基于智能教室的小学教育教学活动实践案例

基于创新思维的小学创客教育教学活动实践探究---以XXX小学人工智能教室为例在我国“大众创新，万众创业”的大背景下，各地中小学积极结合校内特色、联合校外资源，开展创客教育，顺应时代潮流。然而，从目前国内创客教育的实际教学情况来看，学习活动设计重“造”轻“创”，教学目标侧重操作步骤和制作成品，重技术，在一定程度上限制了学生的创意想法。多数创客教育实践流于形式，更多的只是为学生提供了开阔视野、动手实践的机会，与提升学生的创造力、创新能力、创新思维的目标还存在一定的差距。创客教育亟需一种新的范式指导教与学，而创新思维对于创客教育具有“引领和指导作用”，引入创客教育教学实践中，可以弥补创客教育中存在的问题，为培养学生的创新能力提供指导。一、创客教育开展现状现阶段中小学的创客教育存在以下几个问题：学习者习惯于按照教师的步骤，模仿作品，学习过程沦为照着做，整个过程重“造”轻“创”；以结果导向的教学设计，限制了学习者创意想法的发挥，减少了教学过程的丰富性；课程教学中重技术轻思想，过分关注技术的炫酷，为了技术而教，忽视技术在具有共性且有意义的生活情境中地迁移与运用，忽视了技术人文价值。以上问题导致创客教育中学习者最终完成作品的形式单一、内容缺乏特色，对于学习者创新思维和创新能力的培养不足。学校中的创客教育流于形式，更多的只是为学生提供了动手实践、开拓视野的机会，与创新能力、创新意识的培养还存在一定的差距。所以创客教育亟需相关理念的指导、思想的引领和路径的指引，改进与完善现有的教学教育教学活动设计，指导教学设计和课程开发。创客教育理论基础（1）注重动手实践，让学生在“做中学”创客教育提倡“做中学”，让学习者从有意义的活动任务中获取有价值的知识。鼓励学习者动手实践，设计制造出能够解决现实问题的真实作品，创造的过程就是学习的过程。一个作品的创造往往需要多学科知识和技能的支持，因此，学习者在创造中需要不断学习新的知识，并在实践应用中将知识内化、巩固和提升。学习者不再为知识而学习，而是为了解决问题，在动手实践中学习，通过亲身体验，学生头脑中的知识建构可以更加自然、更加高效地发生。（2）从现实问题出发，培养学习者的问题解决能力创客教育提倡让学生回归真实的世界，从关注生活、关注自己与他人需求的过程中寻找创意设计灵感，始终坚持从生活中来到生活中去的原则。从现实的问题出发，将科学世界中的知识经验和学习者的生活世界相联系，促进学习者对于知识的理解和迁移运用，培养学习者发现问题和解决问题的能力。（3）鼓励学习者发挥创意，将想法变为现实创客教育的核心理念在于创意与制造，追求创意、创新是其重要价值取向，而制造个性化作品则是表达创新想法的途径。鼓励学习者自由发挥想象，尊重学习者的每一个想法，鼓励大胆实践，将想法变为现实。创客教育以实物作品为成果，但这并不是最终目的，作品只是学习者创新能力的载体、创意想法的体现，更要关注学习者创新能力的培养情况。因此，创客教育的教学结果，不仅要关注学习者的“造”，更要强调学习者的“创”，从而实现创客教育的价值。（4）强调团队合作与分享精神，促进全人发展创客教育通常以项目（主题）为主线，需要学习者以小组协作的方式进行学习，小组成员相互合作，相互启发，充分发挥自己的特长，有助于相互学习，共同成长。在创客教育中，鼓励学习者相互分享自己的创意想法、技术、知识技能以及创新成果，分享的过程中可以得到其他学习者的反馈，从而促进创新，同时使学习者获得社会性交往的技能，促进全人发展，从而能够更好地适应未来的社会。三、实践思路实践是检验真理的唯一标准。基于创新思维的小学创客教育教学活动需要在实践中得到检验和启发，需要应用于教学实践，发现问题并得到反馈修改建议，才能使其获得真正的实际意义，才能使其得到持久的发展。通过对比分析多种典型的设计思维框架，构建了基于创新思维的小学创客教育教学活动设计框架，如图1所示。那么，在设计框架指导下的教学活动对于学习者自主发现问题和解决问题的能力、学习兴趣和学习能力有何影响？该框架所指导设计的教学步骤是否合理？这些问题需要在教学实践中得到解答，因此，本研究以XXX小学人工智能教室为例，开展教学实践。四、实验对象主要以本校五年级学生为主，每周2节课（分单双周），每节课时长为40分钟。另选取本校三、四、六年级部分学生以开设兴趣小组的形式进行，每周3节课，每节课时长为40分钟。五、教学环境类别名称功能和要求单位数量教学区通用装备基础装修1.支持教学活动的实验室环境，教学用地面积不小于70㎡；2.配备定制化造型台、物品存储和展示柜、投影仪和幕布（或电子白板）、学生桌椅等教学设施。间1无线网络设备1.支持教学活动的无线网络、计算等功能，同时支持50路终端接入，可完成移动设备屏幕无线投射至大屏幕；2.网络标准：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11acwave2；3.最高传输速率：3Gbps（1733Mbps+867Mbps+400Mbps)；4.频率范围：三频（2.4GHz、5GHz、5GHz）。台1智能中控系统1.支持投影机、新风、背景音乐、视频源、灯光、智能家居等AIOT网关集中控制；2.可通过语音识别对空调、窗帘、灯光等室内设备进行语音交互控制。套1人工智能专用教学装备教学机器人1.外观要求：类人型的机器人组件，无需拼接组装（其中教师版高度应不低于60cm）；2.材料：ABS塑料，安全环保材料；3.传感器：包括测距传感器、巡线传感器、陀螺仪、触摸传感器；4.交互设备：包括摄像头、麦克风、扬声器、显示屏等，可编程控制。台26教学平板（教师端）1.安卓操作系统，存储容量不小于16GB；2.四核处理器,2GB以上运行内存；3.屏幕尺寸不小于10.1英寸,分辨率不小于1920*1200；4.具有陀螺仪、手写、多点触控、投屏等功能；5.网络支持：支持WiFi2.4G与5G频段；6.电池容量：不小于5000mAh锂聚合物电池。台1教学平板（学生端）台25人工智能开源硬件（基础版）1.拼接结构组件:环保塑料拼接结构件；2.AI组件：包括AI能力开发板、高清摄像头、线性麦克风阵列等；3.传感器组件：包括Arduino驱动板、颜色识别、RGB灯、气体、超声波、循迹、光敏、红外、温湿度等传感器和编码电机；4.充电电池：符全国家安全规定，容量不少于2000mAh。套26人工智能开源硬件（进阶版）1.拼接结构组件:环保铝合金拼接结构件；2.AI组件：包括AI能力开发板、高清摄像头、线性麦克风阵列等；3.传感器组件：包括Arduino驱动板、颜色识别、RGB灯、气体、超声波、循迹、光敏、红外、温湿度等传感器和编码电机；4.充电电池：符全国家安全规定，容量不少于2000mAh。套26超算服务终端1.CPU：八核处理器,运行频率不小于3.0GHZ；2.内存：不小于32GB；3.硬盘：存储容量不小于1TB；4.显卡：存储容量不小于8GB；5.网络：支持WiFi模块和千兆网卡。台1六、教学内容基于创新思维的选题原则，我校与XXX教师合作，结合我校现有的硬件资源和教学资源，设计了适合我校五年级学生创新思维发展的校本课程《AI上智慧生活》。该课程以“未来智慧生活设计规划”为主题，由一系列具有挑战性的真实生活中遇到的问题组成，课程包含电子电路知识、模块拼装、编程等内容，学生需要通过合作学习，制作合理的解决方案。在该课程中，学习者将通过一系列分解主题的学习，如智能台灯、智能风扇等，理解智慧生活规划设计的意义，学习掌握生态生活、智慧生活、可持续发展等概念，具体内容如图3所示。课程阶段建议授课教师建议课时课程主题课程主题概述预备阶段学校老师1人工智能课堂先导设备拆箱及归类，设备清单核对AI上智慧生活优必选老师/学校老师2智能台灯（1）通过完成“智能台灯”模型的搭建和编程

（2）掌握套盒中积木零件的安装方法以及uKitEDU软件的基本操作方法

（3）理解“如果…执行…”逻辑，了解声音传感器和眼灯的功能，体验编程的乐趣学校老师2智能风扇（1）通过完成“智能风扇”模型的搭建和编程

（2）理解“如果…否则…”的逻辑

（3）了解红外传感器的测距原理，并熟练运用直流电机，增强环保观念。优必选老师/学校老师2智能响铃仪（1）通过完成“智能响铃仪”模型的搭建和编程

（2）理解蓝牙音箱的特点

（3）掌握蓝牙音箱的功能以及代码块的使用，增强创造力。学校老师2我的智慧花园（1）了解亮度传感器的应用

（2）学会亮度传感器的使用方法

（3）树立亲近自然、爱护花草树木的观念图3《AI上智慧生活》教学内容七、学习资源学习资源是学习有效开展的必要保证。基于创新思维的小学创客教育强调教师根据学习者的自主创造设计需求灵活开展活动，环境与资源的设计需要坚持开放性的原则，开放性的环境允许学习者和教师随时随地提供开放性的学习资源，支持学习者更好地创新设计，将想法变为现实。教师为学习者动态提供学习资源，学习者可以根据学习需求和学习进度选择学习资源，如图5所示。AI上智慧生活课程主题课程参考资料人工智能课堂先导开课前校内师训及开课前素材包智能台灯/VVideoOpen?id=1587&courseId=52&paperId=

教师用书智能风扇/VVideoOpen?id=1593&courseId=52&paperId=

教师用书智能响铃仪/VVideoOpen?id=1632&courseId=52&paperId=

教师用书我的智慧花园/VVideoOpen?id=1607&courseId=52&paperId=

教师用书图5基于创新思维的小学创客教育教学活动学习资源八、教学评价1.作品质量评价作品质量评价是对学习者最终设计创造的作品进行评价，主要包括教师评价和学生互评。教师评价主要是教师基于自己的专业知识根，据创客大赛的评价原则，从创新性、科学性、实用性、艺术性、技术性5个角度考虑。学生互评则根据学生互评表和用户意见反馈表进行评价。学生互评表以打星星的形式进行评价，主要创新性、科学性、实用性、艺术性、技术性5个维度进行评价，如图6所示，给的星星越多，评价越好。用户体验反馈表，如图7所示。在其他小组展示作品时，学习者可以将自己想象成为用户，根据小组成员的对作品的展示介绍，从用户的角度出发，为其提供反馈意见。2