小學(xué)人工智能項目式教學(xué)的設(shè)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(xué)設(shè)計與實施，構(gòu)建具有參考價值的、普遍適用性的教學(xué)策略依據(jù)和實施路徑，結(jié)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(xué)的具體設(shè)計與操作指南?！娟P(guān)鍵詞】小學(xué)人工智能；項目式教學(xué)；設(shè)計實施小學(xué)人工智能教學(xué)的背景和現(xiàn)狀1.人工智能教學(xué)的背景與現(xiàn)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(xué)，開設(shè)相關(guān)課程，創(chuàng)新與深化課程內(nèi)容。筆者所在廣州市于2020年全面推開中小學(xué)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(shè)三到八年級人工智能課程，每學(xué)期的課時數(shù)為12至16節(jié)。相關(guān)研究表明，大多數(shù)學(xué)校人工智能教育主要為編程設(shè)計、創(chuàng)客和STEAM等方面的教育，也有少數(shù)學(xué)校大幅增加了新的內(nèi)容?，F(xiàn)階段國家中小學(xué)基本必修課程沒有設(shè)置人工智能教育課程，因此與之匹配的教材、教學(xué)設(shè)備及實施環(huán)境均缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有些中小學(xué)人工智能教學(xué)存在困難。2.項目式教學(xué)在小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用項目式教學(xué)是以學(xué)生為中心，以掌握核心概念為直接目標(biāo)，以解決驅(qū)動性問題及培養(yǎng)高階認知策略為任務(wù)，學(xué)生通過探索、體驗等自主構(gòu)建知識認知的一種學(xué)習(xí)形態(tài)。項目式教學(xué)與跨學(xué)科融合課程適合人工智能多學(xué)科融合的特點，學(xué)生可在教師引導(dǎo)下，通過對人工智能項目的探索，在體驗中構(gòu)建自主認知。小學(xué)人工智能教學(xué)策略和實施路徑在小學(xué)人工智能項目式教學(xué)設(shè)計中，有些教師存在重“設(shè)計”，缺“真實”，學(xué)生參與項目中有距離感；重“概念”，輕“體驗”；重“中學(xué)”缺“小學(xué)”，缺少實踐案例等方面的問題。1.小學(xué)人工智能項目式教學(xué)設(shè)計的策略項目式教學(xué)設(shè)計是在真實情境里開展的任務(wù)學(xué)習(xí)，目的在于創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，學(xué)生在探究中獲得知識和技能。人工智能項目式教學(xué)要設(shè)計真實情境，賦予學(xué)生參與角色，讓學(xué)生通過完成擬真化的人工智能項目式教學(xué)任務(wù)，掌握相關(guān)理念與技能。（1）模擬學(xué)生的生活經(jīng)驗，作為項目式教學(xué)設(shè)計情境的依據(jù)。沒有生活經(jīng)驗的場景，不符合學(xué)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(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、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(xué)使用，場境要從熟悉的無人機開始，激發(fā)學(xué)生的求知欲。（2）以解決學(xué)生的真實問題作為項目式教學(xué)主題的依據(jù)。項目式教學(xué)主題設(shè)計應(yīng)把技術(shù)應(yīng)用實踐融入生活化場景中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力。例如，“智能穿戴”項目式教學(xué)以智能手表入手，學(xué)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(xué)生的核心素養(yǎng)作為項目式教學(xué)目標(biāo)的依據(jù)。項目式教學(xué)的目標(biāo)需凸顯學(xué)科特征及學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)。如：“走進人工智能”的目標(biāo)就是學(xué)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(shù)，通過與陪伴機器人“交流”體驗機器人的智能活動。2.小學(xué)人工智能項目式教學(xué)的實施路徑小學(xué)人工智能項目式教學(xué)的核心目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生的人工智能意識與智慧社會責(zé)任感，增強學(xué)生創(chuàng)新思維與相應(yīng)能力，使學(xué)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(xué)人工智能教學(xué)平臺為例（圖1），構(gòu)建虛擬教學(xué)場景，挖掘教學(xué)資源，優(yōu)化整合軟硬件，創(chuàng)設(shè)生活化場景的實施途徑，使學(xué)生通過體驗與應(yīng)用，自主掌握知識與技能。此項目教學(xué)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(shè)計，引導(dǎo)學(xué)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(gòu)認知，有效培養(yǎng)學(xué)生計算思維等信息核心素養(yǎng)。小學(xué)人工智能項目式教學(xué)實踐案例1.“我的智能房間”項目式教學(xué)（1）主題。構(gòu)建“我的智能房間”項目式教學(xué)主題。以程序設(shè)計單元為內(nèi)容，將單元知識里的控制智能家電的原理、傳感器與虛擬數(shù)據(jù)、編程設(shè)計等虛擬智能家居情況模式，融入現(xiàn)實生活場景。（2）實施。一是創(chuàng)設(shè)“我的房間”場景。學(xué)生根據(jù)前期調(diào)研與智能化的要求對自己的房間進行個性化設(shè)計與思考。二是學(xué)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(dǎo)學(xué)生，根據(jù)智能化原則，把相關(guān)建議轉(zhuǎn)化為通過編程可完成的任務(wù)。最后，學(xué)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(biāo)。這個項目式教學(xué)的目標(biāo)以“語音識別和語音合成”的人工智能通識為主線，實現(xiàn)智能房間的體驗、實驗、應(yīng)用三個活動環(huán)節(jié)，在項目探索中使學(xué)生構(gòu)建人工智能知識，思考人工智能帶來的便捷。（4）成效。一是學(xué)生認識程序結(jié)構(gòu)，學(xué)會使用編程代碼模塊。運用編程軟件進行教學(xué)，通過項目學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握圖形化的基礎(chǔ)代碼程序模塊的順序、循環(huán)及相關(guān)分支的認知與使用。二是學(xué)生通過合作探究、個人探索，體驗程序設(shè)計方法的建構(gòu)過程，增強自主合作學(xué)習(xí)能力及信息計算思維。三是提升學(xué)生的信息意識及社會責(zé)任感。2.“讓機器聽懂你的話”項目式教學(xué)（1）主題。構(gòu)建“讓機器聽懂你的話”項目式教學(xué)主題。學(xué)生圍繞語音識別應(yīng)用、智能家居語音控制、語音識別軟件轉(zhuǎn)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(nèi)容。（2）實施。一是啟發(fā)學(xué)生觀察、體驗、發(fā)現(xiàn)生活中語音識別的應(yīng)用。二是讓學(xué)生探索、分享語音識別的運用場景及其優(yōu)缺點。三是讓學(xué)生思考語音識別可運用的場景，培養(yǎng)學(xué)生運用技術(shù)解決問題的思維方式。（3）目標(biāo)。學(xué)生通過語音識別應(yīng)用軟件的體驗、實驗和應(yīng)用等探究活動，了解相關(guān)軟件的工作基本原理，體驗語音識別技術(shù)的社會價值，激發(fā)自己探索未知領(lǐng)域的興趣。（4）反思。本項目式教學(xué)設(shè)計注重課堂的生成性，強調(diào)學(xué)生在教師引領(lǐng)下對知識的自主建構(gòu)性，通過“關(guān)鍵問題—項目驅(qū)動—高階認知—探索實踐—交流互動—全程評價”環(huán)