學科融合的

人工智能實驗教學案例

要點速讀

信息技術學科的實驗教學既有本學科自身特色，又有科學實驗的一般特征，它除了能促進學生對信息技術原理、方法和應用的深入理解，成為培養學生信息技術學科核心素養的重要平臺，還通過動手操作、數據處理、模型搭建、觀察分析等過程，融合了科學實驗的探索性、驗證性和創新性。

本文介紹了“觀察星空——描繪星座——搭建模型智能識別星座”的實驗教學過程，并圍繞此案例，提出以信息技術學科實驗教學為線索重構課程內容，建立多種形式夾雜的實驗教學過程，在實驗教學中充分融合不同類別的資源和技術，從而豐富和深化學生的學習體驗。

核心內容梳理

1. 實驗內容設計與實施

>>利用仿真軟件或實際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換成便于計算機處理的CSV文件中的數據，進行星座數據預處理。

>>利用生成式人工智能將星座數據劃分為訓練集和測試集，運用機器學習算法識別星座，比較不同算法的識別過程和結果，初步探索效果差異的原因。

>>搭建人工神經網絡模型；嘗試用模型識別星座；調整人工神經網絡結構參數，比較識別性能。

2. 課程內容重構

>>基于單元教學重構課程內容，形成連貫、有序的學習單元，促進學生深度學習，提升知識遷移與應用能力。

>>“仰望星空，點亮星智”實驗項目可以成為“超單元”實驗項目，溝通信息技術教學中的多個板塊。

>>“仰望星空，點亮星智”實驗項目可以作為后續相關綜合實踐活動課程或學生自主研究學習的重要鋪墊。

3. 多種形式夾雜的實驗教學過程

>>科學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象，尋找新的規律或發現。

>>驗證性實驗旨在驗證已知的理論或假設，這類實驗通常有一個明確的目標，即檢驗某個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值。

4. 資源和技術的融合

>>實驗教學中需要融合不同的資源和技術手段。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，以及望遠鏡、數碼相機等硬件。

>>融合傳統技術和現代數字技術設計實驗，從而培養跨學科的綜合素養與創新思維，不僅是對實驗教學的創新嘗試，更是對科學精神和文化傳承的致敬。

>>人工智能三重奏：應用人工智能工具、生成程序代碼、搭建并訓練人工神經網絡模型。

實驗教學三重價值

認知躍遷：

從感性星空觀測到理性模型建構

技術貫通：

傳統天文觀測與AI技術的時代對話

素養培育：

科學探究+計算思維+創新意識的融合生長

本文作者：

陳凱

上海市位育中學

文章刊登于《中國信息技術教育》2025年第1期

原標題：仰望星空，點亮星智——學科融合的人工智能實驗教學的一個例子

引用請注明參考文獻：

陳凱. 仰望星空，點亮星智——學科融合的人工智能實驗教學的一個例子[J].中國信息技術教育，2025（01）：17-21.

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