小学人工智能项目式教学的设计与实施

【摘要】本文以广州市教材为例，探索人工智能项目式教学设计与实施，构建具有参考价值的、普遍适用性的教学策略依据和实施路径，结合“我的智能房间”“让机器听你话”两个项目范例，提出人工智能项目式教学的具体设计与操作指南。【关键词】小学人工智能；项目式教学；设计实施小学人工智能教学的背景和现状1.人工智能教学的背景与现状我国于2017年、2018年先后颁布了《新一代人工智能发展规划》《教育信息化2.0行动计划》等重要文件，试点并逐步开展人工智能教学，开设相关课程，创新与深化课程内容。笔者所在广州市于2020年全面推开中小学人工智能教育，使用广州市教育研究院编写的《人工智能》教材，开设三到八年级人工智能课程，每学期的课时数为12至16节。相关研究表明，大多数学校人工智能教育主要为编程设计、创客和STEAM等方面的教育，也有少数学校大幅增加了新的内容。现阶段国家中小学基本必修课程没有设置人工智能教育课程，因此与之匹配的教材、教学设备及实施环境均缺乏统一标准，有些中小学人工智能教学存在困难。2.项目式教学在小学教学中的应用项目式教学是以学生为中心，以掌握核心概念为直接目标，以解决驱动性问题及培养高阶认知策略为任务，学生通过探索、体验等自主构建知识认知的一种学习形态。项目式教学与跨学科融合课程适合人工智能多学科融合的特点，学生可在教师引导下，通过对人工智能项目的探索，在体验中构建自主认知。小学人工智能教学策略和实施路径在小学人工智能项目式教学设计中，有些教师存在重“设计”，缺“真实”，学生参与项目中有距离感；重“概念”，轻“体验”；重“中学”缺“小学”，缺少实践案例等方面的问题。1.小学人工智能项目式教学设计的策略项目式教学设计是在真实情境里开展的任务学习，目的在于创设真实的问题情境，学生在探究中获得知识和技能。人工智能项目式教学要設计真实情境，赋予学生参与角色，让学生通过完成拟真化的人工智能项目式教学任务，掌握相关理念与技能。（1）模拟学生的生活经验，作为项目式教学设计情境的依据。没有生活经验的场景，不符合学生认知，无法引起共鸣。使用生活模拟，场景更趋于真实，可避免场景超出学生的知识结构、认知水平和生活环境。如人工智能的军事化、工业化教学使用，场境要从熟悉的无人机开始，激发学生的求知欲。（2）以解决学生的真实问题作为项目式教学主题的依据。项目式教学主题设计应把技术应用实践融入生活化场景中，培养学生发现、解决问题的能力。例如，“智能穿戴”项目式教学以智能手表入手，学生从使用者的角度对智能手表进行改进与优化。（3）以培养学生的核心素养作为项目式教学目标的依据。项目式教学的目标需凸显学科特征及学生的核心素养培养。如：“走进人工智能”的目标就是学生通过虚拟体验“醒目仔奇妙的一天”，认识生活中的人工智能技术，通过与陪伴机器人“交流”体验机器人的智能活动。2.小学人工智能项目式教学的实施路径小学人工智能项目式教学的核心目标在于培养学生的人工智能意识与智慧社会责任感，增强学生创新思维与相应能力，使学生初步形成信息伦理等未来社会需要的必备品格。本文以广州中小学人工智能教学平台为例（图1），构建虚拟教学场景，挖掘教学资源，优化整合软硬件，创设生活化场景的实施途径，使学生通过体验与应用，自主掌握知识与技能。此项目教学实施路径：以生活实践为项目，以项目问题、项目环节的层层递进设计，引导学生主动探究，通过项目小组合作、作品分享、师生评价等途径，进行知识探究，体验认识过程，自我建构认知，有效培养学生计算思维等信息核心素养。小学人工智能项目式教学实践案例1.“我的智能房间”项目式教学（1）主题。构建“我的智能房间”项目式教学主题。以程序设计单元为内容，将单元知识里的控制智能家电的原理、传感器与虚拟数据、编程设计等虚拟智能家居情况模式，融入现实生活场景。（2）实施。一是创设“我的房间”场景。学生根据前期调研与智能化的要求对自己的房间进行个性化设计与思考。二是学生提出对自己房间进行个性化智能改造的具体建议。三是教师引导学生，根据智能化原则，把相关建议转化为通过编程可完成的任务。最后，学生通过合作解决问题，在自主编写与完成“我的智能房间”项目过程中，发展了创新思维能力。（3）目标。这个项目式教学的目标以“语音识别和语音合成”的人工智能通识为主线，实现智能房间的体验、实验、应用三个活动环节，在项目探索中使学生构建人工智能知识，思考人工智能带来的便捷。（4）成效。一是学生认识程序结构，学会使用编程代码模块。运用编程软件进行教学，通过项目学习使学生掌握图形化的基础代码程序模块的顺序、循环及相关分支的认知与使用。二是学生通过合作探究、个人探索，体验程序设计方法的建构过程，增强自主合作学习能力及信息计算思维。三是提升学生的信息意识及社会责任感。2.“让机器听懂你的话”项目式教学（1）主题。构建“让机器听懂你的话”项目式教学主题。学生围绕语音识别应用、智能家居语音控制、语音识别软件转文字、语音翻译等情景，初步接触语音识别背后的原理，感受科技为生活带来的便利等内容。（2）实施。一是启发学生观察、体验、发现生活中语音识别的应用。二是让学生探索、分享语音识别的运用场景及其优缺点。三是让学生思考语音识别可运用的场景，培养学生运用技术解决问题的思维方式。（3）目标。学生通过语音识别应用软件的体验、实验和应用等探究活动，了解相关软件的工作基本原理，体验语音识别技术的社会价值，激发自己探索未知领域的兴趣。（4）反思。本项目式教学设计注重课堂的生成性，强调学生在教师引领下对知识的自主建构性，通过“关键问题—项目驱动—高阶认知—探索实践—交流互动—全程评价”环