項目式學習在人工智能課程中的實踐研究

郝麗娟

近年來，人工智能的發(fā)展為教育領域注入了新活力。中小學的人工智能課程主要依托編程教育和機器人教育來開展。如何才能將人工智能技術與課堂教學深度融合，培養(yǎng)學生的信息技術核心素養(yǎng)？結合自己的教學實踐，筆者認為項目式學習是實現(xiàn)這一目標的有效方法。

一、項目式學習的內涵和特征

克伯屈在1918年發(fā)表的名為TheProjectMethod的文章中第一次明確提出教育領域“項目式學習”的概念：兒童有目的的、全身心投入的活動。項目式學習必須具備四個特征：是一個有待解決的實際問題;是有目的、有意義的單元活動;由學生自己負責計劃和實行;是一種可以增長經(jīng)驗的活動，使學生通過設計獲得發(fā)展和生長。項目式學習是在教師引導下，以解決問題為目的，開展實踐探索與方案設計等具有創(chuàng)新性的學習模式。

二、人工智能課程項目式學習的實踐

基于對項目式學習的認識，在人工智能課程的實施中，實踐了“利用人工智能解決垃圾分類問題”這一主題教學活動，并取得了不錯的效果。

（一）關注生活實際，提出有效項目

北京在2020年5月1日迎來了“垃圾分類”大考——推行生活垃圾強制分類政策。這是一個關乎地球環(huán)境問題，所以課堂中探討的“實行垃圾分類”是一個現(xiàn)實存在的問題。現(xiàn)實生活中的垃圾種類繁多，“如何進行正確的垃圾分類”是面臨的一個現(xiàn)實問題。結合學生在人工智能領域已有的經(jīng)驗和知識，我們制定本次項目學習的大主題：利用人工智能解決垃圾分類問題。

（二）深入項目內涵，提出解決任務

項目式學習強調學生自己負責計劃和實行，因此教學時，老師積極引導學生自己提出方案。同學們以小組為單位合作制定出方案。解決方案集中在了語音識別和圖像識別兩個方向。每個小組確定了自己的項目任務：語音識別垃圾桶或者圖像識別垃圾桶。接下來需要在具體的實施中不斷明確不斷改進。

（三）分解項目任務，落實活動細節(jié)

每組學生將項目大致拆解為以下幾個任務：學習垃圾分類知識——探究人工智能技術——制作智能垃圾桶——編程實現(xiàn)智能分類——實施項目成果評價。

1.學習垃圾分類知識

學生以小組為單位通過上網(wǎng)查找資料、咨詢家長老師等方式，了解了我們國家關于垃圾分類的一些相關政策和知識。經(jīng)過學習，他們知道垃圾分為四類：廚余垃圾、可回收垃圾、其他垃圾、有害垃圾;并且對常見的生活垃圾能夠準確分類。

2.探究人工智能技術

學生通過小組合作，查找網(wǎng)上資料，了解人工智能技術在生活中的應用;尋找我們生活中已經(jīng)使用的語音識別和圖像識別技術，進行探究學習，理解其原理;并思考如何將人工智能技術應用到我們的項目學習中。

3.制作智能垃圾桶

智能垃圾桶相比于普通垃圾桶的制作要精細、復雜。學生不僅需要考慮垃圾桶的容積要符合實際的使用;還需要考慮垃圾桶實現(xiàn)智能效果所特有的結構。每個小組在制作之前都繪制了設計圖。我們的項目要體現(xiàn)環(huán)保理念，所以垃圾桶的制作材料盡量使用廢舊物品。同學們利用包裝紙箱、奶粉桶等廢舊物品制作垃圾桶，并通過不同的顏色和標識對四種垃圾桶加以區(qū)分。要實現(xiàn)垃圾桶的自動開關蓋功能，垃圾桶和蓋之間必須有舵機相連，所以安裝舵機是關鍵。學生根據(jù)設計圖紙，在垃圾桶上找準位置安裝好舵機，并通過程序調試開蓋和關蓋時舵機的角度。

4.編程實現(xiàn)智能分類

同學們在理解語音和圖像識別技術的基礎上，制作智能垃圾桶。運用“慧編程”軟件，在垃圾桶上連接mbot板載實現(xiàn)。運用慧編程中的語音和圖像識別程序，通過mbot板載驅動垃圾桶上的舵機，實現(xiàn)自動開關蓋。

5.實施項目成果評價

在項目完成后，教師組織學生進行觀摩和評價，學生展示作品，講述其制作過程、原理、作品功能，學生之間互評，教師最后進行總結性的點評。

三、人工智能課程項目式學習的效果

本次人工智能課程中項目式的學習，充分挖掘學習材料，整合學習資源，引導學生主動學習和體驗，達到了很好的學習效果。

（一）明確驅動性問題主體，激發(fā)學生創(chuàng)新能力

驅動性問題必須是兒童感興趣、想要探究的問題。智能垃圾分類項目，不僅是全社會的熱點問題，更是學生感興趣的話題，并且整個項目的實施均以小組合作的學習方式推進。再結合人工智能的使用，學生的創(chuàng)新思維得到激發(fā)，合作能力和創(chuàng)新能力得到提升。

（二）提升學生的核心素養(yǎng)，強化計算思維培養(yǎng)

項目式學習是在學生成長的真實情境中提出問題，進而自主探究解決問題方案并進行實施。在這個過程中學生計算思維得到提升，信息學科核心素養(yǎng)得以落實。

經(jīng)過實踐探索，項目式學習在本次人工智能課程的教學中取得了較好的效果，學生也喜歡在這種主動探索、解決問題的過程中學習。與此同時，這種教學方式對教師也提出了更高的要求，我們在掌握人工智能課程前沿知識的同時，還要對學生的知識基礎及心理特點有很好的把握，隨時關注學生生活經(jīng)驗及學習需求，尋找學生想要探究的問題，為項目學習主題的設計和學習資料的設計積累豐富的原始材料。