基于PBL教學模式的人工智能課程設計研究

廖培城

【摘要】我校創客課程引入了人工智能課程，如何更好地指導學生開展學習，培養學生創新思維，我們嘗試運用PBL教學模式，通過問題產生，討論方案，作品設計，制作及測試作品，展示與評價幾個步驟對人工智能課程進行研究，能夠成為我校特色課程。

【關鍵詞】PBL教學模式;人工智能課程

2017年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，提出“實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”。2018年，教育部進一步明確，要“構建人工智能多層次教育體系，在中小學階段引入人工智能普及教育”。2019年，教育部發布《中小學人工智能教育》，將北京、廣州、深圳、武漢、西安5個城市作為第一批試點落地城市，全面試點學習人工智能與編程的課程。

PBL是一套設計學習情境的完整方法，可以譯為“問題式學習”、“項目式學習”等。其核心是通過“以學生為中心”的理念去優化傳統教育中的被動學習模式，激發出學生的創造力和潛能，讓學生從被動學習者轉變為主動學習。

我校設計的基于PBL教學模式的人工智能課程，是根據不同的問題，運用二哈識圖（HuskyLens）人工智能視覺傳感器、掌控板、語音合成模塊等完成對應功能的設計制作。以基于項目式學習和小組合作的學習方式，融合信息技術、數學、藝術、工程等多學科知識。圍繞主題，各小組經歷問題產生，討論方案——作品設計——制作及測試作品——展示與評價，4大環節完成各主題學習。在問題產生，討論方案環節中，通過引導學生調查、觀察、查閱資料等途徑，了解生活中的一些難題，構思、設計、制作視覺識別的作品，形成責任感和公德意識;在作品設計、制作及測試作品環節通過設計思維和工程思維的碰撞，落實審辨思維素養和創新素養培養，通過小組集思廣益進行方案構思，作品展示等，落實溝通素養、合作素養的培養。

人工智能課程做為一門新興的學科，也是國家發展的重點項目課程，怎么樣在教學中開展人工智能課程？筆者以我校開展的項目《基于視覺識別的幼兒監護及早教互動熊貓》為例，闡述如何在在人工智能課程教學中運用“基于PBL教學模式”開展人工智能課程。

一、問題產生，討論方案

在人工智能項目設計課程中，問題的產生是整個課程開展的基礎。教師可以提前拋出一些案例，引導學生思考發現問題，也可以讓學生通過討論，課前運用QQ、微信等即時通訊工具進行討論溝通，課堂中運用頭腦風暴等方式，思考、分析問題，最終使用“項目解決方案”表完成方案設計。在項目中通過與同伴進行頭腦風暴，學會高效地與他人分析問題及歸納觀點的方法;通過討論、分析問題，設計解決問題方案，形成運用所學知識解決身邊實際問題的意識;引導學生關注身邊的問題，關心特殊群體的需求，增強同理心。

在本項目中，教師提前讓學生觀看“寶寶學習視頻”引發學生思考，讓學生通過頭腦風暴，討論問題的解決方案，運用思維導圖分析問題。在分析問題的過程中，完善“項目解決方案”。

二、作品設計

作品的設計包括硬件設計和外觀設計。學生在第一環節完成項目解決方案中，基本上定下來整個項目的解決方案，在這里根據要解決的問題，去完成作品的設計，這個時候就要求學生對開源硬件和激光切割設計軟件非常熟練，而根據學生對知識的掌握水平，把學生進行分組完成。同時給予學生充分的空間，讓學生充分發揮想象的空間。

在做硬件的選擇首先根據要實現的功能來選擇相對應的硬件，有時候能實現同樣功能的硬件有不同的類型，最終以簡單易用，當前手頭有的硬件做為第一選擇，有時候要用到的硬件手頭沒有的話，可以考慮通過轉換思路的方式來實現所要的功能，比如發音這里也可以考慮使用MP3模塊，但使用稍微麻煩一點，需要提前把聲音錄制好。選擇完硬件之后，同時完成程序流程圖的設計。

外觀的設計上，可以考慮使用激光切割機或者3D打印機的數字工具，激光切割機相對于3D打印機來說，成型快速，方便迭代修改，也能制作較大型的外觀，3D打印機能夠很好的完成一體成型，能創作一些較為精美的模型，但是相對激光切割機來說，速度相對比較慢，不利于學生在課堂中快速迭代。這兩種工具各有優缺點，根據設計外觀，可以選擇合適的工具。學校如果沒有這些數字加工工具，也可以采取直接采用紙皮、戒刀等手工創作。

三、制作及測試作品

制作及測試作品環節是整個項目的關鍵環節，根據第二節課的作品設計，分組完成小組的任務，每個小組成員都有自己明確的分工，同時他們又協作完成項目。在這一環節中，學生親歷硬件的連接測試過程，培養學生的動手實踐能力;通過編寫和調試程序，培養學生的計算思維。運用激光切割和3D打印等工具完成作品外觀的設計，也讓學生體會了數字化工具在實際應用中的強大魅力。

在硬件連接和程序設計的小組的同學，提前了解相關硬件的接線連接方式，根據硬件的相關特性，細心大膽的完成硬件的連接，并根據前面的流程圖設計完成程序設計。結構件的搭建，要注意各部件的吻合度，元器件安裝到結構件上面，注意對元器件進行封裝，把不需要裸露在外面的主控板以及各種線盡量的藏好。

作品的制作是一個不斷完善的過程，在作品制作過程中，可能會遇到前面設計方案的時候沒有遇到的問題，這就需要對作品不斷迭代完善。在不斷的迭代完善作品的過程，學生對知識有了批判思維，在設計意識、動手操作上，慢慢地達到一定的深度，對作品進行進一步的完善，對設計思維會產生新的理解。

四、展示與評價

組織學生對小組的作品進行展示，運用3W1H路演方式進行項目展示，給學生們一個展示舞臺，有利于老師和同學了解作者對作品的表達內容，更增強了學生在課堂上的主人翁意識，同時通過路演收集反饋信息，改進作品，培養學生的迭代思維。

在這一個環節中，學生們需要制作項目展示PPT，梳理整個項目的制作過程，在路演的時候認真聽取老師和同學的改進意見，收集反饋信息，總結迭代改進的方法，填寫改進方案，培養學生反思的習慣。

我校設計的基于PBL教學模式的人工智能課程，以PBL這一先進的課程設計理念，融合人工智能課程的特點，形成了以四個主要環節來推進課程的教學模式，以創新、實踐、合作、分享為理念，培養學生的創新創造能力，注重團隊協作與作品循環迭代，強調學生的參與式學習以及理解、遷移應用和創造性解決問題的深度學習。這一教學模式已經很好的應用在我校的人工智能校本課程中，得到了學生的喜愛、教師的認可。

【參考文獻】

[1] 李偉忠. 基于項目式創客教育模式的教學探究[J].中小學信息技術教育，2019，（5）

[2] 唐素芳. 設計思維指導下PBL項目式3D打印課程設計[J].電腦迷，2018，（8）

[3] 王珍真. 創客教育背景下小學項目式學習的設計與實踐——以小學《3D打印制作懶人花盆》課程為例[J].信息技術課，2019，（19）

[4] 胡建宏. 基于PBL+DBL融合的創客課程教學模式研究與實踐[J].教育現代化，2019，（6）

[5] 錢唯偉. 基于PBL的S4A創客教學實踐 [J].信息技術課，2012，（2）

[6] 潘亮亮. 雙管齊下 相得益彰——創客教學中傳統教學模式和PBL教學模式的有機結合[J].中國信息技術教育，2017，（2）