小學人工智能項目式教學的設計與實施

【摘要】本文以廣州市教材為例，探索人工智能項目式教學設計與實施，構建具有參考價值的、普遍適用性的教學策略依據和實施路徑，結合“我的智能房間”“讓機器聽你話”兩個項目范例，提出人工智能項目式教學的具體設計與操作指南?！娟P鍵詞】小學人工智能；項目式教學；設計實施小學人工智能教學的背景和現狀1.人工智能教學的背景與現狀我國于2017年、2018年先后頒布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《教育信息化2.0行動計劃》等重要文件，試點并逐步開展人工智能教學，開設相關課程，創(chuàng)新與深化課程內容。筆者所在廣州市于2020年全面推開中小學人工智能教育，使用廣州市教育研究院編寫的《人工智能》教材，開設三到八年級人工智能課程，每學期的課時數為12至16節(jié)。相關研究表明，大多數學校人工智能教育主要為編程設計、創(chuàng)客和STEAM等方面的教育，也有少數學校大幅增加了新的內容?，F階段國家中小學基本必修課程沒有設置人工智能教育課程，因此與之匹配的教材、教學設備及實施環(huán)境均缺乏統(tǒng)一標準，有些中小學人工智能教學存在困難。2.項目式教學在小學教學中的應用項目式教學是以學生為中心，以掌握核心概念為直接目標，以解決驅動性問題及培養(yǎng)高階認知策略為任務，學生通過探索、體驗等自主構建知識認知的一種學習形態(tài)。項目式教學與跨學科融合課程適合人工智能多學科融合的特點，學生可在教師引導下，通過對人工智能項目的探索，在體驗中構建自主認知。小學人工智能教學策略和實施路徑在小學人工智能項目式教學設計中，有些教師存在重“設計”，缺“真實”，學生參與項目中有距離感；重“概念”，輕“體驗”；重“中學”缺“小學”，缺少實踐案例等方面的問題。1.小學人工智能項目式教學設計的策略項目式教學設計是在真實情境里開展的任務學習，目的在于創(chuàng)設真實的問題情境，學生在探究中獲得知識和技能。人工智能項目式教學要設計真實情境，賦予學生參與角色，讓學生通過完成擬真化的人工智能項目式教學任務，掌握相關理念與技能。（1）模擬學生的生活經驗，作為項目式教學設計情境的依據。沒有生活經驗的場景，不符合學生認知，無法引起共鳴。使用生活模擬，場景更趨于真實，可避免場景超出學生的知識結構、認知水平和生活環(huán)境。如人工智能的軍事化、工業(yè)化教學使用，場境要從熟悉的無人機開始，激發(fā)學生的求知欲。（2）以解決學生的真實問題作為項目式教學主題的依據。項目式教學主題設計應把技術應用實踐融入生活化場景中，培養(yǎng)學生發(fā)現、解決問題的能力。例如，“智能穿戴”項目式教學以智能手表入手，學生從使用者的角度對智能手表進行改進與優(yōu)化。（3）以培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)作為項目式教學目標的依據。項目式教學的目標需凸顯學科特征及學生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)。如：“走進人工智能”的目標就是學生通過虛擬體驗“醒目仔奇妙的一天”，認識生活中的人工智能技術，通過與陪伴機器人“交流”體驗機器人的智能活動。2.小學人工智能項目式教學的實施路徑小學人工智能項目式教學的核心目標在于培養(yǎng)學生的人工智能意識與智慧社會責任感，增強學生創(chuàng)新思維與相應能力，使學生初步形成信息倫理等未來社會需要的必備品格。本文以廣州中小學人工智能教學平臺為例（圖1），構建虛擬教學場景，挖掘教學資源，優(yōu)化整合軟硬件，創(chuàng)設生活化場景的實施途徑，使學生通過體驗與應用，自主掌握知識與技能。此項目教學實施路徑：以生活實踐為項目，以項目問題、項目環(huán)節(jié)的層層遞進設計，引導學生主動探究，通過項目小組合作、作品分享、師生評價等途徑，進行知識探究，體驗認識過程，自我建構認知，有效培養(yǎng)學生計算思維等信息核心素養(yǎng)。小學人工智能項目式教學實踐案例1.“我的智能房間”項目式教學（1）主題。構建“我的智能房間”項目式教學主題。以程序設計單元為內容，將單元知識里的控制智能家電的原理、傳感器與虛擬數據、編程設計等虛擬智能家居情況模式，融入現實生活場景。（2）實施。一是創(chuàng)設“我的房間”場景。學生根據前期調研與智能化的要求對自己的房間進行個性化設計與思考。二是學生提出對自己房間進行個性化智能改造的具體建議。三是教師引導學生，根據智能化原則，把相關建議轉化為通過編程可完成的任務。最后，學生通過合作解決問題，在自主編寫與完成“我的智能房間”項目過程中，發(fā)展了創(chuàng)新思維能力。（3）目標。這個項目式教學的目標以“語音識別和語音合成”的人工智能通識為主線，實現智能房間的體驗、實驗、應用三個活動環(huán)節(jié)，在項目探索中使學生構建人工智能知識，思考人工智能帶來的便捷。（4）成效。一是學生認識程序結構，學會使用編程代碼模塊。運用編程軟件進行教學，通過項目學習使學生掌握圖形化的基礎代碼程序模塊的順序、循環(huán)及相關分支的認知與使用。二是學生通過合作探究、個人探索，體驗程序設計方法的建構過程，增強自主合作學習能力及信息計算思維。三是提升學生的信息意識及社會責任感。2.“讓機器聽懂你的話”項目式教學（1）主題。構建“讓機器聽懂你的話”項目式教學主題。學生圍繞語音識別應用、智能家居語音控制、語音識別軟件轉文字、語音翻譯等情景，初步接觸語音識別背后的原理，感受科技為生活帶來的便利等內容。（2）實施。一是啟發(fā)學生觀察、體驗、發(fā)現生活中語音識別的應用。二是讓學生探索、分享語音識別的運用場景及其優(yōu)缺點。三是讓學生思考語音識別可運用的場景，培養(yǎng)學生運用技術解決問題的思維方式。（3）目標。學生通過語音識別應用軟件的體驗、實驗和應用等探究活動，了解相關軟件的工作基本原理，體驗語音識別技術的社會價值，激發(fā)自己探索未知領域的興趣。（4）反思。本項目式教學設計注重課堂的生成性，強調學生在教師引領下對知識的自主建構性，通過“關鍵問題—項目驅動—高階認知—探索實踐—交流互動—全程評價”環(huán)