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指向計算思維培養(yǎng)的初中人工智能教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐——以《人工智能初探》一課為例
上海市嘉定區(qū)金鶴學(xué)校 沈文斌 2024/4/8 19:09:22
（接上頁）-90%的范圍，但對于最后一張圖片，學(xué)生直言無法判斷其品種，只能揣測它可能屬于某一類魚，并提出相似度只有10%~20%。
3.類比分析環(huán)節(jié) 類比分析環(huán)節(jié)在以往技能學(xué)習(xí)式的信息科技課堂中較為少見，但這一環(huán)節(jié)對學(xué)生計算思維培養(yǎng)尤其重要，在這時，教師便引導(dǎo)學(xué)生思考為什么第三張圖片，大家只能給到10%~20%的相似度，這個相似度是怎么來的？借著這個問題的推動，讓學(xué)生梳理并總結(jié)分析出人類學(xué)習(xí)識別的一般過程（分類、觀察特征點(diǎn)，將特征點(diǎn)與名稱對應(yīng)，通過特征點(diǎn)的相似度判斷物體分類），這即是對人類學(xué)習(xí)過程的抽象思考。并以此類比機(jī)器學(xué)習(xí)。學(xué)生在思考分析的思維活動中，通過教師一步一步的引導(dǎo)，在自身的認(rèn)知基礎(chǔ)上，通過總結(jié)提煉得出機(jī)器學(xué)習(xí)的基本工作流程，即分類、采集、學(xué)習(xí)、識別，能夠體驗(yàn)到人工智能中圖片識別功能的使用方式與效果，感受人工智能所帶來的優(yōu)勢。
4.實(shí)踐驗(yàn)證環(huán)節(jié) 在本環(huán)節(jié)里，教師提供了海洋動物的模型，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單的要求，按照自己的想法對海洋東西模型進(jìn)行分類后，完善KNN算法的相關(guān)程序，利用攝像頭采集背景、物體照片，最終通過Mind+軟件的KNN訓(xùn)練器完成機(jī)器學(xué)習(xí)并識別物體內(nèi)容。在本環(huán)節(jié)中簡化了算法的要求，學(xué)生只需能夠用自然語言描述問題解決的算法，能夠讀懂相關(guān)代碼并完善其中空缺的部分即可。
在這里，教師為每位學(xué)生提供的海洋模型外形大小、顏色不一，當(dāng)學(xué)生根據(jù)自己手上的材料訓(xùn)練完人工智能并識別成功后，就繼續(xù)嘗試?yán)米约旱娜斯ぶ悄茏R別其他同學(xué)的模型，在實(shí)踐活動的最后，學(xué)生總結(jié)出這樣三點(diǎn)內(nèi)容：①采集的照片越多，識別越準(zhǔn)確；②采集照片的角度越多，識別越準(zhǔn)確；③人工智能并不是以單一的顏色或大小來識別物體的。經(jīng)過這樣的訓(xùn)練及識別，加深了學(xué)生對人工智能中的圖片識別理解。最終，也給學(xué)生留下了課后思考：KNN算法的實(shí)現(xiàn)原理是什么？還有沒有其他人工智能算法？人工智能到底以哪些特征來識別物體的？這些問題激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時也為后面的課時做了鋪墊。
教學(xué)設(shè)計過程的回顧與思考
1.重視學(xué)生認(rèn)知基礎(chǔ)
人工智能作為近年來新增的課程內(nèi)容，也是將來必不可少的課程內(nèi)容，隨著人工智能發(fā)展的愈加迅速，未來的學(xué)生必然是在各種人工智能應(yīng)用場景下成長起來的。對于他們來說，人工智能并非一個完全陌生的領(lǐng)域，但人工智能在各類場景中的表現(xiàn)方式并不一樣，學(xué)生對人工智能的了解處在既熟悉又陌生的階段，甚至?xí)性S多錯誤的理解。不同家庭環(huán)境的學(xué)生對人工智能的理解能力、學(xué)習(xí)能力也有差異，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時需要充分了解學(xué)生的認(rèn)知水平和認(rèn)知基礎(chǔ)。
2.活動設(shè)計要注重引導(dǎo)學(xué)生思維方式的變化
計算思維作為一種抽象的思維方式，教師要在活動設(shè)計中通過任務(wù)鏈、問題鏈的形式，在真實(shí)問題解決中，有意識的引導(dǎo)學(xué)生形成分解問題、建立抽象模型的思維習(xí)慣，促進(jìn)計算思維的培養(yǎng)。
3.提供適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)支架
在人工智能學(xué)習(xí)過程中，對學(xué)生的抽象思維、編程思維、歸納總結(jié)等能力提出了相對較高的要求，教師應(yīng)當(dāng)充分考慮學(xué)生的基礎(chǔ)。通過學(xué)習(xí)任務(wù)單、輔助材料、演示視頻等方式，給不同認(rèn)知水平學(xué)生提供適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)生分析問題、提出假設(shè)、探究問題。
參考文獻(xiàn)
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