人工智能賦能五育融合大單元教學的實踐探究

培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人是學校落實育人目標的素養(yǎng)要求，也是學校發(fā)展素質(zhì)教育、實現(xiàn)學生完整生命目標的核心要求。然而，目前學校教育存在片面育人的情況。教師以傳統(tǒng)的課時單元方式授課，課時之間的內(nèi)容往往缺乏有效的銜接，導致學生所學知識是零散碎片化的。這種方式不利于培養(yǎng)學生的高階思維、知識遷移能力、創(chuàng)新意識，以及運用數(shù)字化手段解決學習和生活復雜問題的能力。為了解決這些問題，我們需要關(guān)注五育融合，而大單元教學是實現(xiàn)深度學習的實踐路徑。隨著技術(shù)的不斷革新，人工智能（ArtificialIntelligence，AI）應(yīng)用場景已經(jīng)涉及社會各個領(lǐng)域，其中蘊含著豐富的德育、智育、體育、美育、勞動教育等內(nèi)容。合理運用人工智能的資源和工具開展五育融合大單元教學，不僅可以為教育注入活力，也是推動課堂教學改革、促進學科核心素養(yǎng)落地、實現(xiàn)課程育人價值的有效路徑?；谖逵诤系睦砟?，筆者設(shè)計了大單元課程“智能養(yǎng)老院”，開展了人工智能與教育教學深度融合的實踐探索。一、人工智能賦能五育融合大單元教學的優(yōu)勢（一）浸潤——開辟課程育人路徑應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以為課程開辟“浸潤式育人”新路徑。例如，學生可以應(yīng)用人工智能技術(shù)創(chuàng)作“AI+大國重器”“AI+航空航天”“AI+空氣監(jiān)測”等特色作品，通過這種形式深入體驗人工智能的魅力。這樣的實踐可以促進學生五育融合全面發(fā)展，從而實現(xiàn)課程育人的目標。（二）拓展——營造新型學習場景搭建人工智能作品，可以為學生營造“真實問題解決”新場景。教師通過設(shè)計真實的問題情境，激發(fā)學生學習的積極性。在搭建人工智能作品的大單元學習場景中，學生將抽象問題特征具體化，建立算法模型，編寫程序代碼，實現(xiàn)作品功能并展示分享。通過這個過程，學生不僅總結(jié)了經(jīng)驗，還能將這些經(jīng)驗遷移到相關(guān)的其他問題中。通過自主探究學習和小組協(xié)作學習，學生可以體驗利用人工智能探究新知的樂趣，并在實踐中促進了知識應(yīng)用和創(chuàng)新思維的形成，問題解決能力得到培養(yǎng)。（三）轉(zhuǎn)變——培養(yǎng)專家學習思維鉆研人工智能項目，可以為學生構(gòu)建“專家型學習者”新思維。通過設(shè)計人工智能系統(tǒng)、開發(fā)人工智能項目作品，學生能夠提出新問題，發(fā)現(xiàn)新知識，形成新方案。在“聚焦問題本質(zhì)—分析原因—設(shè)計優(yōu)化解決方案”的過程中，學生不僅構(gòu)建出自己可理解的知識體系，還擁有了深度的學習經(jīng)驗。在這一過程中，學生鍛煉了編程技能、培養(yǎng)了計算思維，并提升了創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，逐步向?qū)＜倚偷膶W習者轉(zhuǎn)變。落實課程的育人價值并促進學生全面發(fā)展，五育融合是必然選擇。要促進學生深度學習、培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)，大單元教學是關(guān)鍵要素。借助人工智能，以單元學習為整體有計劃地圍繞五育融合開展課程教學活動，是實現(xiàn)課程目標從“知識技能習得”向“核心素養(yǎng)生成”轉(zhuǎn)變的有效路徑。二、人工智能賦能五育融合大單元教學設(shè)計《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》指出教師要“探索大單元教學，積極開展主題化、項目式學習等綜合性教學活動”，引導學生自主實踐、探究梳理，讓學生在解決真實問題和完成挑戰(zhàn)任務(wù)的過程中實現(xiàn)知識建構(gòu)、素養(yǎng)提升與思維發(fā)展，以適應(yīng)未來社會發(fā)展的需求[1]。筆者依據(jù)課標，基于社會熱點和學生學情，將大單元課程定為“智能養(yǎng)老院”，并設(shè)計出人工智能賦能五育融合大單元教學結(jié)構(gòu)圖（如圖1）。（一）以人工智能為基石根據(jù)人工智能課程的特點，筆者在掌握學生認知規(guī)律和學科知識邏輯體系下設(shè)計了以“AI賦能，智慧養(yǎng)老”為主題的五育融合大單元課程。教師引導學生在課前對家中以及小區(qū)老人進行訪談?wù){(diào)查，明晰老人的生活困難。教師帶領(lǐng)學生借助傳感器技術(shù)、語音識別技術(shù)、圖像識別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線藍牙技術(shù)，設(shè)計出5個項目作品，分別為“智能臺燈”“智能風扇”“智能報警”“智能藥箱”“智能苗圃”。每個項目包含2～4個課時。學生在課上分析作品功能，利用圖形化編程軟件設(shè)計算法和編寫程序制作出能夠幫助老人解決生活困難的系列智能作品，進而運用技術(shù)解決實際問題的能力得到培養(yǎng)。（二）以“大概念、大任務(wù)、大項目、大問題”為引領(lǐng)“智能養(yǎng)老院”以人工智能為大概念，以“設(shè)計智能作品”為大任務(wù)，以“為養(yǎng)老院設(shè)計系列智能作品，幫助老人過上智能生活”為大項目，以“如何借助AI技術(shù)設(shè)計智能作品”為大問題開展大單元教學。大單元教學設(shè)計包括單元學習目標、單元學習內(nèi)容、單元學習活動和單元學習評價。教師通過開展大單元教學，實現(xiàn)課程知識由無序到有序，再到進階的螺旋上升過程，讓學生在為解決真實問題設(shè)計作品的過程中達成學科內(nèi)容與素養(yǎng)目標的有效銜接。（三）以“培養(yǎng)全面且整體發(fā)展的人”為出發(fā)點筆者以培養(yǎng)全面且整體發(fā)展的人為出發(fā)點，遵循由互聯(lián)到互育、再到合育的認知邏輯，深入探索大單元課程與五育之間的關(guān)聯(lián)點與融合點。例如，教師通過講授人工智能與人類、社會和生活的關(guān)系，向?qū)W生滲透人工智能倫理道德和科技向善的德育理念；通過引導學生在課堂上繪制流程圖、設(shè)計算法、動手編程實踐、制作智能作品等提升智育水平，培養(yǎng)他們解決復雜問題的能力和高階思維；利用小組合作、溝通交流的方式，培養(yǎng)他們團隊協(xié)作的體育精神；通過鼓勵學生優(yōu)化算法、美化作品來提升他們鑒賞美、創(chuàng)造美的能力；通過讓學生參與連接硬件、外觀搭建，培養(yǎng)他們動手操作的習慣，提高他們熱愛勞動的意識。通過人工智能賦能實施大單元教學，讓課程達到“五育并舉，融合育人”的效果。三、人工智能賦能五育融合大單元教學的實踐（一）單元學習目標單元學習目標應(yīng)聚焦單元學習主題，從基礎(chǔ)的教材知識技能目標拓展到運用所學內(nèi)容解決問題的遷移應(yīng)用目標。該課程具體目標包括知識目標、素養(yǎng)目標、技能目標和五育目標，具體內(nèi)容如圖2所示。該課程總目標是：學生能利用技術(shù)設(shè)計一系列人工智能作品，以解決生活實際問題，遵循技術(shù)向善的原則，并恰當運用人工智能技術(shù)服務(wù)于社會。（二）單元學習內(nèi)容人工智能賦能五育融合指導下的大單元教學是以解決學生真實生活中的問題為情境，以設(shè)計智能作品為切入點，以德、智、體、美、勞全面發(fā)展為提升目標，以科學探究為落腳點，引領(lǐng)學生自主學習、探究學習、合作學習。表1為“智能養(yǎng)老院”大單元課程內(nèi)容。該大單元課程通過讓學生設(shè)計智能作品幫助老人解決生活難題，培養(yǎng)他們的責任感和關(guān)愛老人的意識，從而實現(xiàn)德育的滲透。學生能夠根據(jù)作品功能進行任務(wù)分析、抽象分解、制訂方案、動手實踐、迭代優(yōu)化，從而解決復雜問題能力和高階思維能力都獲得發(fā)展。教師引導學生參與小組協(xié)作交流、共同完成作品制作，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力，這是體育內(nèi)容的體現(xiàn)。學生還能夠動手搭建人工智能作品、正確組裝連接硬件設(shè)備，并對作品外觀進行美化，從而實現(xiàn)勞動教育和美育的教育目標。（三）單元學習活動單元學習活動注重在“做中學，創(chuàng)中學，玩中學”的過程中深化對人工智能原理認知[2]，旨在培養(yǎng)學生運用人工智能技術(shù)解決生活實際問題能力，同時讓他們意識到人工智能對人們生活的影響與改變。例如，在“智能臺燈”項目課程中，筆者設(shè)計了三個實踐活動：當紅外線傳感器檢測到有人靠近，臺燈打開；利用語音控制臺燈的開啟和關(guān)閉；使用語音控制臺燈的夜燈模式、正常模式和關(guān)閉，且若十分鐘后無操作臺燈自動關(guān)閉。這些學習活動情境均來源于學生的生活，每個活動的知識結(jié)構(gòu)邏輯互相關(guān)聯(lián)，難度逐層遞進，使學生能夠由淺入深地理解知識背后的原理。通過難度不斷進階的學習活動，學生能夠在實際操作中深化對人工智能的理解，在不斷探索人工智能奧秘的同時激發(fā)對人工智能的學習興趣，為未來的學習奠定基礎(chǔ)，實踐能力和創(chuàng)新素養(yǎng)得到切實提高。（四）單元學習評價單元學習評價能夠及時反饋學生的學習狀況，激發(fā)學生在學習進程中的積極性，增強他們的學習活力，并將其轉(zhuǎn)化為學習過程中的積極行動，進而培養(yǎng)高階思維和提升創(chuàng)新意識，實現(xiàn)以評促學。因此筆者依據(jù)課標理念和具體學情，從五育評價維度出發(fā)，融合五育要素，設(shè)計了“智能養(yǎng)老院”單元學習評價量表，如表2所示。四、AI賦能五育融合大單元教學的實施案例大單元課程開發(fā)后，筆者進行了教學實施，下面以“智能苗圃”項目為例，闡述“智能養(yǎng)老院”大單元教學的具體實施過程。圖3是“智能苗圃”項目學習流程圖。（一）項目學習目標“智能苗圃”項目課程的學習目標包括以下四點。1.知識目標：認識土壤濕度傳感器、光線傳感器和水泵以及相應(yīng)的程序控制指令。2.技能目標：能搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺；能編程檢測土壤濕度和光線強度以及控制水泵澆水；學會繪制流程圖和邏輯關(guān)系表。3.素養(yǎng)目標：客觀認識人工智能技術(shù)給生活帶來的影響，了解人工智能的社會價值（信息意識）；學會分析作品，掌握實驗探究方法，能設(shè)計根據(jù)土壤濕度值控制水泵和根據(jù)光照強度控制燈的邏輯算法（計算思維）；靈活使用編程平臺編寫程序和創(chuàng)作作品，綜合運用人工智能設(shè)備和程序指令解決實際問題，設(shè)計功能復雜的作品（數(shù)字化學習與創(chuàng)新）；能合理恰當?shù)乩萌斯ぶ悄芗夹g(shù)服務(wù)人類與社會（信息社會責任）。4.五育目標：培養(yǎng)愛老敬老、關(guān)愛老人的責任擔當意識（德育）；能對問題進行抽象分解、設(shè)計算法、動手編程等問題解決能力和高階思維（智育）；培養(yǎng)團隊合作、溝通交流的團隊協(xié)助能力（體育）；培養(yǎng)優(yōu)化算法、美化作品，具備審美能力和創(chuàng)美能力（美育）；培養(yǎng)動手搭建作品、拼搭設(shè)備、正確連接各個設(shè)備的勞動能力；形成利用人工智能技術(shù)服務(wù)人類的社會責任感（勞動教育）。（二）項目學習內(nèi)容本項目的學習情境是：很多老年人有種花養(yǎng)草的愛好，然而他們因記憶力衰退很容易忘記給植物澆水，或者會有因外出導致家中植物長時間無人澆水的情況。因此需要學生設(shè)計智能苗圃幫助老年人實現(xiàn)智能種植。在本項目中，教師首先讓學生分析“智能苗圃”的作品應(yīng)有哪些功能，并預測實現(xiàn)這些功能所需的設(shè)備。學生通過小組合作交流，填寫學習單，自主探究以形成問題解決的方案，并設(shè)計出作品功能流程圖和相應(yīng)的探究實踐活動。經(jīng)過學生的交流討論，本項目的學習活動逐漸確立。學生通過分析問題、認識硬件、開展活動、交流展示和反思評價完成“智能苗圃”項目學習。在這一基于真實情境的問題解決和實踐探究過程中，學生不斷深化對人工智能相關(guān)概念和對算法原理的理解，并建立起運用系統(tǒng)思維探究解決實際問題的能力。（三）項目學習活動本項目的學習活動包括以下三個階段。1.學生測量土壤濕度值和植物生長環(huán)境的光線強度值。2.學生在物聯(lián)網(wǎng)平臺搭建實時監(jiān)測土壤濕度和植物生長環(huán)境的光線強度。3.學生通過編程使作品實現(xiàn)當土壤干燥時自動澆水、當光線不足時自動補光的功能。這三個實踐活動具有引導性、指向性和層次性，為學生建構(gòu)學科知識提供了充足的時間和空間。圖4展示了學生進行學習活動的場景，圖5展示了物聯(lián)網(wǎng)平臺上顯示的學生測得的數(shù)據(jù)。通過小組合作開展實踐活動，學生親身經(jīng)歷問題解決過程，深入領(lǐng)會學科知識的內(nèi)涵，核心素養(yǎng)得到培養(yǎng)。（四）項目評價方式在“智能苗圃”項目中，筆者借助單元學習評價量表對學生在本項目的學習活動表現(xiàn)情況進行五育評價。這包括對學生在德育方面的表現(xiàn)，如人文關(guān)懷情感、技術(shù)向善原則、自主可控意識以及創(chuàng)新理念進行評估。智育方面的評價點是學生是否能夠進行抽象建模、設(shè)計算法和編寫程序。體育方面的評價點是學生參與小組合作活動的團隊精神以及面對挑戰(zhàn)時表現(xiàn)出的勇氣和競技精神。美育方面的評價點是學生的作品設(shè)計理念和外觀美化效果。勞動教育方面的評價點是學生獨立組裝硬件的能力以及作品設(shè)計的合理性。學生可以借助學習評價量表激勵和監(jiān)督自己的學習行為。教師借助學習評價量表能夠獲取學生學習進展的反饋，以便了解學生學習狀態(tài)，并為后續(xù)的教學提供指導和參考。五、人工智能賦能五育融合大單元教學的實施效果（一）從淺層學習走向深度學習“智能苗圃”項目以“AI賦能，智能養(yǎng)老”為核心主題開展大單元教學，旨在幫助學生建立系統(tǒng)的知識體系，確保課時之間形成有序的整體結(jié)構(gòu)。在教師的引領(lǐng)下，學生聚焦真實生活情境，圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習任務(wù)自主實踐，在深度參與活動的過程中體驗成功，從而打通了知識到素養(yǎng)的通道，實現(xiàn)從淺層學習走向深度學習。（二）從知識技能走向核心素養(yǎng)教師引導學生利用人工智能模rIEBSSOB7JAjwx7xrw4qL6roI+TL1Y1pYcnA9ZD68No=擬解決真實生活中的問題，培養(yǎng)他們從身邊的現(xiàn)象中主動獲取信息的意識。學生學會將生活問題抽象、分解、建模，沿著學科知識脈絡(luò)去思考探究，理解知識背后所蘊含的邏輯、思想和方法，并將所學知識遷移運用到實際生活中。這一過程培養(yǎng)了學生的學科核心素養(yǎng)、推動了他們品格與價值觀的形成。（三）從片面育人走向全面育人“智能苗圃”大單元課程充分挖掘人工智能技術(shù)支持學科蘊含的“五育”育人點。課程內(nèi)容既包括“關(guān)愛老人、責任意識”的德育滲透，也包括“設(shè)計算法，編寫程序”的智育培養(yǎng)，還包括“小組合作，協(xié)同學習”的體育融合。此外，課程還注重“創(chuàng)意設(shè)計，優(yōu)化作品”的美育熏陶，以及“動手操作，搭建外觀”的勞動教育體驗。通過德智體美勞多樣化實踐活動的有機融合，課程不斷滋養(yǎng)學生個體的全面發(fā)展，充分體現(xiàn)了課程豐富的育人價值，實現(xiàn)全面育人的目標。六、反思展望作為新時代教師，我們應(yīng)積極貫徹課標要求，主動變革教學方式，以培養(yǎng)全面