基于智能教室的小學教育教學活動實踐案例

基于創(chuàng)新思維的小學創(chuàng)客教育教學活動實踐探究---以XXX小學人工智能教室為例在我國“大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)”的大背景下，各地中小學積極結(jié)合校內(nèi)特色、聯(lián)合校外資源，開展創(chuàng)客教育，順應時代潮流。然而，從目前國內(nèi)創(chuàng)客教育的實際教學情況來看，學習活動設計重“造”輕“創(chuàng)”，教學目標側(cè)重操作步驟和制作成品，重技術(shù)，在一定程度上限制了學生的創(chuàng)意想法。多數(shù)創(chuàng)客教育實踐流于形式，更多的只是為學生提供了開闊視野、動手實踐的機會，與提升學生的創(chuàng)造力、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新思維的目標還存在一定的差距。創(chuàng)客教育亟需一種新的范式指導教與學，而創(chuàng)新思維對于創(chuàng)客教育具有“引領(lǐng)和指導作用”，引入創(chuàng)客教育教學實踐中，可以彌補創(chuàng)客教育中存在的問題，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力提供指導。一、創(chuàng)客教育開展現(xiàn)狀現(xiàn)階段中小學的創(chuàng)客教育存在以下幾個問題：學習者習慣于按照教師的步驟，模仿作品，學習過程淪為照著做，整個過程重“造”輕“創(chuàng)”；以結(jié)果導向的教學設計，限制了學習者創(chuàng)意想法的發(fā)揮，減少了教學過程的豐富性；課程教學中重技術(shù)輕思想，過分關(guān)注技術(shù)的炫酷，為了技術(shù)而教，忽視技術(shù)在具有共性且有意義的生活情境中地遷移與運用，忽視了技術(shù)人文價值。以上問題導致創(chuàng)客教育中學習者最終完成作品的形式單一、內(nèi)容缺乏特色，對于學習者創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不足。學校中的創(chuàng)客教育流于形式，更多的只是為學生提供了動手實踐、開拓視野的機會，與創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)還存在一定的差距。所以創(chuàng)客教育亟需相關(guān)理念的指導、思想的引領(lǐng)和路徑的指引，改進與完善現(xiàn)有的教學教育教學活動設計，指導教學設計和課程開發(fā)。創(chuàng)客教育理論基礎（1）注重動手實踐，讓學生在“做中學”創(chuàng)客教育提倡“做中學”，讓學習者從有意義的活動任務中獲取有價值的知識。鼓勵學習者動手實踐，設計制造出能夠解決現(xiàn)實問題的真實作品，創(chuàng)造的過程就是學習的過程。一個作品的創(chuàng)造往往需要多學科知識和技能的支持，因此，學習者在創(chuàng)造中需要不斷學習新的知識，并在實踐應用中將知識內(nèi)化、鞏固和提升。學習者不再為知識而學習，而是為了解決問題，在動手實踐中學習，通過親身體驗，學生頭腦中的知識建構(gòu)可以更加自然、更加高效地發(fā)生。（2）從現(xiàn)實問題出發(fā)，培養(yǎng)學習者的問題解決能力創(chuàng)客教育提倡讓學生回歸真實的世界，從關(guān)注生活、關(guān)注自己與他人需求的過程中尋找創(chuàng)意設計靈感，始終堅持從生活中來到生活中去的原則。從現(xiàn)實的問題出發(fā)，將科學世界中的知識經(jīng)驗和學習者的生活世界相聯(lián)系，促進學習者對于知識的理解和遷移運用，培養(yǎng)學習者發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（3）鼓勵學習者發(fā)揮創(chuàng)意，將想法變?yōu)楝F(xiàn)實創(chuàng)客教育的核心理念在于創(chuàng)意與制造，追求創(chuàng)意、創(chuàng)新是其重要價值取向，而制造個性化作品則是表達創(chuàng)新想法的途徑。鼓勵學習者自由發(fā)揮想象，尊重學習者的每一個想法，鼓勵大膽實踐，將想法變?yōu)楝F(xiàn)實。創(chuàng)客教育以實物作品為成果，但這并不是最終目的，作品只是學習者創(chuàng)新能力的載體、創(chuàng)意想法的體現(xiàn)，更要關(guān)注學習者創(chuàng)新能力的培養(yǎng)情況。因此，創(chuàng)客教育的教學結(jié)果，不僅要關(guān)注學習者的“造”，更要強調(diào)學習者的“創(chuàng)”，從而實現(xiàn)創(chuàng)客教育的價值。（4）強調(diào)團隊合作與分享精神，促進全人發(fā)展創(chuàng)客教育通常以項目（主題）為主線，需要學習者以小組協(xié)作的方式進行學習，小組成員相互合作，相互啟發(fā)，充分發(fā)揮自己的特長，有助于相互學習，共同成長。在創(chuàng)客教育中，鼓勵學習者相互分享自己的創(chuàng)意想法、技術(shù)、知識技能以及創(chuàng)新成果，分享的過程中可以得到其他學習者的反饋，從而促進創(chuàng)新，同時使學習者獲得社會性交往的技能，促進全人發(fā)展，從而能夠更好地適應未來的社會。三、實踐思路實踐是檢驗真理的唯一標準?；趧?chuàng)新思維的小學創(chuàng)客教育教學活動需要在實踐中得到檢驗和啟發(fā)，需要應用于教學實踐，發(fā)現(xiàn)問題并得到反饋修改建議，才能使其獲得真正的實際意義，才能使其得到持久的發(fā)展。通過對比分析多種典型的設計思維框架，構(gòu)建了基于創(chuàng)新思維的小學創(chuàng)客教育教學活動設計框架，如圖1所示。那么，在設計框架指導下的教學活動對于學習者自主發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力、學習興趣和學習能力有何影響？該框架所指導設計的教學步驟是否合理？這些問題需要在教學實踐中得到解答，因此，本研究以XXX小學人工智能教室為例，開展教學實踐。四、實驗對象主要以本校五年級學生為主，每周2節(jié)課（分單雙周），每節(jié)課時長為40分鐘。另選取本校三、四、六年級部分學生以開設興趣小組的形式進行，每周3節(jié)課，每節(jié)課時長為40分鐘。五、教學環(huán)境類別名稱功能和要求單位數(shù)量教學區(qū)通用裝備基礎裝修1.支持教學活動的實驗室環(huán)境，教學用地面積不小于70㎡；2.配備定制化造型臺、物品存儲和展示柜、投影儀和幕布（或電子白板）、學生桌椅等教學設施。間1無線網(wǎng)絡設備1.支持教學活動的無線網(wǎng)絡、計算等功能，同時支持50路終端接入，可完成移動設備屏幕無線投射至大屏幕；2.網(wǎng)絡標準：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11acwave2；3.最高傳輸速率：3Gbps（1733Mbps+867Mbps+400Mbps)；4.頻率范圍：三頻（2.4GHz、5GHz、5GHz）。臺1智能中控系統(tǒng)1.支持投影機、新風、背景音樂、視頻源、燈光、智能家居等AIOT網(wǎng)關(guān)集中控制；2.可通過語音識別對空調(diào)、窗簾、燈光等室內(nèi)設備進行語音交互控制。套1人工智能專用教學裝備教學機器人1.外觀要求：類人型的機器人組件，無需拼接組裝（其中教師版高度應不低于60cm）；2.材料：ABS塑料，安全環(huán)保材料；3.傳感器：包括測距傳感器、巡線傳感器、陀螺儀、觸摸傳感器；4.交互設備：包括攝像頭、麥克風、揚聲器、顯示屏等，可編程控制。臺26教學平板（教師端）1.安卓操作系統(tǒng)，存儲容量不小于16GB；2.四核處理器,2GB以上運行內(nèi)存；3.屏幕尺寸不小于10.1英寸,分辨率不小于1920*1200；4.具有陀螺儀、手寫、多點觸控、投屏等功能；5.網(wǎng)絡支持：支持WiFi2.4G與5G頻段；6.電池容量：不小于5000mAh鋰聚合物電池。臺1教學平板（學生端）臺25人工智能開源硬件（基礎版）1.拼接結(jié)構(gòu)組件:環(huán)保塑料拼接結(jié)構(gòu)件；2.AI組件：包括AI能力開發(fā)板、高清攝像頭、線性麥克風陣列等；3.傳感器組件：包括Arduino驅(qū)動板、顏色識別、RGB燈、氣體、超聲波、循跡、光敏、紅外、溫濕度等傳感器和編碼電機；4.充電電池：符全國家安全規(guī)定，容量不少于2000mAh。套26人工智能開源硬件（進階版）1.拼接結(jié)構(gòu)組件:環(huán)保鋁合金拼接結(jié)構(gòu)件；2.AI組件：包括AI能力開發(fā)板、高清攝像頭、線性麥克風陣列等；3.傳感器組件：包括Arduino驅(qū)動板、顏色識別、RGB燈、氣體、超聲波、循跡、光敏、紅外、溫濕度等傳感器和編碼電機；4.充電電池：符全國家安全規(guī)定，容量不少于2000mAh。套26超算服務終端1.CPU：八核處理器,運行頻率不小于3.0GHZ；2.內(nèi)存：不小于32GB；3.硬盤：存儲容量不小于1TB；4.顯卡：存儲容量不小于8GB；5.網(wǎng)絡：支持WiFi模塊和千兆網(wǎng)卡。臺1六、教學內(nèi)容基于創(chuàng)新思維的選題原則，我校與XXX教師合作，結(jié)合我?，F(xiàn)有的硬件資源和教學資源，設計了適合我校五年級學生創(chuàng)新思維發(fā)展的校本課程《AI上智慧生活》。該課程以“未來智慧生活設計規(guī)劃”為主題，由一系列具有挑戰(zhàn)性的真實生活中遇到的問題組成，課程包含電子電路知識、模塊拼裝、編程等內(nèi)容，學生需要通過合作學習，制作合理的解決方案。在該課程中，學習者將通過一系列分解主題的學習，如智能臺燈、智能風扇等，理解智慧生活規(guī)劃設計的意義，學習掌握生態(tài)生活、智慧生活、可持續(xù)發(fā)展等概念，具體內(nèi)容如圖3所示。課程階段建議授課教師建議課時課程主題課程主題概述預備階段學校老師1人工智能課堂先導設備拆箱及歸類，設備清單核對AI上智慧生活優(yōu)必選老師/學校老師2智能臺燈（1）通過完成“智能臺燈”模型的搭建和編程

（2）掌握套盒中積木零件的安裝方法以及uKitEDU軟件的基本操作方法

（3）理解“如果…執(zhí)行…”邏輯，了解聲音傳感器和眼燈的功能，體驗編程的樂趣學校老師2智能風扇（1）通過完成“智能風扇”模型的搭建和編程

（2）理解“如果…否則…”的邏輯

（3）了解紅外傳感器的測距原理，并熟練運用直流電機，增強環(huán)保觀念。優(yōu)必選老師/學校老師2智能響鈴儀（1）通過完成“智能響鈴儀”模型的搭建和編程

（2）理解藍牙音箱的特點

（3）掌握藍牙音箱的功能以及代碼塊的使用，增強創(chuàng)造力。學校老師2我的智慧花園（1）了解亮度傳感器的應用

（2）學會亮度傳感器的使用方法

（3）樹立親近自然、愛護花草樹木的觀念圖3《AI上智慧生活》教學內(nèi)容七、學習資源學習資源是學習有效開展的必要保證。基于創(chuàng)新思維的小學創(chuàng)客教育強調(diào)教師根據(jù)學習者的自主創(chuàng)造設計需求靈活開展活動，環(huán)境與資源的設計需要堅持開放性的原則，開放性的環(huán)境允許學習者和教師隨時隨地提供開放性的學習資源，支持學習者更好地創(chuàng)新設計，將想法變?yōu)楝F(xiàn)實。教師為學習者動態(tài)提供學習資源，學習者可以根據(jù)學習需求和學習進度選擇學習資源，如圖5所示。AI上智慧生活課程主題課程參考資料人工智能課堂先導開課前校內(nèi)師訓及開課前素材包智能臺燈/VVideoOpen?id=1587&courseId=52&paperId=

教師用書智能風扇/VVideoOpen?id=1593&courseId=52&paperId=

教師用書智能響鈴儀/VVideoOpen?id=1632&courseId=52&paperId=

教師用書我的智慧花園/VVideoOpen?id=1607&courseId=52&paperId=

教師用書圖5基于創(chuàng)新思維的小學創(chuàng)客教育教學活動學習資源八、教學評價1.作品質(zhì)量評價作品質(zhì)量評價是對學習者最終設計創(chuàng)造的作品進行評價，主要包括教師評價和學生互評。教師評價主要是教師基于自己的專業(yè)知識根，據(jù)創(chuàng)客大賽的評價原則，從創(chuàng)新性、科學性、實用性、藝術(shù)性、技術(shù)性5個角度考慮。學生互評則根據(jù)學生互評表和用戶意見反饋表進行評價。學生互評表以打星星的形式進行評價，主要創(chuàng)新性、科學性、實用性、藝術(shù)性、技術(shù)性5個維度進行評價，如圖6所示，給的星星越多，評價越好。用戶體驗反饋表，如圖7所示。在其他小組展示作品時，學習者可以將自己想象成為用戶，根據(jù)小組成員的對作品的展示介紹，從用戶的角度出發(fā)，為其提供反饋意見。2