核心素養視域下小學人工智能課程項目式學習教學實踐

陳國忠 徐國華

[摘? ?要]隨著教育改革的不斷深入，教育逐步從“知識本位”向“素養本位”轉變。在此背景下，河北省唐山市教育局高度重視學生核心素養提升，深入開展創客教育、人工智能教育的教學方式改革與創新，在課堂實踐中摸索出了適合小學人工智能課程開展的基于項目學習的教學方式。

[關鍵詞]人工智能課程;核心素養;項目學習

《新一代人工智能發展規劃》明確指出，人工智能將成為國際競爭的新焦點，應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程[1]。隨著教育改革的不斷深入，教育逐步從“知識本位”向“素養本位”轉變。未來教育強調教學內容、教學模式、教學評價的改革創新，更多關注學生核心素養的培養。

人工智能課程是一門以培養適應智能社會發展的未來公民，實踐驅動問題解決促進能力發展，構建多元評價體系推動學習創新為目標，培養學生終生學習技能，包括溝通能力、合作能力、批判性思維、創造力和問題解決能力[2]，提高學生自我認知和職業構想的課程;是一門融合數學、物理、信息科學、邏輯學等多門學科的綜合性課程，讓學生通過實踐感受、理解、掌握人工智能的原理和方法，能夠解決實際問題的實踐型課程。

項目學習是指在一段時間內，對真實項目進行規劃分解，使用多種手段持續探究、協作實施，創造性地實現項目，形成公開成果并進行思維遷移的學習方式。項目學習可以促進學生深度學習，使學生的認知向高階發展;項目學習近似于一種做事的流程，可以訓練工程思維;項目學習的過程，是一個做中學、學中思、思中創并不斷迭代的過程，有利于創新，有利于學生自身的發展[3][4]。

從概念上講，項目學習是一種教學方式或者方法，人工智能是課程內容組成形式，人工智能課程是跨學科開展的。項目學習有助于人工智能課程的有效開展。

一、人工智能課程的項目學習路徑

根據項目學習的定義，可將課堂教學的項目學習流程以模擬計算機處理問題的過程簡化為四要素（見圖1），以便于教學實踐。現對四要素進行以下說明。

一是情境，對應于計算機輸入。從生活、工作及自然情境中感知信息，提煉問題，構成項目，并讓學生保持持續的興趣和激情。二是內容，包括知識體系，如知識、技能、方法;還有項目體系，如規劃、創新、實施等。三是活動，包括探究與合作，作用于規劃中、創新中、實施中。以上的內容與活動，對應于計算機的處理。需要學習者經歷一系列探究、協作活動，獲得解決問題、實現項目的知識、技能和方法。教師要注意依據學習目標和“最近發展區”理念，圍繞探究學習和合作學習設計課程，引導學生“跳一跳可以摘到果實”，或者通過合作“搭建梯子”獲取所需。四是結果，相當于計算機輸出。結果是指項目成果，包括研究報告、項目作品以及學習過程中產生的成果，其中“習得必備知識，培養關鍵能力”是項目學習中的最大成果。教師要注意引導學生分享學習過程，反思創作經歷，迭代優化項目作品。

二、人工智能課程的項目學習教學設計

在項目學習中，教師是設計者、引導者和創新者。教師的作用主要是圍繞學生必備知識的學習和關鍵能力的培養，引導并指導學生進行項目學習。同時，在對學生的指導和與學生的合作中，創造性地開展教學活動，與學生共同成長。

項目教學的關鍵在于創造情境、搭建腳手架、開展多元評價。教學設計主要是完成課堂項目學習四要素的前兩部分，即情境和內容。具體包括：構建課程主題情境，提煉驅動問題;搭建教學腳手架，構建學生需要通過課堂掌握的知識及能力，公布項目作品的形式;創建適合課堂教學的項目學習評價體系。

課程需要通過項目范例創設引人入勝的情境，調動學生情感，激發興趣和動機，讓學生產生創作沖動和激情，然后引導學生通過頭腦風暴的方式，將想法變成具有可行性的項目主題。而所設置的情境，應是學生能夠認識感知并能產生興趣的，并來源于現實生活。

在開始課程之前的教學設計中，教師必須研讀課程標準，明確培養目標，做好構思項目的準備工作。項目學習的課堂教學要注重學科素養及知識能力。要讓學生通過課堂教學習得必備的知識要點，培養面向未來的關鍵能力，規劃制作項目作品，進而提升核心素養。

有效、合理的評價既能發展學生的興趣，也能讓學生學會評價。教師在建立評價體系時要注意評價的多元化，包括評價標準、評價主體、評價內容等。例如，本研究在人工智能課程中按照項目學習的流程制定了相關的評價表，教師通過評價，引導學生將項目學習的方法、項目學習過程中的收獲，進行縱向和橫向的遷移或拓展，讓學生始終保持學習興趣，發展創新思維。以《編程控制機器人》一課為例，其教學設計如表1、表2所示。

三、人工智能課程的項目學習課堂實踐

對應前面所述的課堂項目教學四要素，人工智能課程的課堂教學分為選定主題、制定計劃、探究制作、展示評價四個環節。

1.設定主題

在項目教學的課堂上，學生能否產生躍躍欲試的創作沖動和激情，能否主動積極地開始自己的項目，在很大程度上取決于教師示范項目的吸引力，取決于真實情境入項的感染力。教師應注意盡力為學生提供與真正的研究環境相同或相似的氛圍，創設真實的項目學習情境。教師范例作品的創作過程，既是對項目規劃及其探究、實施的驗證，驗證項目構思的正確，說明通過反復的迭代嘗試、修訂，最終可以實現項目，創作作品;也是對學生項目學習指導的預演或路演。教師應及時將范例作品創作過程中的經驗、教訓，要補充的知識、技能、方法等記錄在案，以便更好地指導學生開展項目學習。當學生有了想要創作的沖動，教師要趁熱打鐵，通過布置任務、運用頭腦風暴、思維導圖等方式，及時引導學生將想法轉化為項目主題。

以《編程控制機器人》一課為例，教師設置的情境是“通過小飛機器人向客人介紹學校”的情境，需要利用“小飛”制作一段語音介紹學校大門景觀布置的程序，進而提出本節課要解決的驅動問題“如何讓小飛向客人介紹我們的學校”。演示前，引導學生以小組為單位，利用平板電腦邊看邊記錄，培養學生的觀察能力。作品演示過程中，還要引導學生將自己的想法提煉為主題，并通過小組頭腦風暴的形式確定小組主題，之后再安排1至2組學生分享小組想法。該環節控制在5～6分鐘左右。

2.制定計劃

在學生制定計劃階段，教師要引導學生通過頭腦風暴的方式，利用思維導圖構建項目框架，運用表格制訂出項目計劃，然后組織方案交流，引導學生通過權衡與比較，最終確定一個既切實可行又有一定挑戰性的項目方案。學生則通過項目規劃，進一步厘清思路，提升邏輯思維。

以《編程控制機器人》為例，在每個小組確定主題之后，教師引導學生按照本組主題制定計劃，包括要解決的問題、需要學習哪些知識才可以解決問題、如何協作分工、預期成果。引導學生從可行性、可操作性、挑戰性等多個角度討論交流，并優化小組計劃，之后安排了2組學生分享他們的方案。表3是《編程控制機器人》一課教師為學生設計的項目計劃單。該環節控制在8～10分鐘。

3.探究制作

在學生項目的探究制作階段，要充分發揮“以學生為中心”這一中心思想，教師的主要任務是通過設計一系列的教學活動，引導學生進行探究學習與合作學習，進而解決那些具有挑戰性的問題，最終不斷完善項目作品。同時，對學生的項目要按照計劃進行督導、監控和管理，引導學生朝著項目目標逐步推進。該環節要通過動手實踐掌握課程涉及的知識點，以培養學生的批判性思維、創新創造能力、合作能力。

如《編程控制機器人》一課，知識學習包含兩部分：一是體驗“小飛”的能聽會說，二是編程控制機器人入門知識。通過探究過程中的知識學習和對程序的修改操作，實現通過語音控制“小飛”的目標。知識點在教師做范例演示及制定計劃前已經告知學生，以便學生了解這些知識可以解決何種問題。引導學生按照小組計劃進行合作學習，讓學生發揮各自的優勢，真正做到既分工又協作，通過學習解決項目規劃中的問題。教師在探究過程中指導學生組裝調試作品，并不斷完善改進作品。該環節控制在18～20分鐘。

4.展示評價

展示和評價都是促進學生學習的手段。有效開展成果展示和反思評價的課堂教學，不僅能夠促使學生做得更好，而且有利于學生向更加寬廣、更加深入的方向遷移學習。如《編程控制機器人》一課中，教師選擇了一組優秀作品進行全面展示，包括作品和創作過程所經歷的困難和挫折。由于時間限制，教師安排前幾個環節未展示過的小組做簡要展示，最后引導學生以書面形式完成評價單，總結經驗，吸取教訓，并通過平板電腦分享到全班。該環節4～6分鐘。

四、總結與展望

以上介紹的人工智能課程項目教學模式是聚焦學生核心素養提升的主題之下，通過理論學習及課堂實踐摸索出的適合小學人工智能教育開展的課堂教學模式。《編程控制機器人》只是一個課時的項目學習教學案例，教師還可以從大單元入手、從大項目入手，開展多課時的人工智能項目課程，將以上所述課堂項目教學的四個環節合理分配課時后加以實現。

參考文獻

[1]國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知[EB/QL].（2017-07-08）[2022-04-07]. http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_ 5211996.htm.

[2]姜乃強.培養學生核心素養，來自全球的建議與行動[J].教育家. 2016（6）：42-45.

[3]夏雪梅.項目化學習設計：學習素養視角下的國際與本土實踐[M].北京：教育科學出版社，2021：53，57.

[4]夏雪梅.以學習為中心的課堂觀察 [M].北京：教育科學出版社，2012：25-29.

作者簡介：陳國忠，河北省唐山市教育局電化教育館館長，E-mail：tscgz@sina.com（河北唐山，063000）

徐國華，河北省唐山市豐潤區教育局電教儀器站副站長，E-mail：xghua@163.com（河北唐山，063000）