小學人工智能課程項目式教學的設計與實施

【摘要】項目式教學以其對學生自主學習能力以及動手實踐能力的培養(yǎng)優(yōu)勢，與人工智能教育的培養(yǎng)理念不謀而合。因此，本文以“智能臺燈”一課為例，歸納出小學人工智能課程項目式教學流程，為人工智能教學創(chuàng)新提供借鑒。【關鍵詞】人工智能；項目式教學；教學設計本文旨在探討如何基于項目式教學開展小學人工智能教學，以提高小學生對人工智能知識的理解和應用的能力。項目式教學能夠很好滿足人工智能課程培養(yǎng)目標的需求，因此筆者結合項目式教學，以《AI上智慧生活（優(yōu)必選版）》（華東師范大學出版社2018年版）里的“智慧臺燈”一課為例分析小學人工智能教學的設計與實施。教學流程設計項目式教學是基于真實情境中遇到的問題，引導學生通過主動學習、合作探究來解決實際問題，進而促進學生有意義學習的一種教學模式。人工智能課程也需要通過解決真實問題，推動開展跨學科的主題學習活動。項目式教學方式恰好能夠滿足人工智能課程的需求。基于此，本文將項目式教學法與小學人工智能課程相結合，將教學流程劃分為以下幾個階段。1.創(chuàng)設情境，明確主題（項目啟動）在這一階段，教師需要通過創(chuàng)設與人工智能息息相關的真實生活情境，引發(fā)學生對項目主題產(chǎn)生強烈興趣，并從真實問題情境中，提煉出項目需求，從而明確項目主題。2.劃分小組，設計模型（項目規(guī)劃）教師應依據(jù)“組間同質、組內異質”的原則將全體學生劃分為不同的學習小組，每組2-3人。小組成員根據(jù)項目主題與需求，協(xié)商討論，設計出本小組的作品模型，并與教師一起制定項目具體的實施計劃。這個計劃應該包括項目的成員分工、器材需求以及編程條件等，可以借助學習任務單完成。3.項目制作，創(chuàng)意編程（項目實施）本階段是流程設計的核心階段，學生需要圍繞項目主題進行探索與實踐，與小組成員一起共同完成模型的硬件搭建以及軟件編程的工作。首先，小組合作完成第一部分“搭建”的相關任務。其次，完成第二部分“編程”的相關要求。教師應時刻觀察各學生小組制作模型的進展情況，要起到引導者的作用。4.展示交流，多元評價（項目展示）作品的分享有助于提高學生學習的能動性，促進學生學習熱情的提高。在分享的過程中，可以促進學生表達能力與多階思維的提升。因此，在人工智能項目式教學的過程中，教師應給予學生充分的展示交流機會。教學實施本文以“智能臺燈”為例，基于教學流程的設計，將小學人工智能課程教學劃分為如下四個實施階段。1.創(chuàng)設問題情境，明確“智能臺燈”主題教師創(chuàng)設這樣的問題情境：“在夜晚漆黑的情況下，小明同學想起床喝水，卻總是找不到臺燈的開關在哪里。親愛的同學們，你們有什么好的方法幫助小明解決這一難題呢？”通過生活中的真實問題，創(chuàng)設問題情境，引發(fā)學生思考。學生提出將聲控系統(tǒng)與傳統(tǒng)臺燈相結合這一解決方案，制出可以通過音量大小來控制開關的智能臺燈。2.劃分合作小組，設計“智能臺燈”模型在明確項目的需求目的后，教師引導學生合理分組，設計“智能臺燈”的模型。依據(jù)每個學生的特長和性格特點，合理分組，每個小組的人數(shù)控制在3人左右。在進行“智能臺燈”的模型設計時，教師可以利用生活中傳統(tǒng)臺燈的實物或者是圖片等，引導學生用心觀察臺燈的結構。臺燈的構造主要是起到支撐作用的燈座以及具有照明功能的燈柱。學生可設計增加聲音傳感器的臺燈模型。據(jù)此，學生在學習任務單上填寫所需器材的名稱及數(shù)量。3.完成“智能臺燈”搭建，編制“聲控”程序在這階段，學生完成硬件搭建和軟件編程工作。首先，學生小組合作完成第一部分“搭建”的相關任務。依據(jù)配套的“uKitEDU”APP中搭建手冊提供的步驟，利用器材包中提供的器材進行“智能臺燈”的硬件搭建，需要用到的硬件部分有主控、聲音傳感器、眼燈、開關等零部件。其次，完成第二部分“編程”的相關要求。學生小組集體分析項目需求，通過“uKitEDU”APP完成對應的程序編程，經(jīng)過反復測試，可以發(fā)現(xiàn)當聲音傳感器感受到外界環(huán)境音量高于150dB時打開開關是較為合適的，可以此為標準利用聲音傳感器來控制臺燈。學有余力的學生可以思考還可以從哪些方面改進自己的作品。4.展示“智能臺燈”，師生共同評價各學生小組的代表分別上臺進行作品的展示與講解，由一人負責“智能臺燈”功能的介紹，一人負責“智能臺燈”程序編寫的解釋，各小組其他成員提出建議。展示交流，一方面鍛煉了學生的口語表達能力；另一方面也促進了學生之間的相互學習。最后，學生在學習任務單上對有關作品、學生的制作表現(xiàn)以及合作能力進行組內評價和組間互評。教學總結1.創(chuàng)設真實問題情境，促進計算思維提升基于問題的項目式教學能夠將課程內容與真實情境進行有意義的關聯(lián)，為學生創(chuàng)設真實的學習情境和學習體驗。[1]教師從真實生活情境中提煉出層層遞進的問題串：（1）如何解決在黑暗環(huán)境中難以開啟臺燈這一問題呢？（2）通過聲音傳感器的使用來控制臺燈開關，那么應將聲音傳感器的數(shù)值設定為多少較為合適呢？（3）你還能將聲音傳感器運用在生活中的哪些地方呢？讓學生在真實情境中建立所學知識與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，從而提升學生思維的深度和廣度，2.巧設學習任務單，搭建自主學習橋梁學習任務單是學生開展自主學習的有效工具。在開展人工智能項目式教學時，可巧妙借助學習任務單，明晰學習任務。在課前準備階段，學生對照任務單清點并填寫開展本次項目所需的器材名稱及數(shù)量；在課中實施階段，教師巧設學習任務單，引導學生層層遞進達到學習目標；在課后展示階段，教師設計多種評價反饋方式，既可以生生互評，也可以師生共評。這樣可以有效提升教學效率。3.科學合理分組，構建學習共同體學生小組合作學習鍛煉發(fā)展了學生團結協(xié)作、溝通交流等