计算思维导向的人工智能教学

普通高中信息技术新课程标准将计算思维列为学科核心素养。课标要求采用项目式学习，将人工智能知识构建、技能培养以及计算思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中。本文以项目案例“追本溯源”的设计与制作为例，对计算思维导向的人工智能教学开展实践探究。

一、设计原则

（一）学习情境真实化

创设真实的问题情境，将学生置于真实的学习环境，亲历实践探究、合作等获取知识和技能的过程，培养学生分析问题和解决问题的能力。

（二）实践探究任务化

围绕课标设计具有挑战性和趣味性的实践任务，引导学生有目的、有计划地开展实践，让学生在实践中学习、应用和创新，从而更好地掌握知识和技能。

（三）学习过程项目化

项目式学习是一种基于问题解决的探究式学习方式，通过引导学生将理论知识与实际应用结合，提高学生知识运用能力和团队协作能力。

（四）学习成果作品化

项目作品是项目式学习总结性评价的重要依据，应鼓励学生将学习成果作品化，提升其知识转化的能力。

二、设计模型

基于计算思维培养的人工智能教学设计模型应以真实问题为基础，以数据和算法为核心，以计算思维为连接现实世界和虚拟世界的纽带。

三、“追本溯源”项目式学习

（一）创设问题情境

创设“超市购物”的问题情境，引导学生发现超市的部分商品存在来源信息不透明、缺乏有效的售后反馈机制等问题。

（二）设计解决方案

1.对商品实施“一商品一专码”，只需扫描商品上的二维码，即可查看商品的产地、供应商等信息。

2.通过手机App收集消费者对所购商品的评价信息，完善售后反馈机制。

（1）利用Appinventor软件，开发便于消费者接收和反馈信息的程序。

（2）通过物联网模块，实现物联网平台和手机App的同步更新。

（3）消费者可通过手机App将对商品的评价上传至物联网平台，便于后续的数据分析和处理。

（三）提供学习支架

通过视频向学生介绍物体识别的原理及应用场景；通过文档资料向学生介绍二哈视觉传感器、物联网等模块的使用方法；通过技术指导手册向学生介绍Siot本地服务器的部署和通信，以及Appinventor手机App开发等。

（四）开展项目制作

根据项目设计方案，学生选择适当的硬件设备，进入模型搭建、线路连接、物联网平台部署和程序编写等项目制作过程。

（五）测试验证结果

在项目验证阶段，学生需根据验证结果对作品进行程序、功能升级和模型改进等方面的优化，其中，建立Arduino与手机App间的通信是项目制作的难点。在此过程中，学生在不断试错、学习、优化、多次迭代中巩固并重构了知识体系，提升了解决问题和计算思维的能力。

[本文系中国自动化学会“青少年人工智能创新后备人才培育工程”教科研项目“面向高中生计算思维培养的Arduino人工智能校本课程设计及其实施方案的研究”（课题立项号：HBRC-JKY-2023-202）成果之一]

（栏目编辑  方郁芝）