跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)視域下的小學(xué)人工智能教學(xué)實(shí)踐

周曉園

摘要：作者以u(píng)Kit AI“交警小助手”為例，探討了在小學(xué)信息科技課堂上以跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)推動(dòng)人工智能教學(xué)的可行之法，以期能夠讓學(xué)生感受數(shù)字化學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，在活動(dòng)中提升素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；人工智能；信息科技

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）09-0052-03

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)”）明確提出提升學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能。面向數(shù)字素養(yǎng)與技能的信息科技教育，相較于以往的信息技術(shù)教育更注重引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境中理解人、信息科技、社會(huì)三者之間的關(guān)系，合理使用信息科技解決問(wèn)題，擔(dān)負(fù)起相應(yīng)的社會(huì)責(zé)任，實(shí)現(xiàn)從“數(shù)字原生代”向“數(shù)字公民”的轉(zhuǎn)變。“標(biāo)準(zhǔn)”中倡導(dǎo)以跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式開(kāi)展教育教學(xué)活動(dòng)，以落實(shí)核心素養(yǎng)的培育。那么，結(jié)合我國(guó)人工智能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如何在小學(xué)信息科技課堂上以跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)推動(dòng)小學(xué)人工智能教學(xué)呢？下面，筆者以u(píng)Kit AI“交警小助手”為例，探討在小學(xué)信息科技課堂上以跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)推動(dòng)人工智能教學(xué)的可行之法。

項(xiàng)目背景

在上下學(xué)時(shí)間段，校門外十字路口區(qū)域車流量大且交通擁堵情況嚴(yán)重，給上下學(xué)的學(xué)生帶來(lái)了極大的不便和安全隱患。針對(duì)此問(wèn)題，筆者指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展了以交通安全為主題的跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，以期在探尋問(wèn)題解決之法的過(guò)程中，提高解決問(wèn)題的能力，促進(jìn)核心素養(yǎng)的提升。學(xué)生經(jīng)歷了階段性的實(shí)地調(diào)查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后認(rèn)為，除在校內(nèi)外加大交通安全宣傳教育外，可以增加一個(gè)“交警小助手”緩解道口交警的指揮壓力，進(jìn)而提出利用uKit AI設(shè)計(jì)一款模擬交警指揮交通的“交警小助手”模型。

項(xiàng)目實(shí)施

跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種包含（多學(xué)科）知識(shí)、行動(dòng)、態(tài)度的實(shí)踐性活動(dòng)，本項(xiàng)目從教師支持和學(xué)生活動(dòng)兩個(gè)部分展開(kāi)論述。

1.觀察生活，基于真實(shí)需求制訂合理目標(biāo)

教師引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)每日上下學(xué)道口的擁堵問(wèn)題開(kāi)展主題為“安全記心中 平安校園行”的跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。在項(xiàng)目前期，學(xué)生經(jīng)歷利用統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及數(shù)據(jù)分析、有目的地了解《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》、通過(guò)修圖軟件設(shè)計(jì)藝術(shù)宣傳板報(bào)等活動(dòng)，對(duì)道口交通問(wèn)題有了較為全面的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為除加強(qiáng)安全宣傳以外，還需為道口交警配備“小助手”以緩解指揮壓力。

教師支持：基于學(xué)生真實(shí)生活場(chǎng)域的情境創(chuàng)設(shè)——驅(qū)動(dòng)問(wèn)題：針對(duì)項(xiàng)目活動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的道口交警指揮壓力大的問(wèn)題，你能利用信息化的手段幫助緩解道口的指揮壓力嗎？圖片或視頻呈現(xiàn)道口交通情況及道口俯視圖。提供項(xiàng)目活動(dòng)計(jì)劃書(shū)（如表1）：小學(xué)中年級(jí)學(xué)生對(duì)跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的理解尚處于入門階段，所以提供的計(jì)劃書(shū)較簡(jiǎn)單，主要用于協(xié)助學(xué)生梳理活動(dòng)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)主要問(wèn)題進(jìn)一步分解。

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)項(xiàng)目需求自由組隊(duì)，每隊(duì)人數(shù)不超過(guò)4人；根據(jù)項(xiàng)目活動(dòng)計(jì)劃書(shū)，完成初始化設(shè)計(jì)猜想。

傳統(tǒng)的信息科技課堂常采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，學(xué)生只能根據(jù)教師提供的任務(wù)要求完成任務(wù)，缺乏主觀能動(dòng)性。在本項(xiàng)目活動(dòng)中，學(xué)生經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)查對(duì)道口交通情況有了深入的了解，針對(duì)道口的交通指揮也有了自己獨(dú)到的見(jiàn)解。在十字路口什么位置可以擺放“交警小助手”以及“交警小助手”需具備怎樣的功能，都需要學(xué)生經(jīng)過(guò)調(diào)查評(píng)估后團(tuán)隊(duì)合作完成，不同團(tuán)隊(duì)的見(jiàn)解不同，物化的成品也不同。直觀真實(shí)的情境給予學(xué)生沉浸式體驗(yàn)，在完成任務(wù)的過(guò)程中，學(xué)生能夠真切感受到通過(guò)自己的努力能對(duì)現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生影響，進(jìn)而刺激學(xué)生的探索欲望，提升其主動(dòng)求知的熱情。

2.手腦并用，于反復(fù)迭代中設(shè)計(jì)創(chuàng)意作品

教師支持：視頻展示交警指揮交通時(shí)的手勢(shì)指令集合，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)視頻剖析分解手勢(shì)指令，轉(zhuǎn)化為舵機(jī)可實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作指令（根據(jù)手勢(shì)指令，完成動(dòng)作指令最少需要4個(gè)舵機(jī)，“右轉(zhuǎn)彎”手勢(shì)指令各舵機(jī)參考角度如表2所示）。提供必要的資源，如道口俯視圖、道口3D模型、uKit AI相關(guān)套件（包含UCode平臺(tái)）、《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》相關(guān)條例等。

學(xué)生活動(dòng)：團(tuán)隊(duì)合作突破重難點(diǎn)，邏輯清晰有觀點(diǎn)地交流自己的想法，選擇適合自身設(shè)計(jì)的所需的硬件；在團(tuán)隊(duì)的力量下分解動(dòng)作指令，手腦并用完成硬件的拼搭和代碼的編寫(xiě)；能夠自行與其他團(tuán)隊(duì)交流研討，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

反復(fù)迭代完成作品設(shè)計(jì)：根據(jù)團(tuán)隊(duì)選定的目標(biāo)挑選制作過(guò)程所需的材料（拼搭“交通小助手”的硬件可以在已發(fā)的資源包中選取，也可以與其他團(tuán)隊(duì)交換或找老師補(bǔ)給。拼搭的過(guò)程中如遇困難可以找他人協(xié)助）；利用交通指揮視頻設(shè)計(jì)自己的作品，在實(shí)踐中根據(jù)需要反復(fù)迭代修改作品，直到作品能夠滿足預(yù)期目標(biāo)；在肯定自身作品的同時(shí)能夠悅納他人創(chuàng)意，適時(shí)為他人提供力所能及的幫助。

學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中對(duì)焦點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行抽象、分解、建模，在反復(fù)迭代、模擬、驗(yàn)證解決問(wèn)題的過(guò)程中，優(yōu)化解決問(wèn)題的方案，逐步養(yǎng)成利用信息化手段解決問(wèn)題的意識(shí)和能力，在協(xié)同完成學(xué)習(xí)任務(wù)過(guò)程中形成應(yīng)用信息科技進(jìn)行合作的意識(shí)。

3.交流評(píng)價(jià)，在多元評(píng)價(jià)中反思改進(jìn)設(shè)計(jì)

學(xué)生的評(píng)價(jià)不是只在項(xiàng)目后期，而是貫穿于整個(gè)活動(dòng)過(guò)程中，評(píng)價(jià)主體也不單是師生，還包含學(xué)生自評(píng)、生生互評(píng)和第三方評(píng)價(jià)（如道口交警、UCode平臺(tái)）等。

教師支持：評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)前置（如表3），項(xiàng)目活動(dòng)之初引導(dǎo)學(xué)生理解評(píng)價(jià)指標(biāo)，便于學(xué)生理解項(xiàng)目活動(dòng)的目的，并能利用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)約束、規(guī)范活動(dòng)過(guò)程的表現(xiàn)。利用各種信息化手段協(xié)助學(xué)生記錄活動(dòng)過(guò)程的關(guān)鍵表現(xiàn)，如指導(dǎo)學(xué)生利用成長(zhǎng)記錄袋記錄自身活動(dòng)過(guò)程，提供課堂展示、UCode平臺(tái)、家校聯(lián)系等平臺(tái)，增加學(xué)生的展示機(jī)會(huì)，盡可能擴(kuò)大項(xiàng)目活動(dòng)成果的影響面。

學(xué)生活動(dòng)：在團(tuán)隊(duì)合作中完成作品設(shè)計(jì)，并能有選擇地吸納他人意見(jiàn)改進(jìn)自己的作品，在完成作品的過(guò)程中反復(fù)修改完善項(xiàng)目活動(dòng)計(jì)劃書(shū)；在交流展示環(huán)節(jié)愿意展示自己的作品，敢于向他人展示自身的創(chuàng)意，有意愿吸納他人優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)需要改進(jìn)自身作品。

在人工智能時(shí)代，未來(lái)社會(huì)發(fā)展的不確定性要求學(xué)生有更多元的發(fā)展，有更高的素養(yǎng)，能夠在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)，主動(dòng)采用信息化問(wèn)題解決的手段解決問(wèn)題。這就需要采用更多元的評(píng)價(jià)方式，以實(shí)現(xiàn)“教—學(xué)—評(píng)”的一致性，同時(shí)提倡學(xué)生采用多樣化的方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)成果，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的能力。

總之，跨學(xué)科項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式拓寬了學(xué)生學(xué)習(xí)的場(chǎng)域，給予學(xué)生更多自主探索的空間，使其有機(jī)會(huì)通過(guò)數(shù)字化學(xué)習(xí)的手段，在真實(shí)的情境下探索，尋求問(wèn)題解決的方案，能夠感受到運(yùn)用人工智能解決方案相較于傳統(tǒng)解決方案更具優(yōu)越性，體會(huì)到人工智能技術(shù)對(duì)人類社會(huì)的深刻影響，建立對(duì)人工智能應(yīng)用的正確認(rèn)識(shí)。

本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度立項(xiàng)課題“基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的計(jì)算思維能力培養(yǎng)研究”（課題編號(hào)：FJJKZX21-697）、2021年度福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目（基礎(chǔ)教育研究專項(xiàng)）“基于STEAM教育理念的小學(xué)機(jī)器人校本課程建設(shè)研究”（課題編號(hào)：JSZJ21060）、廈門市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度立項(xiàng)課題“學(xué)科融合視角下的小學(xué)編程教學(xué)實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：21137）的研究成果。