指向創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的信息科技項目式學(xué)習(xí)

創(chuàng)新是人類社會發(fā)展的不竭動力?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）將以往習(xí)慣使用的“信息技術(shù)”改為“信息科技”。課程名稱的改變體現(xiàn)了教育思想和教學(xué)思維的重大變革[1]。隨著課標(biāo)逐步落地，以“創(chuàng)新”為基因的義務(wù)教育信息科技學(xué)科堅持目標(biāo)、問題、創(chuàng)新導(dǎo)向，明確要求“跨學(xué)科”教學(xué)占總課時不少于10%[2]。推進“跨學(xué)科”探索，項目式學(xué)習(xí)無疑是教師的優(yōu)先選擇之一。但是，當(dāng)前推行基于課標(biāo)的義務(wù)教育信息科技項目式學(xué)習(xí)存在五大難題。一是與生活結(jié)合不夠。教師在設(shè)計項目時局限于書本知識與虛擬場景，缺乏與真實生活場景的結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)習(xí)內(nèi)容脫離實際。二是與實踐結(jié)合不夠。教學(xué)中，常常因為時間及設(shè)計問題無法形成解決問題的閉環(huán)，忽視了培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，導(dǎo)致學(xué)生應(yīng)用能力薄弱。三是學(xué)生效能感不強。在沒有系統(tǒng)支持的情況下，教師極易忽視個別學(xué)生，造成其學(xué)習(xí)價值感與個人成就感偏低。四是缺乏對多維評價的關(guān)注。教師在落實課標(biāo)過程中，還存在評價體系滯后且單一，太過偏重于冰冷的“0”與“1”，忽視學(xué)生創(chuàng)新能力、團隊合作能力培養(yǎng)等問題。五是缺乏對信息責(zé)任的關(guān)注。在信息科技教學(xué)中，教師往往缺乏對學(xué)生信息倫理的教育，對學(xué)生引導(dǎo)不夠，容易產(chǎn)生運用技術(shù)侵犯隱私、違反法律等問題[3]。這些難題的存在不僅制約了學(xué)生全面發(fā)展，而且影響信息科技人才隊伍培養(yǎng)質(zhì)量，與國家信息化戰(zhàn)略和社會發(fā)展的要求不相適應(yīng)。為破解這些難題，筆者以“智能天氣播報員”項目式學(xué)習(xí)為例，梳理創(chuàng)新思維能力的六大子思維，設(shè)計課中“過程學(xué)習(xí)單”、課后“思維評估單”及教學(xué)流程，將“學(xué)”與“教”同學(xué)生創(chuàng)新思維相對應(yīng)，并展示在智能學(xué)習(xí)環(huán)境支持下，教學(xué)流程與創(chuàng)新思維螺旋上升的過程，使多學(xué)科知識有效轉(zhuǎn)化為學(xué)生解決問題的創(chuàng)新思維能力。一、注重真實，設(shè)置項目基點（一）思維創(chuàng)新，明確主題學(xué)生創(chuàng)新思維能力指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，能夠以自己的思維方式獨立思考問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。本課，筆者以第二學(xué)段（三至四年級）數(shù)據(jù)編碼探秘“用數(shù)據(jù)講故事——智能天氣播報員”為主題設(shè)計教學(xué)活動?！坝脭?shù)據(jù)講故事”，即處理數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)更加生動，更易于服務(wù)生活。筆者將本課與人教版《義務(wù)教育教科書

數(shù)學(xué)四年級下冊》第8單元“統(tǒng)計”相關(guān)內(nèi)容有機結(jié)合，以練習(xí)22“記錄本地一周的氣溫，再計算出一周平均最高氣溫和最低氣溫”為教學(xué)基點，結(jié)合應(yīng)用“小飛機器人”的邏輯計算與聲紋識別技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生“用數(shù)據(jù)講天氣的故事”。（二）問題閉環(huán)，確立目標(biāo)在“智能天氣播報員”項目式學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生以“創(chuàng)新性地閉環(huán)解決問題”為總目標(biāo)，創(chuàng)造性遷移運用聲紋識別等技術(shù)。在總目標(biāo)下設(shè)立三個子目標(biāo)：教師情境創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生用人工智能技術(shù)解決實際問題，增強學(xué)生人工智能意識；用實踐任務(wù)驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)，提升學(xué)生運用“小飛機器人”計算及語音代碼塊的能力，啟發(fā)其實踐創(chuàng)新思維；基于語音代碼塊與天氣預(yù)報內(nèi)容設(shè)計的綜合應(yīng)用，增強學(xué)生社會責(zé)任感。（三）層層梳理，找準(zhǔn)痛點教學(xué)重點：一是“小飛機器人”計算代碼的應(yīng)用；二是“小飛機器人”語音代碼的應(yīng)用，特別是對喚醒與休眠功能、講解功能和聽到語音命令詞并回答的功能進行測試與評價；三是天氣預(yù)報內(nèi)容的設(shè)計與表達。教學(xué)難點：一是根據(jù)情境，引導(dǎo)學(xué)生綜合運用“小飛機器人”計算、語音等代碼解決實際問題；二是利用學(xué)習(xí)單，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計“小飛機器人”表達內(nèi)容，使其具有結(jié)構(gòu)性、邏輯性。（四）智能支持，創(chuàng)設(shè)環(huán)境除了使用教學(xué)課件、學(xué)習(xí)單之外，筆者在本課教學(xué)中還使用了“小飛5號機器人”和平板電腦。“小飛5號機器人”是一款可編程機器人，它的頭部與底部都配有可交互傳感器（如圖1），支持類似于摸頭的擬人交互。同時，此機器人還集成多種人工智能相關(guān)傳感器。教師、學(xué)生使用安卓系統(tǒng)的平板電腦登錄App通過無線網(wǎng)絡(luò)控制可編程機器人，可實現(xiàn)圖像識別、語音識別和人機對話功能?！靶★w機器人”還提供可編程接口，方便學(xué)生調(diào)用和實驗。二、力求多元，實施多維評價按照教學(xué)評一體化的思想，筆者開課伊始展示過程學(xué)習(xí)單與作品評估單，將“智能天氣播報員”項目成效評估前置，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)之初即明晰脈絡(luò)，進行系統(tǒng)思考。（一）課上“過程學(xué)習(xí)單”支撐思維過程顯現(xiàn)項目式學(xué)習(xí)強調(diào)“過程性”評價，以課堂流程與思維顯現(xiàn)為主。筆者將思維細化為目標(biāo)思維、計劃思維、算法思維、批判思維、評價思維和多維思維六項，設(shè)計“過程學(xué)習(xí)單”及題目，總分100分，題型以單項選擇題、多項選擇題、簡答題、連線題為主，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程呈現(xiàn)多元化、思維發(fā)展可視化。（二）課后“思維評估單”助力學(xué)生階段自為筆者實施“終結(jié)性”評價，除了考量“創(chuàng)新思維”外，還包括“項目流程”及“小飛機器人”。筆者根據(jù)小學(xué)三年級學(xué)生的理解能力，以描述問題的形式設(shè)計評估題目（見表1），隨評估單開展自評與組評，呈現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)。其目的是引導(dǎo)學(xué)生增強合作意識，調(diào)動學(xué)生參與的熱情，在小組項目式學(xué)習(xí)中找到價值感和成就感[4]。三、聚焦進階，促進能力發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維能力指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，能夠以自己的思維方式獨立思考問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。筆者結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者對創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的研究，將學(xué)生創(chuàng)新思維能力的發(fā)展分解為目標(biāo)思維、計劃思維、算法思維、批判思維、評價思維和多維思維在項目式學(xué)習(xí)中的具體達成。在“智能天氣播報員”項目式學(xué)習(xí)活動的教學(xué)中，筆者將教學(xué)環(huán)節(jié)與創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)對應(yīng)：確定問題對應(yīng)目標(biāo)思維；規(guī)劃方案對應(yīng)計劃思維；嘗試實踐對應(yīng)算法思維；修改優(yōu)化對應(yīng)批判思維；展示交流對應(yīng)評價思維；擴展延伸對應(yīng)多維思維（如圖2）。（一）確定問題教學(xué)活動：某天，一群特殊的客人來到學(xué)校參觀，他們當(dāng)中有一位盲人。他們來到學(xué)校的計算機實驗室，想讓機器人“小飛”向他們介紹一下最近一周的天氣情況。客人希望與“小飛”互動，讓“小飛”顯示或者說出最近一周的平均氣溫、最高溫度和最低溫度。設(shè)計意圖：設(shè)計真實情境，引導(dǎo)學(xué)生明確問題。這一環(huán)節(jié)是本節(jié)課的開端，幫助學(xué)生明確“為什么”，后面的所有環(huán)節(jié)都緊緊圍繞這個“為什么”展開。教師引導(dǎo)學(xué)生確立目標(biāo)，有助于提升學(xué)生的目標(biāo)思維，從而激發(fā)其觀察與思考。（二）規(guī)劃方案教學(xué)活動：“明確目標(biāo)后，到底怎么做才能達成目標(biāo)呢？”這時筆者利用流程圖，幫助學(xué)生厘清“做什么”。在筆者的引導(dǎo)下，學(xué)生自行繪制目標(biāo)分解圖，分組討論尋找最優(yōu)解。隨后，學(xué)生梳理出達成目標(biāo)的路徑，并把它寫在學(xué)習(xí)單上。規(guī)劃路徑如下：第一步，找尋最近一周的天氣數(shù)據(jù)表，對變量進行存儲與計算；第二步，明確“小飛”的觸發(fā)任務(wù)，即由學(xué)生點擊控制，用語音喚醒；第三步，編寫代碼實現(xiàn)兩種觸發(fā)下，從數(shù)據(jù)處理到語音表達的過程；第四步，優(yōu)化表述內(nèi)容，體現(xiàn)人文關(guān)懷，提升表現(xiàn)力。設(shè)計意圖：逐層分解問題，引導(dǎo)學(xué)生梳理流程。學(xué)生通過這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)會運用計劃思維將場景目標(biāo)細分為具體的操作步驟，繪制流程圖，為接下來“怎么做”提供思路。（三）嘗試實踐教學(xué)活動：本環(huán)節(jié)分為嘗試與實踐。在嘗試部分，根據(jù)規(guī)劃方案的四個步驟，筆者為學(xué)生演示“變量”“運算”“AI技能”“起始”板塊的代碼基本功能，并組織學(xué)生討論“每一步需要哪些代碼做支撐”。學(xué)生兩人一組進行觀察與討論后，在學(xué)習(xí)單上將代碼板塊粘貼到步驟位置。然后，筆者根據(jù)學(xué)生回答情況，幫助學(xué)生再次將計劃與實踐通過代碼鏈接起來。在實踐部分，筆者將代碼演示視頻作為微課發(fā)送到平臺上，供學(xué)生個性化學(xué)習(xí)時參考使用。學(xué)生根據(jù)個人節(jié)奏與掌握情況，兩人一組進行編程實戰(zhàn)（如圖3）。在學(xué)生編程過程中，筆者觀察各組情況，收集共性問題，并適時指導(dǎo)。設(shè)計意圖：嘗試應(yīng)用，鼓勵學(xué)生反復(fù)試錯。在這一環(huán)節(jié)，教師并不是將代碼直接教授給學(xué)生，而是帶領(lǐng)學(xué)生思考計劃與實施的關(guān)系、每步與哪些代碼相關(guān)、如何實現(xiàn)等問題，喚醒學(xué)生自我學(xué)習(xí)的主動性，幫助學(xué)生運用算法思維從問題出發(fā)，從功能切入，從代碼中找方法，逐漸靠近目標(biāo)。（四）修改優(yōu)化教學(xué)活動：針對上一環(huán)節(jié)收集的共性問題，筆者選擇典型問題組織學(xué)生討論，并提出建議。接下來，聚焦最后一步——“優(yōu)化表述內(nèi)容，體現(xiàn)人文關(guān)懷和提升表現(xiàn)力”，即進行語音喚醒休眠和“小飛”語言表達的優(yōu)化。筆者帶領(lǐng)學(xué)生深入分析客人情況，針對性設(shè)計表達環(huán)節(jié)，組織學(xué)生開展小組優(yōu)化代碼活動。學(xué)生在小組活動中可選擇不同的聲音、語句、表達方式，以及設(shè)置喚醒及休眠內(nèi)容來個性化地達成目標(biāo)。設(shè)計意圖：優(yōu)化目標(biāo)并引導(dǎo)學(xué)生個性化達成。在此過程中，學(xué)生根據(jù)對優(yōu)化呈現(xiàn)效果的需要，對“小飛”語音喚醒休眠和語言表達的技術(shù)進行學(xué)習(xí)。在優(yōu)化中，筆者鼓勵學(xué)生個性化表達，不再用一把尺子衡量所有學(xué)生，而是運用批判思維喚醒學(xué)生對內(nèi)容與形式進行辯證思考，讓學(xué)生在設(shè)計中學(xué)會分辨、分析與選擇，進而創(chuàng)造性提出個性化的解決方案。（五）展示交流教學(xué)活動：首先，筆者引導(dǎo)學(xué)生分享展示各自小組的作品，明確展示要求。學(xué)生以小組為單位，展示自己小組設(shè)計的“智能天氣播報員”。然后，筆者展示并介紹評價量表，引導(dǎo)學(xué)生使用評價量表。最后，學(xué)生分組展示，提出“自贊”與“他贊”并填寫評價量表。設(shè)計意圖：分組展示交流，進行正向評價。本環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生分享表達能力，引導(dǎo)學(xué)生對作品進行正向的自評與互評，培養(yǎng)學(xué)生多角色的評價思維能力，以評價促進學(xué)生提升作品的整體觀感并豐富優(yōu)化策略。（六）擴展延伸教學(xué)活動：筆者引導(dǎo)學(xué)生思考還可以用更智能的方式實現(xiàn)“天氣播報員”智能播報，并組織學(xué)生討論、分享。接著，播放視頻：用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)解決天氣預(yù)測問題的最新方式與成效。其后，引導(dǎo)學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)和生活中，按照自己的想法設(shè)計更智能的“天氣播報員”。設(shè)計意圖：出示延伸材料，擴展學(xué)生思維邊界。課標(biāo)對七至九年級信息科技跨學(xué)科主題課程提出了以“在線數(shù)字氣象站”為主題的教學(xué)建議。本環(huán)節(jié)，筆者將“課堂之終”作為“思維之始”，運用多維思維引導(dǎo)學(xué)生思考解決問題的空間多維、方式多維與形式多維等，從而喚醒學(xué)生對改造與創(chuàng)新世界的無限期待。在“智能天氣播報員”項目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生在