學(xué)科融合的
人工智能實驗教學(xué)案例
要點速讀
信息技術(shù)學(xué)科的實驗教學(xué)既有本學(xué)科自身特色，又有科學(xué)實驗的一般特征，它除了能促進學(xué)生對信息技術(shù)原理、方法和應(yīng)用的深入理解，成為培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要平臺，還通過動手操作、數(shù)據(jù)處理、模型搭建、觀察分析等過程，融合了科學(xué)實驗的探索性、驗證性和創(chuàng)新性。
本文介紹了“觀察星空——描繪星座——搭建模型智能識別星座”的實驗教學(xué)過程，并圍繞此案例，提出以信息技術(shù)學(xué)科實驗教學(xué)為線索重構(gòu)課程內(nèi)容，建立多種形式夾雜的實驗教學(xué)過程，在實驗教學(xué)中充分融合不同類別的資源和技術(shù)，從而豐富和深化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。
核心內(nèi)容梳理
1. 實驗內(nèi)容設(shè)計與實施
>>利用仿真軟件或?qū)嶋H觀測星座進行星座素描并繪制星座圖景，用像素的多少表示星座中的星的亮度。
>>利用生成式人工智能將繪制的星座圖像轉(zhuǎn)換成便于計算機處理的CSV文件中的數(shù)據(jù)，進行星座數(shù)據(jù)預(yù)處理。
>>利用生成式人工智能將星座數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測試集，運用機器學(xué)習(xí)算法識別星座，比較不同算法的識別過程和結(jié)果，初步探索效果差異的原因。
>>搭建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；嘗試用模型識別星座；調(diào)整人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)，比較識別性能。
2. 課程內(nèi)容重構(gòu)
>>基于單元教學(xué)重構(gòu)課程內(nèi)容，形成連貫、有序的學(xué)習(xí)單元，促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)，提升知識遷移與應(yīng)用能力。
>>“仰望星空，點亮星智”實驗項目可以成為“超單元”實驗項目，溝通信息技術(shù)教學(xué)中的多個板塊。
>>“仰望星空，點亮星智”實驗項目可以作為后續(xù)相關(guān)綜合實踐活動課程或?qū)W生自主研究學(xué)習(xí)的重要鋪墊。
3. 多種形式夾雜的實驗教學(xué)過程
>>科學(xué)實驗形式包括探索性實驗、驗證性實驗、測定性實驗等。
>>探索性實驗的主要目的是探索未知的現(xiàn)象，尋找新的規(guī)律或發(fā)現(xiàn)。
>>驗證性實驗旨在驗證已知的理論或假設(shè)，這類實驗通常有一個明確的目標(biāo)，即檢驗?zāi)硞€特定的原理或定律是否成立。
>>測定性實驗主要用于測量某個量的具體數(shù)值。
4. 資源和技術(shù)的融合
>>實驗教學(xué)中需要融合不同的資源和技術(shù)手段。以本次實驗為例，融合了星空仿真、畫圖、二進制編輯器等軟件，以及望遠(yuǎn)鏡、數(shù)碼相機等硬件。
>>融合傳統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)設(shè)計實驗，從而培養(yǎng)跨學(xué)科的綜合素養(yǎng)與創(chuàng)新思維，不僅是對實驗教學(xué)的創(chuàng)新嘗試，更是對科學(xué)精神和文化傳承的致敬。
>>人工智能三重奏：應(yīng)用人工智能工具、生成程序代碼、搭建并訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
實驗教學(xué)三重價值
認(rèn)知躍遷：
從感性星空觀測到理性模型建構(gòu)
技術(shù)貫通：
傳統(tǒng)天文觀測與AI技術(shù)的時代對話
素養(yǎng)培育：
科學(xué)探究+計算思維+創(chuàng)新意識的融合生長
本文作者：
陳凱
上海市位育中學(xué)
文章刊登于《中國信息技術(shù)教育》2025年第1期
原標(biāo)題：仰望星空，點亮星智——學(xué)科融合的人工智能實驗教學(xué)的一個例子
引用請注明參考文獻：
陳凱. 仰望星空，點亮星智——學(xué)科融合的人工智能實驗教學(xué)的一個例子[J].中國信息技術(shù)教育，2025（01）：17-21.
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