“AI小導(dǎo)游，帶你智游校園”活動中的探究性學(xué)習(xí)

戴好

〔摘? ? 要〕? 隨著人工智能（AI）技術(shù)的快速發(fā)展，近年來，在國家相關(guān)政策的大力支持下，我國中小學(xué)人工智能教育從無到有，正在逐步進入快速發(fā)展時期。人工智能技術(shù)應(yīng)用廣泛，本文將以“AI小導(dǎo)游”為例，利用語音模塊、紅外傳感器和視覺傳感器等模塊帶領(lǐng)學(xué)生開啟智慧游覽的設(shè)計與功能實現(xiàn)，主要以探究性學(xué)習(xí)方式開展，從而激發(fā)學(xué)生在人工智能應(yīng)用方面主動探索、勇于實踐、不斷創(chuàng)新的精神。

〔關(guān)鍵詞〕? AI小導(dǎo)游；人工智能課堂；探究性學(xué)習(xí)

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 12? ? 043-045

一、探究性學(xué)習(xí)，人工智能技術(shù)融入推進

（一）人工智能的研究背景

人工智能（簡稱AI），是計算機科學(xué)的一個分支，主要研究讓機器能夠像人一樣會聽、會看、會行動和會思考等。近幾年，我國頒布多項政策推動人工智能的發(fā)展，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的通知，提出在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才。在《教育信息化?2.0?行動計劃》中指出：人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展，將深刻改變?nèi)瞬判枨蠛徒逃螒B(tài)。這些政策的出臺和落地，讓中小學(xué)信息科技課堂開設(shè)了人工智能課程。

（二）探究性學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)的研究意義

在2022年版的科學(xué)課程標準中，雖然人工智能模塊的學(xué)習(xí)是設(shè)置在第四學(xué)段（7～9年級），但在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)階段，在第三學(xué)段（5～6年級），學(xué)生已經(jīng)掌握了算法及編程的基礎(chǔ)后，也可以讓他們嘗試接觸人工智能的相關(guān)技能。我校在積極創(chuàng)建人工智能學(xué)校的同時，信息教師們也編寫了適用于小學(xué)階段的人工智能校本課程，主要讓學(xué)生掌握機器人技術(shù)和語音識別、視覺識別、機器學(xué)習(xí)和人機交互等技術(shù)。本文的課例中主要應(yīng)用了人工智能的視覺識別（屬計算機視覺類）和語音識別兩大技術(shù)，以“AI小導(dǎo)游”為主題，用探究性學(xué)習(xí)方式帶領(lǐng)學(xué)生開啟智慧游覽的綜合應(yīng)用。

探究性學(xué)習(xí)又稱為研究性學(xué)習(xí)，是指設(shè)置真實的、學(xué)術(shù)研究的情境，讓學(xué)生通過合作的形式主動發(fā)現(xiàn)、實踐操作并解決問題，從中獲取相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生的探索與創(chuàng)新能力。人工智能技術(shù)是信息科技基礎(chǔ)教育的一個重要板塊，也是多學(xué)科交叉的課程，涉及科學(xué)、數(shù)學(xué)、語言、邏輯學(xué)等眾多領(lǐng)域，知識點較多，內(nèi)容抽象不易理解。小學(xué)生自主學(xué)習(xí)難度較大，若采用探究性學(xué)習(xí)，則更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和合作探究欲望，讓其能又好又快地輕松掌握人工智能技術(shù)，并應(yīng)用于實際生活。

二、探究性學(xué)習(xí)，人工智能課堂精彩紛呈

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的學(xué)校開始關(guān)注人工智能教育。我校正積極申報創(chuàng)新教育基地校，以“人工智能”為主要研究對象，信息教師們也積極投身人工智能校本課程的研究中，主要使用了優(yōu)創(chuàng)未來套裝開展人工智能社團課程。如何讓復(fù)雜、抽象的人工智能課堂變得有趣、精彩呢？我們從創(chuàng)設(shè)真實情境、引導(dǎo)合作交流和鼓勵大膽猜想三個方面組織開展探究性學(xué)習(xí)，喚醒、激發(fā)、培養(yǎng)學(xué)生的探究欲望、思維和精神，讓探究性學(xué)習(xí)成就精彩紛呈的人工智能課堂。

（一）創(chuàng)設(shè)真實情境，激發(fā)學(xué)生探究欲望

蘇格拉底說過：教育不是灌輸，而是點燃火焰。在人工智能教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)真實、有趣、合理的情境，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，喚醒他們求知、探究的渴望。

在《AI小導(dǎo)游，帶你智游校園》一課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師展示了本校學(xué)生“小導(dǎo)游團隊”：“今天有客人老師來我們學(xué)校，可是有幾位小導(dǎo)游有事請假了。我們邀請了一位特別的小導(dǎo)游，一起來看看吧！”接著，教師展示本節(jié)課的主角——“AI小導(dǎo)游”（搭載人工智能技術(shù)的機器人）：“歡迎大家來到我們的校園。我是AI小導(dǎo)游，很高興見到你們（機械手臂打招呼），請跟隨我一起參觀校園吧！”教師還制造突發(fā)狀況——AI小導(dǎo)游走錯了：“哎呀，這是哪兒？我迷路了，親愛的同學(xué)們，快來幫幫我吧！”

在這個環(huán)節(jié)中，教師創(chuàng)設(shè)了“客人老師參觀校園”的真實情境，先展示學(xué)校的“金牌導(dǎo)游團”，因?qū)W生要上課等情況需要請假，再邀請出“AI小導(dǎo)游”，順理成章地引出本課主題，再由“AI小導(dǎo)游”發(fā)出幫助請求，把學(xué)生帶入真實合理的情境中，喚醒了學(xué)生的探究欲望。

（二）引導(dǎo)合作交流，發(fā)展學(xué)生探究思維

蘇霍姆林斯基說：學(xué)生學(xué)習(xí)的一個突出特點，就是他們對學(xué)習(xí)的對象采取研究的態(tài)度。合作探究學(xué)習(xí)方式，是一群人智慧的結(jié)晶，教師積極引導(dǎo)學(xué)生合作研究，學(xué)生通過溝通交流，取長補短，最終將抽象的問題具體化，將復(fù)雜的問題簡單化，培養(yǎng)了學(xué)生團隊的協(xié)作和主動探究精神。

在新授環(huán)節(jié)中，教師縱觀整節(jié)課，帶著學(xué)生分析“AI小導(dǎo)游”的正確路線和行為動作。接著，通過“歡迎客人老師光臨”“帶領(lǐng)客人老師游覽”“講解景點特色”和“歡送客人老師離校”幾個項目層層推進，最終實現(xiàn)帶領(lǐng)客人老師智游校園的目的。

在此項目開展前，教師已經(jīng)將學(xué)生分為三人一組，并要求每組人員進行分工，如搭建人員、編程人員、調(diào)試人員等。其中，編程環(huán)節(jié)較難，學(xué)生在機器搭建好后，可以一起研討程序的搭建。以“帶領(lǐng)客人老師游覽”這一項目為例，具體闡述如下。

教師提問：如何讓AI小導(dǎo)游沿著規(guī)劃的線路行駛呢？

學(xué)生分析：?在“AI小導(dǎo)游”上，?有兩個紅外傳感器，?左邊的是ID2，?右邊的是ID3，?兩個傳感器分別在黑線的兩邊，?在紅外線距離地面1厘米時，??一般紅外線檢測到白色顯示的距離值是?0～1，檢測到黑色顯示的值是4～6。

學(xué)生通過合作探究性學(xué)習(xí)，分析出程序分為四種情況。

當(dāng)兩個紅外傳感器的值>3時，說明都檢測到黑線，即到達終點，AI小導(dǎo)游停止；

當(dāng)紅外傳感器ID3<3，即檢測到白色時，說明AI小導(dǎo)游需要左轉(zhuǎn)；

當(dāng)紅外傳感器ID2<3，即檢測到白色時，說明AI小導(dǎo)游需要右轉(zhuǎn)；

當(dāng)兩個紅外傳感器的值<3時，說明都檢測到白線，即在直行道路上，AI小導(dǎo)游直行。

根據(jù)以上分析，編程人員搭建巡線的程序。

在程序燒錄后，調(diào)試人員到達場地調(diào)試，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速數(shù)值較小時，“AI小導(dǎo)游”會調(diào)整較慢，但準確度很高；數(shù)值較大時，“AI小導(dǎo)游”調(diào)整較快，但準確度不高，因此選用了適中的數(shù)值60。

在這一環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生分組并合作探究，明確分工，對于較難的問題分析與實踐，需要三人共同完成。學(xué)生間相互幫助，共同學(xué)習(xí)與探索，有利于培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流能力、團隊合作意識以及合作探索的能力。

（三）鼓勵大膽實踐，培養(yǎng)學(xué)生探究精神

馬克思主義認識論的基本原理強調(diào)：實踐是檢驗真理的唯一標準。其實，人工智能的程序編寫與調(diào)試是實踐的過程，更是試錯的過程，學(xué)生在一遍遍試錯后，最終達到理想的效果，從而使持之以恒的探究精神得到培養(yǎng)。

項目三“講解景點特色”，是本課的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生會使用到視覺傳感器和搭載語音識別的主控。如何到達某一景點即可播報呢？學(xué)生通過合作交流，考慮到景點圖片內(nèi)容較為復(fù)雜，因此將景點處標上“數(shù)字牌”，視覺傳感器將準確地識別到并播報景點介紹。

學(xué)生在嘗試過程中發(fā)現(xiàn)，若數(shù)字牌放在側(cè)面的景點處，視覺傳感器無法識別數(shù)字，就無法播報景點介紹，若數(shù)字字體過小，也很難識別。因此，學(xué)生將數(shù)字用馬克筆清晰書寫，并豎立在道路上才可識別。我們還需讓“AI小導(dǎo)游”停下來播報景點，可以文字錄入，也可以自己的語音錄入，但因環(huán)境嘈雜，學(xué)生還是選擇了“文字錄入”。他們在不斷嘗試與實踐中，培養(yǎng)了主動探究精神。

三、探究性學(xué)習(xí)，人工智能教育助力成長

人工智能教育的開展以探究性學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式，能夠培養(yǎng)學(xué)生多種能力和素養(yǎng)，同時，教師也要注意方法和策略，才能更好地助力學(xué)生成長。

（一）創(chuàng)設(shè)真實生動情境，強化學(xué)生探究意識

《義務(wù)教育課程方案和課程標準（2022?年版）》中明確指出，要深化教學(xué)改革，強化學(xué)科實踐，基于真實情境，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力。本課中，教師創(chuàng)設(shè)了“AI小導(dǎo)游”帶領(lǐng)客人老師參觀校園的真實情境，即從“歡迎”到“游覽”再到“歡送”的一系列游覽參觀的過程。如此真實、有趣的情境，激發(fā)了學(xué)生主動探究的欲望，增強了學(xué)生的探究意識。

（二）倡導(dǎo)多元化學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生探究能力

1.自主探究，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性

探究性學(xué)習(xí)的第一個特點是自主性，是將學(xué)生作為課堂主體開展教學(xué)活動。學(xué)生以自己的經(jīng)驗和知識，積極地探索和實踐，通過所學(xué)知識解決新問題。在本課中，在第一部分“歡迎客人老師”的環(huán)節(jié)，播放“歡迎客人老師光臨”的語音，揮動“手臂”向老師們打招呼。這個任務(wù)較容易實現(xiàn)，學(xué)生能夠通過學(xué)過的“控制器播放語音”和“旋轉(zhuǎn)舵機”實現(xiàn)，自主探究即可解決這一問題。

2.合作探究，培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力

新課標強調(diào)，探究性學(xué)習(xí)更關(guān)注學(xué)習(xí)的過程，而不是結(jié)果，教師可以通過讓學(xué)生實踐實現(xiàn)探究的目的。在本課中，教師讓學(xué)生制作“AI小導(dǎo)游”播報介紹語音，學(xué)生通過交流合作，討論出需要使用到語音識別和視覺識別模塊。程序中需要使用到“切換到數(shù)字識別AI模型”和“控制器播放語音”，再使用邏輯判斷語句搭建程序，實現(xiàn)識別到相應(yīng)數(shù)字即可播報。在合作探究中，學(xué)生間互相交流學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)了團結(jié)協(xié)作能力。

3.數(shù)字化合作與探究，發(fā)揚創(chuàng)新精神

圍繞學(xué)習(xí)任務(wù)，利用數(shù)字化設(shè)備解決問題，也是在探究性學(xué)習(xí)中必不可少的，能夠大大提高學(xué)習(xí)效率。在本課最后的“歡送”環(huán)節(jié)，教師設(shè)置開放性任務(wù)讓學(xué)生自己設(shè)計，沒有想法的學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)功能開展搜索，拓展了他們的思路和創(chuàng)新精神。

（三）開展實踐探究學(xué)習(xí)活動，提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力

綜合應(yīng)用能力是指將所學(xué)知識和技能綜合運用于實際問題的能力。一般情況下，學(xué)生在學(xué)習(xí)單個知識后能很快掌握，但是在學(xué)習(xí)多個知識后的綜合應(yīng)用，更能考驗學(xué)生的綜合素養(yǎng)。因此，教師采用了小組合作探究的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生間能夠取長補短，共同完成一個項目。本節(jié)課涉及語音識別、舵機、紅外傳感器和視覺識別等知識點，教師并沒有將這些知識點割裂開來講解，而是將原有知識點靈活應(yīng)用到實際生活的問題中，調(diào)整概括，形成一種能包容新舊知識的更高級的認知結(jié)構(gòu)，鼓勵學(xué)生團隊合作，更能激發(fā)學(xué)生探索綜合應(yīng)用問題的積極性。

信息科技的革新與發(fā)展，讓我們擁抱人工智能。探究性學(xué)習(xí)，定會讓你的學(xué)生愛上這種真實有趣的人工智能課堂！

參考文獻

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