学科融合的人工智能实验教学案例：从星空观测到AI识别

学科融合的人工智能实验教学案例：从星空观测到AI识别

引用

网易

1.

https://www.163.com/dy/article/JQHO07S70516AHQG.html

在信息技术学科的实验教学中，如何通过学科融合的方式，让学生在实践中掌握人工智能技术？本文以"观察星空——描绘星座——搭建模型智能识别星座"的实验教学案例，探讨了如何通过实验教学促进学生对信息技术原理、方法和应用的深入理解，培养学生的学科核心素养。

信息技术学科的实验教学既有本学科自身特色，又有科学实验的一般特征，它除了能促进学生对信息技术原理、方法和应用的深入理解，成为培养学生信息技术学科核心素养的重要平台，还通过动手操作、数据处理、模型搭建、观察分析等过程，融合了科学实验的探索性、验证性和创新性。

本文介绍了"观察星空——描绘星座——搭建模型智能识别星座"的实验教学过程，并围绕此案例，提出以信息技术学科实验教学为线索重构课程内容，建立多种形式夹杂的实验教学过程，在实验教学中充分融合不同类别的资源和技术，从而丰富和深化学生的学习体验。

核心内容梳理

1. 实验内容设计与实施

• 利用仿真软件或实际观测星座进行星座素描并绘制星座图景，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将绘制的星座图像转换成便于计算机处理的CSV文件中的数据，进行星座数据预处理。
• 利用生成式人工智能将星座数据划分为训练集和测试集，运用机器学习算法识别星座，比较不同算法的识别过程和结果，初步探索效果差异的原因。
• 搭建人工神经网络模型；尝试用模型识别星座；调整人工神经网络结构参数，比较识别性能。

2. 课程内容重构

• 基于单元教学重构课程内容，形成连贯、有序的学习单元，促进学生深度学习，提升知识迁移与应用能力。
• "仰望星空，点亮星智"实验项目可以成为"超单元"实验项目，沟通信息技术教学中的多个板块。
• "仰望星空，点亮星智"实验项目可以作为后续相关综合实践活动课程或学生自主研究学习的重要铺垫。

3. 多种形式夹杂的实验教学过程

• 科学实验形式包括探索性实验、验证性实验、测定性实验等。
• 探索性实验的主要目的是探索未知的现象，寻找新的规律或发现。
• 验证性实验旨在验证已知的理论或假设，这类实验通常有一个明确的目标，即检验某个特定的原理或定律是否成立。
• 测定性实验主要用于测量某个量的具体数值。

4. 资源和技术的融合

• 实验教学中需要融合不同的资源和技术手段。以本次实验为例，融合了星空仿真、画图、二进制编辑器等软件，以及望远镜、数码相机等硬件。
• 融合传统技术和现代数字技术设计实验，从而培养跨学科的综合素养与创新思维，不仅是对实验教学的创新尝试，更是对科学精神和文化传承的致敬。
• 人工智能三重奏：应用人工智能工具、生成程序代码、搭建并训练人工神经网络模型。

实验教学三重价值

• 认知跃迁：从感性星空观测到理性模型建构
• 技术贯通：传统天文观测与AI技术的时代对话
• 素养培育：科学探究+计算思维+创新意识的融合生长

本文原文刊登于《中国信息技术教育》2025年第1期