項目化學習在小學人工智能教學中的應用
——以《智能視力守護儀》為例

任穎 河南省許昌實驗小學

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》提出，通過課程學習，圍繞學習任務，利用數字設備與團隊成員合作解決學習問題，協同完成學習任務，在數字化學習環境中發揮自主學習能力，主動探索新知識與新技能，采用新穎的視角思考和分析問題，設計和創作具有個性化的作品。[1]而基于項目的學習是一種新型的研究性學習模式，它強調學生對真實問題進行自主探究，強調小組合作學習，強調實踐創新，這與信息技術教學理念相吻合。[2]

在實際教學中，教師可以引導學生開展項目教與學，將項目逐級拆分成容易實施上午較為簡單的任務或問題，促使傳統項目實施方法在教學過程中的綜合應用，最終達成課程標準的總目標。下面，筆者以《智能視力守護儀》為例，展開實踐。

● 深度研究學情，確定學習情境

《智能視力守護儀》是六年級下冊有關開源硬件的一節課。根據學校實際情況，筆者將教學目標調整為學：會“顯示屏”的使用方法，能用程序控制顯示屏顯示需要的內容；聯系生活設計方案，編程實現項目；通過感受智能工具帶給生活的便利，幫助學生養成良好的學習習慣，愛護眼睛，體會科技給生活的便利，發揚創客精神。

筆者所在學校重視學生的身心健康，重視學生的用眼衛生，每個學期都會組織專業人員為學生提供視力檢測服務。筆者結合學校的實際情況進行本節課的設計，對學生產生近視的真實原因進行調查。具體安排如下：在上課前給學生布置任務，讓他們先分組完成搜集本班視力檢測數據，并對數據進行分析，然后以問卷的形式調查產生近視的原因，最終完成數據的整理。六年級學生生活體驗豐富，表達能力強，這個問題也在他們的認知范圍之內。按照“單眼、雙眼4.8以下即為近視”的標準，項目小組成員經過一周的分析整理，發現六年學生的近視率逐年攀升。

教師引導學生總結近視的主要原因：①小學生戶外活動時間少，體育鍛煉少；②看書、閱讀、寫字的姿勢不正確；③大量電子產品的應用；④光線強度不合適；⑤吃大量含糖的食物，蔬菜水果吃得少。

教師提出問題：針對“看書、閱讀、寫字距離太近”的情況，思考并寫出解決方案。

● 社會角色分工，精準設計方案

根據項目需求，學生需要解決問題，并最終形成解決問題的真實產品。這就需要教師引導學生進行分工合作。在本次項目學習中有項目經理、硬件工程師、軟件設計師、市場經理等角色，帶有真實社會屬性的團隊角色會讓學生感到興奮。

教師首先要在PPT中呈現不同角色的職責和任務。不同的角色需要不同的能力、興趣和特長的學生，項目經理負責組織設計方案，硬件工程師負責選擇搭建硬件，軟件設計師負責編輯調試程序，市場經理負責產品推廣。課堂中，每三人一個小組，自己選擇角色，有的學生還要身兼多職。在整個過程中，每個學生都選擇自己希望擔任的角色，而不是教師強行分配角色，這有助于幫助學生保持長久的熱情，培養學生對自己、對團隊的責任感。

在角色分工后，設計方案就需要教師先搭建設計框架，再讓學生分析設計方案。這樣既能讓真實的生活和學科知識建立連接，又能減少學習的難度，防止學生出現挫敗感。本次項目學習筆者以學習單的形式發給每個小組，讓其根據提示完成設計方案，如下圖所示。

● 精確分解微項目，精心布置學習活動

本次項目學習其實就是一個問題解決的過程，從“做一個‘智能視力守護儀’實現看書、寫字距離太近就提醒”的核心問題出發，去解決一系列的分解問題，在問題解決的過程中學生學習知識和技能，并鍛煉其邏輯思維能力和編程能力。

1.學一學

“正確的坐姿，眼睛距離書本多遠合適？”

“要偵測眼睛到課本的距離，你首先想到什么硬件？”

“要顯示超聲波檢測的距離，需要用到哪個硬件？”

在一系列分解問題的提示下，自然引出本節課的知識“顯示屏”，然后請學生回答軟件中“顯示屏”的積木在哪個功能模塊？一共有幾塊？硬件如何連接？

最后出示任務二：感知距離。

①顯示屏實時顯示超聲波檢測的距離；

②借助硬件用手感知30～35厘米的距離。

通過先連接硬件再編程最后用手感知距離的方法，讓學生不但復習了硬件連接的技巧，而且在編程練習中掌握了顯示屏的使用方法，再用手試一試感知距離，加深學生對書本到眼睛30～35厘米這個距離的印象，從而達到本節課的教學目的，學生在以后的閱讀和學習中能夠坐姿端正，保護眼睛。

2.說一說

教師引導學生把自己的設計方案轉換成流程圖。在本項目中，筆者先讓學生將設計方案轉換成流程圖說一說，再依據流程圖實現編程，符合學生邏輯思維的轉變，既鍛煉了學生的口頭表達能力，也在潛移默化中讓學生形成了自己的編程思維，鍛煉了編程能力。

3.做一做

在實踐操作過程中，由于學生的能力參差不齊，小隊進度也不盡相同，這就要求教師能分層布置任務，讓完成任務的小組成員幫助沒有完成的小組，也可以走動起來，參觀學習其他小組的成果。這就又一次強調了合作的重要性，小組成員根據分工有人介紹自己的作品，有人展示作品，有人去其他小組探討學習經驗。這樣的課堂不是靜止不動的，也不再是簡單地操作鍵盤，而是活動起來，并修正自己的方案和作品。

● 產品交流分享，喜獲項目成績

在創新思維的指引下，學生學會了個性化解決問題，而方案設計的個性化呈現，也注定學生的作品不會整齊劃一。教師借助共享屏幕不僅能讓學生看到各小組的程序，還能通過手機投屏讓學生更方便地展示作品。下面是有代表性的四組作品。

作品1：

方案：距離太近發出聲音，文字顯示“NO”；否則文字顯示“YES”。

硬件：藍牙、超聲波、蜂鳴器、顯示屏。

作品2：

方案：距離太近發出聲音，顯示“笑臉”圖案；否則顯示“哭臉”圖案。

硬件：藍牙、超聲波、蜂鳴器、LED面板、顯示屏。

作品3：

方案：實時顯示超聲波距離，并且距離太近亮紅燈；否則亮綠燈。

硬件：藍牙、超聲波、RGB燈、顯示屏。

作品4：

方案：實時顯示超聲波距離，并且距離太近拍打使用者；否則靜止不動。

硬件：藍牙、超聲波、舵機、顯示屏。

學生所使用的硬件是以前學習過的知識組合，但是作品3的學生在闡述時說，使用燈來提醒不僅能滿足普通使用者，還適合聽不到聲音的失聰人群；而作品4的學生在闡述作品優勢時說，有聲音會干擾使用者的學習，所以用拍一拍的方法讓使用者更加舒適。

學生不僅能從不同角度評價自己的作品，挖掘自己產品的用戶群體，還能站在使用者角度深度思考問題，創新作品。這時，教師就要抓住關鍵時機進行評價，發現學生的進步并提供恰當的反饋，確保學生有多種機會接受形成性評估，讓他們在展示中不僅知識得到鞏固，還培養了溝通、合作能力，批判性思考和表達能力，在獲取成就感的同時增強同理心和社會責任感。

● 總結拓展知識，升華創造力量

為了讓學習不再停留在碎片化的知識上，學會知識的運用和遷移，引發高階思維，筆者還引導學生結合造成近視的其他因素思考如何改進作品，如結合自己的設計方案如何包裝設計產品。

學生會提出各種各樣的解決方案，如針對“小學生戶外活動時間少，體育鍛煉少”，在學習過程中可以加入計時功能提醒要適量運動；針對“大量電子產品的應用”，可以設計倒計時功能；針對“看書時候光線強度不合適”，可以增加光線傳感器，偵測光線強度，光線太弱給予補光，光線太強給予提醒等。

課堂上任務的拓展就像剝洋蔥一樣，實現層次更豐富的高階思考，讓學生知道即使課堂任務已經結束，還是值得他們通過社團或課下時間繼續深入探討下去。而作品的包裝設計能幫助學生理解不同學科間知識的連接，并體現在最終的實物作品中。例如，在社團活動中，有學生加入了光線傳感器做了擺在書桌上的多功能臺燈，根據環境光實時調整臺燈光線強度來補光，錄入聲音用語音提醒更顯生動；也有學生借助精美的擺臺做成了一件藝術品；還有學生提出想用舵機提醒使用者，做到發帶里或者帽子中更方便攜帶……

這種在課堂任務結束后，利用社團活動對課程進行拓展延伸，能夠讓學生看到項目落地生根，最終實現完整作品的呈現。因此，通過課堂和社團分層次落地的項目化學習，既是培養學生問題解決能力的新嘗試，也是對現有教學模式的有力補充。當然，作品的完成不代表項目的結束，學校每年度的科技創新比賽和校園科技節作品展示，更能滿足學生的成就感，升華創造的力量。