1、深议项目式教学中提升学生计算思维的有效策略以高中人工智能课程为例以人工智能初步教材规划的知识体系为例，基于计算思维的高中人工智能课程主体结构主要包含六部分：面向对象思想与管理理念、信息安全与规则、系统开发与工程需求、网络交互思想与合作、系统设计和实际制作、互联网世界运营规则等。设计相关项目式教学活动，应主动迎合上述课程结构的核心内容。一、计算思维的主要概述现如今，计算思维已经得到全世界的高度重视，但是对计算思维的研究主要从不同层面展开分析，使关于计算思维的内涵界定还没有达成统一。著名的周以真教授将计算思维认为是利用计算机科学的主要概念，通过问题求解、系统规划、人类行为理解等方面计算机科学之广度
2、的有关思维活动。为了便于理解，此教授也把计算思维定义成形式化问题与解决方案有关的思维过程。简而言之就是利用约简、嵌入、转化、仿真等方式，将看似难度很高的问题，解释成问题怎样化解的方法。同时，计算思维的基本特点包括非刻板的主要技能、非计算机思维、注重思想并非人造物、面向所有群体与地方、数学思维与工程思维相互融合、概念化等。除此之外，我国著名的科学院院士陈国良把计算思维称为构造思维，认为计算思维主要将设计与系统结构作为特点，把计算机科学当作代表，利用计算概念，进一步解决实际问题、设计系统、理解人们行为的主要手段。计算思维主要包括数学思维、工程思维、科学思维，具有抽象化、自动化的显著特点。在科学教育
3、层面，把计算思维当作STEM学科人才需要拥有的一项基本素养。譬如，部分学者基于科学的计算方法论的层面，认为计算思维的基本属性包括抽象思维、模拟思维以及自动化思维，而与之相对的数学实践主要以建模和模拟、数据采集和数据分析以及系统性思维为主。二、开发计算思维的实际困难与典型应对策略1.造成计算思维融入教育事业发展困难的根本原因。由于信息科技发展历史时间不长，属于高新型科技产业，技术体系结构具有优化更替速度快的鲜明特点；相关科学领域中包含的实用性技术教学课程与经典科学理论教学科目更迭频率较快，致使我国信息科技等有关课程教学尚处于起步阶段。如何构建突出实践与搞好理论基础的教学系统，业已成为信息科技教育
4、面临的创新难点与课题。2.解决开发计算思维困难的经典策略。依据计算思维培育的可操作性，通过借鉴知名专家詹姆士格雷有关挖掘计算思维观点的核心内容，将构筑计算思维实践过程分为三部分：第一，针对问题的提出或表述，能否使用简洁明了的模型突出问题的焦点，增强处理问题的可操作性。第二，罗列问题的应对措施、设计详细周密的问题应对方案，每一关键解决步骤需要具有可测试性，以求准确评估方案合理性。第三，细化、分解解决措施，提升处理方案步骤的实用性，方便实际操作。计算思维重视塑造学生分析处理问题的多元化视角，结合运用时代尖端高新科技解决实际问题，进而通过不同教育阶段的深入学习，深刻领会信息世界发展进步的要点与趋势。
5、计算思维紧密贴合素质教育宗旨，是增进学生实践能力、发挥学生兴趣特长的优良策略。三、基于计算思维的高中人工智能课程项目式教学体系设计1.计算思维下人工智能课程项目式教学设计需求。凭借在学科核心素养背景下对信息科技课程开设标准的充分考量，设计基于计算思维的新型人工智能课程教学体系结构，为基层校园科学、高效开展有关教学活动提供新思路。该种体系结构下属六种教学主题，可充分与人工智能初步教材相互对应，为任课教师构思项目式课程教学案例提供充分的理论标准。具体体系设计内容如下表所示：表一 基于计算思维人工智能课程教学体系对应表2.高中人工智能课程相应实例分析。以高中人工智能基础第二章为例：任课教师在实际教学
6、过程中，可按相关课程设计需求制定相应课堂任务。人工智能系统发挥实际效用的核心技术是准确快速处理信息，通过算法识别以二进制为基础的有关数据。教师可将分类识别作为本次课程的首要任务，从底层算法设计原理着手，深入了解机器识别事物全过程，基本掌握感知器学习算法，尝试实现人工智能系统辨别变色鸢尾和山鸢尾的简单功能。基于上述教学项目，任课老师可鼓励学生开动脑筋，思考如何令机器具备识别花朵的能力。通过课题的方式，潜移默化发掘学生计算思维。结合教材体系规划，带领学生设计具有简易识物功能的识物装置分类器。为使分类器正确识别两种不同的花卉，教师可适时引入“特征”与“特征向量”的概念，并详细介绍计算机向量运算的方法
7、。感知器内部装载基本算法落实后，逐步为学生介绍机器学习的核心概念，层层递进向学生讲解人工智能系统训练的基本理念与原理。以培养学生核心素养、发掘计算思维为教学目标，深入浅出向学生引入感知器学习算法的重要内容。四、核心素养背景下发掘学生计算思维项目式教学分析1.基于核心素养的人工智能课程项目式教学目的。通过分析高中人工智能初步教材编写结构，界定教材中不同板块与基于计算思维课程体系架构不同主题之间的逻辑关系，确定实施项目式教学的主要模块，包括初识人工智能、人工智能实际应用、认识人工智能底层逻辑知识结构、机器学习初探和人工智能未来发展前景辨析等。（1）初识人工智能模块教学。初识人工智能模块旨在通过课堂
8、教学引导学生步入人工智能世界，起协助学生入门作用。有关任课教师应重点带领学生熟识人工智能基础概念，教学手段可以以信息化网络检索为主。实际课堂教学活动中，老师需监督学生组建课堂学习小组，注重协作学习；向学生灌输现行网络信息安全操作规范与标准，灵活调整课程计算思维主题。（2）认识人工智能底层逻辑知识结构模块教学。该教学模块主要功能是为增进学生逻辑推理能力，需要学生具备严谨的逻辑思维。依靠人工对信息数据再加工，从而合理利用计算机语言与相关信息工具，解决项目式教学中布置的相关任务和问题。任课教师开展该模块时，应注重培养学生自主设计与制作能力。（3）机器学习初探模块教学。1.1.4 心肌穿孔 心肌穿孔的
9、发生率1%，主要发生在右心室。心肌穿孔引起的心包填塞则是十分凶险的并发症，也是永久起搏器植入术后最严重并发症。机器学习初探模块具有较强的技术性与专业性，对高中阶段学生综合能力提出巨大挑战。任课老师应全面评估学生能力与综合素质，灵活调整机器学习初探模块的教学难度与进度，以激发学生学习人工智能热情为首要目的，采取相应教学措施；开展个性化教学，鼓励学习兴趣高昂并学有余力的学生，开发自身系统工程思维，独立自主完成有关课题任务的设计制作。（4）人工智能实际应用模块教学。人工智能实际运用模块，是基于机器学习初探模块的高层次教学活动。该模块牵涉人工智能应用系统实际开发，要求学生具备扎实的编程能力、面向对象设
10、计思维模式、逻辑推理能力以及系统管理能力。此类教学内容属于高级别特色教学内容，对任课教师专业素养与学生学习能力要求较高。因此，实际开展人工智能课程时，应根据学生具体学习情况，综合基层校园办学理念与硬件设施条件，合理安排相应教学内容。2.人工智能课程项目式教学案例设计。以人工智能初步中机器学习板块为例，任课教师设计此章节教学方案时，可带领学生初步领略人工神经网络与机器学习作为学习目的。针对相关人工智能核心技术，布置相应的项目案例供学生研究学习。以项目、任务、活动三维一体的教学架构，合理安排实际教学内容。具体任务布置如下所示：（1）教学项目一：体验机器学习。教学项目一的主要内容是使学生切实体验机器
11、学习的重要过程，令学生充分理解人工智能领域机器学习的理论基础与技术发展进程。教学活动可安排学生通过体验机器学习相关游戏，真实感性地认识机器学习过程；使用浅显易懂的数字化技术手段，加深学生对机器学习发展历史进程的了解与感悟。（2）教学项目二：初步认识机器学习理论原理与应用场景。3.人工智能课程项目式任务型教学活动设计。在人工智能初步的教学过程设计中，培养学生计算思维应设置具体的活动步骤，分5步走：创设情景、生成问题；设计实践、解决问题；讨论思考、研究问题；评价交流、分享成果；总结知识。基于此，我们的任务型人工智能课程教学活动设计的活动目标则分为：知识与技能、过程与方法目标、情感态度与价值观三个方
12、面。（1）知识与技能的学习目标要求，学生在学习了Dobot Studior、Mixly、Xbee模块XCTU软件之后，能够顺畅地完成课堂布置的编程任务。如，指挥机械臂完成颜色木块识别任务、指挥弱人工智能小车到达指定位置滞停，主要是让学生通过VB算法与程序设计的演练学习，具备初步的编程基础。（2）过程与方法的学习目标要求，学生要通过抽象问题、设计算法结构、评估方案结果、改善解决。如，设置机械臂的分拣与上料操作，学生要通过查看范例、实践操作、剖析算法的结构来将机械臂功能实现。（3）情感态度与价值观的学习目标要求，学生要形成自主学习与合作探究学习观，让学生感受人工智能技术的时代魅力。任务型人工智能课
13、程实施案例：在真实的学习情境中，学生要利用Dobot Studio软件编写机械臂操作代码，本活动在于让学生掌握算法思想与机械臂运行原理，在6个环节中引导学生进行探究活动。（1）设置情景，明确问题，思考算法构架。以人工智能分拣快递包为问题情景，明确学生需解决的问题任务，让学生独立思考算法构架应主要解决何种实际操作问题，并设计【学生活动探究记录表】记录学生活动轨迹。（2）合作探究，分解任务，解决问题。将快递分拣问题细化，由小组内学生谈论、合作探究分拣快递包的流程细节，如：识别，用光电传感器捕捉快递包标识；抓取，机械臂如何完成上料操作；转送，机械臂如何完成货物传输。让学生自由分配任务，编写固定环节点
14、位的代码。（3）查询资料，观演示例，操作机械臂。通过微课视频等学习资料，实际展示快递分拣的整个问题解决过程，让学生明白机械臂智能原理、光电传感器的作用效能、以及传送带与运输车的活动半径与功能。（4）绘制流程图，构架解决方案。流程图是通过思维导图的方式让学生对整个的机械臂搬运、分拣快递包过程进行清晰明确的图形步骤展示，明确关键步骤的目标任务，在逻辑思维上掌握流程。（5）了解原理底层逻辑。Dobot Studio软件编程的讲解是让学生了解编码逻辑的基本语句结构，在对原始数据进行初始值赋能后，学生需明确分辨流程图上的哪一步骤对应哪一个基本语句结构。（6）合作交流，设计算法框架，完成探究活动。小组成员需合作进行算法设计，各司其职，分四步走：赋值原始数据到机械上；光电传感器完成识别；抓取与释放快递包；传输货物并控制停滞点。最终完成情景问题，调试优化各程序。信息技术作为新时代人类发展与社会进步的尖端科技，开设信息科技相关课程不仅高度响应国家素质教育号召，培养一批拥有深厚信息科技素养底蕴的创新科技型人才。项目式教学手段能够有效提高教学工作效率，突出相关课程教育理念与特质。通过项目式教学手段与高中人工智能课程的深度融合，可大大促进学生信息科技素养持续性积累。
