指向計算思維培養(yǎng)的項目式學(xué)習(xí)校本教材的設(shè)計與實踐

摘要：本文圍繞項目式學(xué)習(xí)的特點，分析了《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中人工智能課程的內(nèi)容，并以“未來智慧校園”項目為例，開展指向計算思維的人工智能項目式校本課程教學(xué)，同時，依托權(quán)威量表對實踐的效果進行分析檢驗，得出項目式教學(xué)的有效策略。

關(guān)鍵詞：計算思維；校本教材；人工智能項目式學(xué)習(xí)

中圖分類號：TP391.1 文獻標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）20-0000-03

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)，創(chuàng)新教學(xué)方式，以真實問題或項目驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理應(yīng)用過程、計算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識，提升問題解決能力。為此，筆者圍繞項目式學(xué)習(xí)的特點，分析新課標(biāo)人工智能課程內(nèi)容，并以“未來智慧校園”項目為例，開展指向計算思維的人工智能項目式校本課程教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在真實問題情境下參與項目式學(xué)習(xí)，鼓勵他們“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，提升抽象、分解、建模、算法設(shè)計等計算思維能力。

計算思維與項目學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

計算思維指運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解等一系列思維活動。新課標(biāo)指出：“具備計算思維的學(xué)生，能對問題進行抽象、分解、建模，并通過設(shè)計算法形成解決方案；能嘗試模擬、仿真、驗證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運用于解決其他問題?！?/p>

項目式學(xué)習(xí)（PBL）是以學(xué)習(xí)者為中心，教師提供豐富的腳手架，讓學(xué)生圍繞真實有趣并有挑戰(zhàn)性的項目進行探究，在深度探究、合作交流的過程中進行分析、設(shè)計、優(yōu)化、展示、評價，最終形成成果，從而提升學(xué)生多元能力的一種教學(xué)模式。[1]

人工智能項目式學(xué)習(xí)校本課程內(nèi)容設(shè)計

筆者以“未來智慧校園”項目為例，通過體驗應(yīng)用、認知感悟、實踐與體會、創(chuàng)作與運用四個課程層次，進行人工智能項目式學(xué)習(xí)校本課程內(nèi)容設(shè)計，具體教學(xué)內(nèi)容及安排，如下頁表1所示。

1.體驗與感知：漫話人工智能

學(xué)生初步了解人工智能的概念，了解人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域，理解人工智能的本質(zhì)；通過分析、討論以及體驗活動，讓學(xué)生初步感受人工智能的實現(xiàn)方法；感受人工智能給人類生活帶來的變革，激發(fā)學(xué)生的探索熱情和創(chuàng)新意識；能讓學(xué)生辯證地看待人工智能對人類的影響，樹立正確的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用觀。

2.認知與感悟：走進人工智能，了解人工智能的學(xué)習(xí)工具

帶領(lǐng)學(xué)生了解生成式AI的使用方法和原理，認識其在現(xiàn)代社會中的重要性及應(yīng)用領(lǐng)域；讓學(xué)生了解智慧校園的整體項目，分析智慧校園應(yīng)該具備哪些功能，需要用到哪些人工智能技術(shù)；為學(xué)生介紹人工智能的學(xué)習(xí)工具，讓學(xué)生通過簡單的案例，體驗人工智能中物體識別的應(yīng)用場景，感受人工智能的魅力。

3.實踐與體會：智慧校園項目學(xué)習(xí)

帶領(lǐng)學(xué)生參與項目的設(shè)計與實現(xiàn)；將人工智能的技術(shù)及編程的知識，分解到對應(yīng)的六個子項目中（如圖1），讓學(xué)生歷經(jīng)分解、抽象、建模、算法設(shè)計、算法實施、評估優(yōu)化等環(huán)節(jié)，不斷提升學(xué)生的計算思維能力。例如，在《智能門禁系統(tǒng)》一課中，學(xué)生認識到智能門禁系統(tǒng)在現(xiàn)代社會中的重要性，理解其對提高安全性和便捷性的作用。通過學(xué)習(xí)智能門禁系統(tǒng)的原理和工作方式，提高學(xué)生的邏輯思維和問題解決能力。

4.創(chuàng)作與運用：項目的最終呈現(xiàn)

學(xué)生運用所學(xué)知識，完成創(chuàng)意項目的呈現(xiàn)。這既是對學(xué)生能力的考驗，也是用輸出來倒逼輸入，即通過成果作品激發(fā)學(xué)生對項目學(xué)習(xí)的熱情。

人工智能項目式學(xué)習(xí)的教學(xué)實踐效果分析

筆者以計算思維的六大過程要素為切入點，通過梳理研究，構(gòu)建了基于項目式學(xué)習(xí)的計算思維培養(yǎng)模式（如下頁圖2），并以校本教材進行實踐。[2]

為了檢驗人工智能項目式校本教材的學(xué)習(xí)對學(xué)生計算思維的提升效果，筆者進行了對比實驗。本次實驗對象為筆者所在學(xué)校六年級的學(xué)生，分為三個小組——實驗一組、實驗二組、對照組，學(xué)習(xí)時間為三個月。實驗一組通過常規(guī)方式學(xué)習(xí)人工智能課程；實驗二組采用項目式學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)內(nèi)容來自項目組編寫的人工智能校本課程；對照組學(xué)生則采用傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)方法。實驗前后，所有學(xué)生均接受計算思維5個維度的測試。數(shù)據(jù)以在線問卷的方式，采用李克特五分量表收集。在數(shù)據(jù)處理方面，使用Excel和SPSS23.0等進行數(shù)據(jù)整理和分析，使用描述性統(tǒng)計、T檢驗等方法進行分析，比較實驗組和對照組學(xué)生在計算思維各維度的變化。

1.分組情況

實驗一組（常規(guī)人工智能學(xué)習(xí)）：52名學(xué)生，男生27名，女生25名。實驗二組（人工智能項目式學(xué)習(xí)）：52名學(xué)生，男生26名，女生26名。對照組（傳統(tǒng)教學(xué)）：50名學(xué)生，男生26名，女生24名。

2.分組的前測數(shù)據(jù)收集與分析

經(jīng)過檢查，所有的學(xué)生均有效填寫了問卷。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，對三組的學(xué)生進行前測（如表2），描述性統(tǒng)計結(jié)果如下：實驗一組各維度平均分為3.102，標(biāo)準(zhǔn)差為0.22；實驗二組各維度平均分為3.104，標(biāo)準(zhǔn)差為0.24；對照組各維度平均分為3.100，標(biāo)準(zhǔn)差為0.19.對三組的數(shù)據(jù)進行獨立樣本T檢驗：實驗一組VS對照組：p＞0.05，差異不顯著；實驗二組VS對照組：p＞0.05，差異不顯著。通過方差分析（ANOVA）來檢驗前測組間平均分差異的顯著性，得出F（2，151）=0.39，p=0.68，說明組間差異不顯著。

3.研究結(jié)果

在實驗后，通過收集數(shù)據(jù)，分析得出三組的后測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行獨立T樣本核算。通過對方差分析（ANOVA）檢驗后測組間差異的顯著性，F(xiàn)（2，151）=810.91，

p＜0.001，表明三組在后測中的平均分具有顯著差異。在前測中，各組的初始水平?jīng)]有顯著差異。然而，在后測中，兩個實驗組特別是實驗二組的表現(xiàn)顯著高于對照組，說明項目式學(xué)習(xí)在提升計算思維能力方面效果顯著。

通過實驗組和對照組的對比，驗證了人工智能項目式學(xué)習(xí)對小學(xué)生計算思維能力的顯著提升作用，特別是在抽象、建模、算法設(shè)計、評估等方面表現(xiàn)尤為突出。項目式學(xué)習(xí)法不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與度，還增強了其解決復(fù)雜問題的能力。

項目式校本課程有效開展的策略

1.建立積極向上的項目文化

項目文化與項目學(xué)習(xí)密不可分，項目文化被稱為“隱性課程”。項目文化關(guān)注信念和價值觀、學(xué)習(xí)環(huán)境、課堂公約、步驟和規(guī)程。學(xué)生通過討論建立積極的項目文化，激發(fā)了主人翁意識，為養(yǎng)成良好的課堂習(xí)慣、創(chuàng)建PBL共同體打下了良好的基礎(chǔ)。此外，為創(chuàng)建積極向上的項目文化，筆者設(shè)計了師生公約，并不定時檢查約公的執(zhí)行情況。

2.模擬真實世界角色扮演

在項目實施過程中，應(yīng)讓學(xué)生在項目團隊中扮演不同的角色。在角色分配時，可由學(xué)生自己選擇角色的分工，也可由教師根據(jù)學(xué)生的特點、能力水平等情況，協(xié)助小組進行角色的分工。在角色分工時，不局限于傳統(tǒng)的角色（如組長、設(shè)計員、記錄員、評價員、觀察員等），可參考真實的生活中的角色（如創(chuàng)意總監(jiān)、工程主管、項目經(jīng)理等）進行分配，以激勵學(xué)生更好地開展合作探究學(xué)習(xí)。

3.強調(diào)真實世界中的有效合作

在項目具體實施的過程中，難免有小組成員出現(xiàn)不專心或者偷懶的情況。因此，可以通過合作協(xié)議的方式來促進團隊的合作。在項目開展前，項目團隊通過團隊合作協(xié)議進行約定，類似于班級公約，可以讓小組通過充分討論共同形成團隊協(xié)作的約定，以此來強化項目團隊的合作文化。

4.項目質(zhì)量的有效評估

教師可以引導(dǎo)學(xué)生共同創(chuàng)建評價量規(guī)，讓學(xué)生觀看優(yōu)秀項目案例，并且依據(jù)量規(guī)來進行評價。同時，可以為學(xué)生提供評價表達的方式、評估詞匯等，讓學(xué)生更加精準(zhǔn)地分析評價作品。

結(jié)束語

筆者針對小學(xué)階段的人工智能項目式教學(xué)校本課程進行開發(fā)研究，并選取“未來智慧校園”課程作為案例，深入探討了該課程的設(shè)計細節(jié)、實際應(yīng)用效果以及推行策略。在教學(xué)實踐活動中，采用對比實驗方法。研究發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)該課程后，學(xué)生的計算思維能力得到了顯著提高。未來，筆者將持續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、方法和過程，致力于打造一個更為完善的“人工智能項目式教學(xué)”校本課程體系。

參考文獻：

[1][2]饒崇茂.指向計算思維培養(yǎng)的項目式學(xué)習(xí)實踐研究——以“設(shè)計智能房間系統(tǒng)”為例[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2024（03）：37-40.

作者簡介：饒崇茂，信息技術(shù)高級教師，現(xiàn)任珠海市香洲區(qū)前山小學(xué)副校長，廣東省百千萬小學(xué)理科名教師培養(yǎng)對象，華南師范大學(xué)研究生校外導(dǎo)師，珠海市新一屆教育科研專家成員，珠海市信息科技名教師工作室主持人，珠海市香洲區(qū)第七屆信息科技學(xué)科帶頭人。研究方向為人工智能教學(xué)、AIGC賦能教學(xué)、信息技術(shù)與學(xué)科融合研究。