基于設計思維的初中人工智能教學實踐

【摘 要】基于設計思維的初中人工智能教學模式以增強體驗性為整體教學目標，構建教學流程，讓學生在感知體驗、原理解析、設計制作與交流評價的過程中感受人工智能的魅力、理解原理、探究應用。

【關鍵詞】人工智能教學；設計思維；教學模式；體驗性

【中圖分類號】G434? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2023）52-0036-03

【作者簡介】杜沁儀，江蘇省常州高級中學（江蘇常州，213004）教師，二級教師，主要研究方向為人工智能教學。

隨著智能時代的到來，人工智能教育受到了國家的高度重視。2017年7月，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，明確我國應在中小學階段設置人工智能相關課程。2022年4月，教育部印發《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》，要求在初中階段設置人工智能相關內容。審視當前初中人工智能教學現狀，教師缺少相應教學策略，大多仍沿用傳統講授式教學模式。然而初中人工智能教學的內容與目標有新生性與特殊性，傳統教學模式難以促進目標有效達成，因此通過改進教與學的形態來提升學習效果成為亟須深入研究的重要問題。設計思維是一種在現實問題解決中，綜合運用知識，創造性解決問題的思考方式，為初中人工智能教學提供了一個新視角。鑒于此，本研究從設計思維視角切入，圍繞初中人工智能教學目標，建構基于設計思維的初中人工智能教學模式。

一、基于設計思維的初中人工智能教學模式構建

（一）模式構建的總體思路

1.以增強體驗性為整體教學目標

初中階段的學生對未知事物抱有強烈的好奇心，喜歡動手實踐，傾向于開展具有多種刺激因素的學習。初中人工智能教學的目標是通過感知、體驗、創作等活動，幫助學生感受、理解、探究人工智能，并適應智能時代的工作與生活，為智能領域的專業人才發展奠基。知識具有體驗屬性，需要學生親身感知，從而實現知識內化、素養生成。

2.基于設計思維模型構建教學流程

在實施策略方面，設計思維模型使得基于設計思維的學習過程有依據。不等同于設計流程，設計思維模型展現了設計過程的有序性與可操作性，并從宏觀上明確了各環節所處的地位與相互關系。本研究經過對EDIPT模型構成要素與各階段內涵的分析，發現EDIPT模型能夠為初中人工智能教學單元化遞進式活動的設計與實施提供有效指導。

3.采用單元教學設計統整學習活動

單元是教師以整體性視角重組教學內容后，形成的具有鮮明主題、清晰主線和緊密結構的教學單位，意味著以全局性的視角看待課時。采用單元教學設計統整學習活動的意義主要體現在兩個方面：一是能夠圍繞單元教學目標將初中人工智能的學習內容、活動、評價等要素相互關聯融合，有利于學生對于學科內容的完整深入感知；二是能夠圍繞一個劣構的真實性核心任務設計遞進式學習活動，為問題解決的迭代優化創造空間。

（二）初中人工智能教學模式構建

本研究以增強體驗性為整體教學目標，基于設計思維模型構建教學流程，采用單元教學設計統整學習活動，最終形成了基于設計思維的初中人工智能教學模式（如圖1所示）。

本研究基于EDIPT設計思維模型的五個核心要素以及初中人工智能教學活動的特征，構建了四階段活動設計、學生活動和教師支持三個維度的教學實踐，這是一個整體性、單元化、非線性螺旋上升、循環迭代的過程。當任何一個活動階段出現問題，師生都應返回到可能導致問題的階段重新開展活動。面對不同的學習內容，當前模式需要根據實際情況發生相應變化，某些流程會被省去，或是流程與流程之間有重疊，流程之間的順序有變更。此外，初中人工智能教學的順利開展還需要線上線下一體化的人工智能學習空間提供必要的資源保障。具體而言，該模式的教學過程如下。

1.感知體驗

感知體驗是學習人工智能的第一個環節。教學過程中，建議使用生活中的產品讓學生親身操作體驗，直觀感知這項技術是什么，有什么作用，能怎么使用?；诒倦A段的感知體驗，學生能夠更加深入地思考要如何運用這一項技術解決自己發現的問題。教師可以結合實際教學情境，組織角色扮演、場景模擬、互動采訪等多元化活動，幫助學生明確受眾需求與問題本質，形成本單元學習探索的目標，提升學生的洞察力、觀察力與同理心。

2.原理解析

原理解析階段注重學生基于實踐操作的原理理解與運用。在學生實踐過程中，教師不能過多干預，讓學生用“看說明書”代替“過程探究”。僅僅陳述或總結歸納實驗環節與技術要點，缺少試錯、分析、調整等深度思考，隨著問題情境的變化，學生將難以激發出新的思考，陷入學過的知識想不到、不會用的境地。同時，當問題解決陷入困境時，需要教師組織頭腦風暴、小組協作、科學探究等活動，幫助學生為后續的原型構建提供支撐。

3.設計制作

原型制作與測試是由創意發散、計劃構思向創意聚斂、實踐操作匯聚的過程。原型制作以解決方案快速具體化為基本方針，可以是產品的簡略結構，也可以是問題解決過程的簡單模擬。本階段活動以學生自主實踐為主，在循環迭代中優化創意產品，借助用戶反饋清單、產品優缺點分析圖等工具快速定位改進方向，進行持續探索。教師需要扮演教練員和指導員的角色，及時提供支架（如參考資料、平臺工具、操作指南等），推動問題解決進程。

4.交流評價

人工智能教學采用過程性與總結性相結合的多元主體評價形式，尊重學生差異，以“彈性”量尺度量學生知識與能力的增長情況。融合質性與量化評價數據，例如學生投票、用戶使用體驗、習題測驗、人工智能課程學習評價量表、課堂觀察記錄表、課堂錄制視頻以及學習互動平臺數據等，充分發揮評價的鑒定、導向與激勵作用。

二、基于設計思維的初中人工智能教學實踐案例

（一）案例設計

“智能語音”是初中人工智能中“聽”這一部分的單元綜合課程，在基于設計思維的初中人工智能教學模式與逆向教學設計理論的指導下完成該案例設計。

（二）案例實施

本次案例實施的對象為20名七年級學生，時間持續一個月。課前訪談發現，學生對智能語音技術的應用基本有直觀體驗，對這部分知識興趣濃厚。案例實施主要包含四個階段。

1.感知體驗。學生“說”方言，“聽”方言，觀看宣傳片，接著借助電腦與智能機器人體驗技術應用。2.原理解析。學生觀看技術原理動畫，概括技術實現過程并實踐體驗，接著以小組為單位構思方言保護的實施方案。3.設計制作。學生自主實踐，制作方案原型。教師為學生提供個性化支架，引導學生迭代優化原型。4.交流評價。各小組介紹原型實現的功能、創新點以及探索歷程，結合反饋優化作品。

（三）教學效果

本次實踐主要采用人工智能教學實施效果問卷，對學生及聽課教師進行非結構式訪談，作品質性評價和基礎知識測驗四種途徑進行評價。從教學效果來看，該模式對初中人工智能課程學習產生了積極效果。

初中人工智能教學致力于促進學生對人工智能應用的深度體驗以及對原理的深刻理解，從而進一步提升深入探究的濃厚興趣。研究證明，學生對基于設計思維的初中人工智能教學模式滿意度較高，并且取得了積極的情感體驗，能夠有效掌握相關知識與技能。在實踐過程中發現以下兩個問題：一是學生差異較大，存在小組個性化指導不及時與組內成員“搭便車”的現象；二是學生并未充分理解各學習環節的核心任務，特別是設計制作環節不明確應該以何種形式制作并測試產品原型。

未來將開展系統化、規?；慕虒W實踐，完善教學模式評價方式，推動實踐過程迭代優化。此外，如何在教學實踐中基于差異促進學生個性化發展，如何幫助學生更快適應該模式下的教學活動以及該模式中各環節動態變化的過程有何規律等問題還有待進一步深入研究。責任編輯：金茂喆