教師引導(dǎo)下能慢慢地去分析問題，主動探尋解決問題的方案。通過實(shí)踐學(xué)習(xí)，學(xué)生對生活中的人工智能更感興趣，在掌握知識、理解概念、解決問題以及小組合作等方面都有了不同程度的收獲。三、結(jié)語盡管目前我國中小學(xué)的人工智能教育尚處于探索階段，但人工智能課程有助于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、提升學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)與技能。通過項(xiàng)目化學(xué)習(xí)方法，學(xué)生能夠深入理解機(jī)器學(xué)習(xí)的概念，并能夠結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有意識地分析和解釋人工智能的基本原