基于“思维迭代”的人工智能教学实践

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  《初识人工智能》是人工智能模块的起始课,其目的是让学生:通过学习了解人工智能的基本概念和发展历程,感受计算机科学发展对生活的影响;同时通过对人工智能代表性情境的体验,感知人工智能技术的特点;结合开源硬件,实现简单的人工智能系统;了解智能应用对未来生活带来的影响,辩证看待人工智能技术。
  ● 学科核心素养分析
  信息技术核心素养要求学生:关注生活中的信息技术现象,寻求恰当的方式获取与处理信息,具备信息意识;借助硬件编程,体验“人脸识别”简单人工智能实现过程,培养计算思维;通过对人工智能的分类,感知人工智能给社会和生活带来的影响,客观对待人工智能,形成AI时代信息社会责任。
  ● 人工智能教学的落地
  为了更好地在本课中落实信息技术核心素养,笔者备课时围绕学生的体验、理解、决策等认知活动,结合教学目标将教学内容抽象成一个个具体的问题,针对性地组织教学活动。本课的核心教学问题及对应的教学活动如下:
  人工智能的概念——对照人脑的思考活动,类比总结。
  人工智能的发展史——呈现计算机发展与人工智能的发展史,分析归纳。
  人工智能的本质计算——学生体验人工智能现象。
  人工智能的简单实现——硬件模拟人脸识别。
  人工智能的理智思考——辩论人工智能的利与弊。
  通过谈话法、演绎法、体验法等教学方法层层推进,以核心教学问题为明线,以“身边的AI→AI的历史→AI的现在→AI的未来”为暗线,引导学生认识身边的人工智能,初步了解人工智能的本质,体验人工智能为生活带来的便捷与乐趣,思考人工智能的未来。
  活动一:猜年龄
  首先,让学生猜一猜老师的年龄,说一说是根据什么猜出来的。接下来,利用微信中的“百度AI体验中心”小程序中的人脸与人体识别,识别老师的年龄。然后,分析人类猜年龄的过程:输入(眼睛)—大脑思考—输出(嘴巴);分析机器猜年龄的过程:输入(图像)—机器算法—输出(文字)。
  将机器思考的模式和人类的思考方式进行类比,让学生总结什么是人工智能,紧接着通过视频来呈现人工智能。激活经验,列举生活中的人工智能情境:刷脸进站、刷脸支付、刷脸取快递等。
  教学分析:人工智能是研究、开发,用于模拟、延伸、扩展人类智能的理论、方法及应用系统的一门技术科学。然而落实到教学中,用深奥的文字去阐述给学生听,似乎有点难。通过类比人脑的思考活动,形象地引入人工智能的基本概念。通过视频,把抽象的信息呈现出来,变成和学生生活相关联的内容,唤醒信息意识,调动学生的积极性。
  活动二:初体验
  (1)揭秘图灵测试
  教师组织学生讨论并设计一个实验来验证计算机有智能,交流汇报。
  出示图灵测试:图灵说设置两个黑房间,一个里面放机器,一个里面放人。你用键盘和两个房间对话,随便聊什么,如果你分不出来哪个房间是人,哪个房间是机器,就说明这台机器通过了图灵测试,具有了智能。(语音朗读)
  紧接着介绍计算机之父、人工智能之父——图灵。
  (2)对比发展史,引发迁移
  请学生带着问题阅读课本:①人工智能概念何时何地提出?②中国人工智能学会何时何地成立?③哪一年中国把智能控制和智能自动化等项目列入国家科技攀登计划?④哪一年人工智能成为中国国家战略?然后,通过动画对比计算机的发展史和互联网的发展,学生小组讨论,交流汇报,对比认知,更好地理解人工智能发展史,进一步明确人工智能发展与计算机科学发展的关系。
  (3)体验程序,发现本质
  学生分组利用iPad体验人工智能情境:讯飞语记、百度AI体验小程序、形色APP。每组一台iPad,根据活动单上的提示,进行体验。体验结束后,每组派代表汇报结果。(思考问题:讯飞语记APP是如何把我们的语音转换成文字的;百度AI体验小程序是如何知道你的年龄和表情的;形色APP是如何识别出植物的)
  学生体验结束后,以小组为单位进行汇报。教师引领学生探索各种人工智能情境背后的原理。
  学生通过语音识别体验及汇报,理解人工智能的工作过程及原理。人脸识别小程序再次印证人工智能需要大数据作为支撑。形色APP能不断学习,扩大数据库,修正自己的错误。学生明白人工智能之所以功能強大,是因为其背后有强大的计算能力以及海量的数据做支撑。
  (4)编程演示,模拟建构
  教师展示人工智能编程过程,让学生更深入了解人工智能的工作过程。计算机通过摄像头获得人脸图像,通过程序计算并以语音形式输出人脸的颜值、性别、表情,在软件平台的支持下,学生亲历人工智能的实现。
  教学分析:体验伊始,让学生自行设计实验来说明机器有智能。与图灵测试进行比较,进一步诠释了人工智能之父图灵理念的前瞻性。人工智能的发展离不开计算机的发展,通过时间线的对比,引导学生自主建立两者之间的关系。分组体验人工智能的代表性情境,探究现象背后的原因,理解人工智能的本质是计算、基础是数据。编程演示,一方面带着学生体验人工智能的实现过程,消除对人工智能的陌生感,另一方面感受算法之美,为后面的表情识别做铺垫。
  活动三:人工智能再判断
  讨论交流人工智能给生活带来的利与弊。
  教师提出问题:人工智能即将取代哪些人的工作,为什么?(学生讨论)。
  教师总结:目前人工智能只能解决简单重复不需要思考的问题。人工智能不能实现真正的推理和解决问题,没有自主意识,我们还处在弱人工智能时代。未来,随着脑科学的突破,我们有可能迎来强人工智能时代,那时的机器有知觉,有自我意识,可以独立思考问题并制订最优方案。
  教学分析:人工智能在给现实生活带来便利的同时,也给某些行业带来了冲击。通过两个问题,引发学生深入的思考,辨证地看待人工智能给生活带来的影响。针对学生的顾虑给予正面的引导,树立正确的价值观。
  ● 教学反思
  人工智能是一项多领域交叉学科,工作室在推动课程落地的实践中,提供了丰富的材料,让笔者在解读本课课题时,明确了教什么内容,教到什么程度。在以上的案例中,笔者降低了认知难度,提升了学生的信息技术学习力,教学取得了良好的效果。
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