基于設計思維的人工智能單元整體教學模式研究
——以“我來設計汽車防兒童窒息系統(tǒng)”單元為例

蘇凰文 福建省廈門市湖里第二實驗小學

隨著《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的頒布，人工智能模塊的教學迅速受到高度關(guān)注。但是，目前在信息科技課堂開展人工智能教育尚缺乏行之有效的教學模式，課堂容易分化為硬件認識與編程學習，忽視了“人”的培養(yǎng)，不利于促進學生的全面發(fā)展。因此，筆者嘗試將設計思維的EDIPT模型融入人工智能單元整體教學中，意圖尋得有效開展人工智能教育的教學模式。

● 基于設計思維的人工智能單元整體教學意義

核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需借助臺階才能實現(xiàn)，設計思維就是臺階之一。設計思維是一種創(chuàng)造性解決問題的方案與思路，強調(diào)以人為本，基于真實情境，力求創(chuàng)造性解決真實問題。目前，設計思維經(jīng)典實施流程廣泛采用斯坦福大學設計學院開發(fā)的EDIPT模型，它包括共情（empathize）、定義（define）、創(chuàng)想（ideate）、原型化（prototype）、測試（test）五個階段。[1]筆者對比設計思維與單元整體教學，發(fā)現(xiàn)兩者在教學價值取向上有頗多相似之處：第一，以人為本。設計思維強調(diào)以“用戶”為中心，學生自主解決真實問題。而單元整體教學以學生為中心，鼓勵“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”，凸顯學生的主體性。第二，以主題情境為牽引。單元整體教學注重創(chuàng)設真實情境，而設計思維往往用于解決現(xiàn)實問題，兩者都與新課標倡導的真實性學習遙相呼應。第三，開展持續(xù)性評價。設計思維的EDIPT模型雖是按順序展開，但在實際教學活動中是迭代循環(huán)，強調(diào)在“用戶”的持續(xù)評價中，不斷升級迭代作品，這與單元整體教學倡導的持續(xù)性評價有異曲同工之妙。

在單元實施環(huán)節(jié)，設計思維經(jīng)典的EDIPT實施流程能為人工智能單元整體教學開展提供有跡可循的教學模式。在真實情境的共情下，教師鼓勵學生通過小組合作、頭腦風暴等方式進行思維碰撞，借助問卷網(wǎng)等可視化平臺使得思維清晰外顯。此外，教師提供充足的時間實現(xiàn)設計和作品的迭代優(yōu)化，提供豐富多樣、支持個性化選擇的學習資源和支架幫助實現(xiàn)技術(shù)零門檻或低門檻[2]，有效促進單元整體教學的開展。因此，融入設計思維的人工智能單元整體教學是整合課程內(nèi)容、實施深度教學、發(fā)展核心素養(yǎng)、落實學科育人目標的有效途徑。[3]

● 基于設計思維的人工智能單元整體教學模式設計

基于EDIPT的人工智能單元教學模式如下圖所示。

基于EDIPT的人工智能單元教學模式

1.以學為基點的單元設計

單元學習主題的確定有多個依據(jù)，可以從學科課程標準、學科教材內(nèi)容、核心素養(yǎng)、學情等方面入手。以學為基點的單元設計，倡導以學生為中心、以學生的學習為中心、以學生會學習為中心。因此，在確定單元學習主題之前，利用問卷網(wǎng)等數(shù)據(jù)收集平臺，探索、分析、選取學生感興趣的研究內(nèi)容，并結(jié)合學生的知識儲備、課程標準、核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標等積極構(gòu)建學生與真實世界聯(lián)系的單元學習主題。

此外，在主題情境創(chuàng)設方面，為了提升學生的共情力，應盡量避免通過言語簡單描述情境的方式，積極使用數(shù)字化工具創(chuàng)設情境視頻資源，鼓勵學生自編、自導、自演與主題相關(guān)的故事情境，力求在撰寫腳本、表演、欣賞視頻中幫助學生“親身經(jīng)歷”用戶生活，為后續(xù)的用戶需求定義構(gòu)建良好的情感積淀。

2.基于EDIPT的單元實施

在單元實施環(huán)節(jié)，筆者采用EDIPT模型開展人工智能單元整體教學。下面，以《我來設計汽車防兒童窒息系統(tǒng)》單元為例展開闡述（如下頁表）。

（1）共情——定制情境，促進共情

課前，教師利用課余時間與學生一起撰寫故事腳本、布置故事場景，組織學生角色扮演并拍攝成短視頻，學生在撰寫腳本及角色扮演中初步體驗汽車“密閉”狀況下的兒童內(nèi)心感受，促進學生共情體驗。課中，教師通過播放短視頻與利用固定句提問，如“從視頻中你看到了什么現(xiàn)象？造成這種現(xiàn)象的主要原因是什么？”增強學生共情設計思維強調(diào)“以人為本”，對教師言語創(chuàng)設的情境學生常常無法感同身受，導致無法準確把握用戶痛點和需求，所創(chuàng)作的作品適配度及實用性不足。因此，本研究提倡將主題情境可視化呈現(xiàn)，并將角色扮演的過程拍攝成視頻用于課堂授課。引導學生在撰寫腳本、角色扮演中以體驗促進共情，增加學生的學習興趣，為教學單元的實施打下基礎(chǔ)。

（2）定義——合作探究，定義條件

在課堂中，學生通過合作探究回溯情境細節(jié)，分析造成汽車窒息事故的必要條件，包含司機長時間離開汽車將兒童留在車內(nèi)，而汽車處于停止狀態(tài)且空間密閉。教師則在巡視環(huán)節(jié)引導學生思考什么操作會造成汽車密閉、可以使用哪些傳感器檢測司機及兒童是否離開汽車等情況。當學生的知識及生活經(jīng)驗儲備不足時，教師引導學生借助移動終端自主上網(wǎng)獲取相應的信息，提升數(shù)字化學習與創(chuàng)新的能力。在定義環(huán)節(jié)，學生由于缺乏汽車駕駛經(jīng)驗，很難憑借已有的生活經(jīng)驗透徹分析項目，進而精確定義核心問題和造成這類事故的條件。因此，教師組織學生通過回溯情境視頻，在探究與合作中確定核心問題和造成事故的條件。當學生遇到困難時，應為學生提供多元支持，通過教師的指導、數(shù)字化學習及學生的合作探究，提升學生自主分析問題的能力。

基于設計思維的單元整體設計案例：我來設計汽車防兒童窒息系統(tǒng)

（3）創(chuàng)想——問卷助力，創(chuàng)意迸發(fā)

教師搭建基于問卷網(wǎng)平臺的項目設計單，以問卷為支架引導學生全面思考問題，在交流合作中學會自我診斷想法的合理性和可行性。學生在經(jīng)過“共情”“定義”環(huán)節(jié)后，在問卷的牽引下進行頭腦風暴，創(chuàng)想解決問題的多種措施，在合作交流中論證各種措施的可行性和響應順序。在創(chuàng)想環(huán)節(jié)中，傳統(tǒng)課堂中的學生在構(gòu)思時容易受到其他小組的言語影響。以問卷網(wǎng)為支撐的創(chuàng)意收集與分享方式，更有利于學生集思廣益，遴選出最優(yōu)的問題解決方案，并將創(chuàng)意可視化。此外，問卷網(wǎng)后臺的數(shù)據(jù)能夠幫助教師更加全面地了解學生的學習過程，教師還可利用問卷數(shù)據(jù)診斷學情，更好地發(fā)揮教師的引導作用，助力學生的創(chuàng)想與制作。

（4）原型化——微課支架，原型實現(xiàn)

舵機是本單元的新知識，學生希望使用舵機實現(xiàn)汽車門和天窗的開關(guān)。但在實際使用和編程時學生容易陷入困境。因此，教師事先提供以二維碼形式呈現(xiàn)的微課支架，鼓勵學生自主使用移動終端掃碼獲取微課資源，掌握舵機的使用方法。在原型化環(huán)節(jié)，學生需要將創(chuàng)想環(huán)節(jié)提出的解決方案原型化，制作出簡單的模型作品。但在將設計思路、模型及程序一體化時，學生常常會遇到超出能力范圍的挑戰(zhàn)。此時，教師應引入多元數(shù)字資源，營造易于學生自主學習與創(chuàng)造的學習場景，幫助學生擺脫依賴，自主解決問題。學生則在運用數(shù)字化工具學習過程中，主動構(gòu)建知識體系，提升自我規(guī)劃、自我管理、自我評價和問題解決的能力。

（5）測試——多元評價，迭代升級

在課堂中，教師通過作品展示環(huán)節(jié)模擬“用戶”測試。有的學生質(zhì)疑僅有自動撥打電話功能存在漏洞，萬一出現(xiàn)司機手機沒電的情況就會造成悲劇。此時，教師不急于評價，而是引導學生廣泛交流。有的學生提出，為了安全可以增加多種預防措施，如可以增加自動開啟車內(nèi)空氣外循環(huán)系統(tǒng)及空調(diào)功能，讓新鮮空氣進入車內(nèi)；有的學生則提出可以增加自動破窗功能。最后，教師組織學生對多種措施的先后順序及科學性、可行性進行批判質(zhì)疑，學生在交流中逐步了解解決問題過程中應遵守的道德規(guī)范和科技倫理，形成正確的世界觀、人生觀、價值觀。在作品測試環(huán)節(jié)，受到課堂條件的約束，教師將學生設定為“用戶”進行評價反饋。此時，創(chuàng)作者將設計思路及創(chuàng)意物化作品進行分享。教師與其他學生作為“用戶”，就問題是否得到解決以及項目設計思路與實物作品的一致性、可行性、科學性進行評價反饋。在這個過程中，教師創(chuàng)造開放、民主的學習空間，鼓勵學生自由辯論，在與“用戶”的交流和評價中，學生不斷深化批判思維，獲取有價值的反饋意見，促進作品迭代升級。

3.基于家校社聯(lián)動的單元評價

課后，教師將學生的設計思路及作品展示環(huán)節(jié)，拍攝成視頻并以美篇形式分享給家長，鼓勵學生帶著項目設計理念，同擁有駕駛經(jīng)驗的家長或汽車相關(guān)領(lǐng)域的專家分享，引導家長與學生用設計的眼光重新認識這些事物。此時，家長作為“用戶”，帶領(lǐng)學生走進真實汽車，探索產(chǎn)品的價值與實用性、創(chuàng)新性等，給予學生真實的用戶反饋，提出可行性建議。美篇的應用，架起了家校社聯(lián)動的橋梁，為學生的成長提供助力。

2021年7月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于進一步減輕義務教育階段學生作業(yè)負擔和校外培訓負擔的意見》，意見提出：“進一步明晰家校育人責任，密切家校溝通，創(chuàng)新協(xié)同方式，推進協(xié)同育人共同體建設。”意見精神希望能增強學生體驗，擴展學生視野，促進其成長為德智體美勞全面發(fā)展的人。在經(jīng)歷了課堂測試環(huán)節(jié)后，本研究倡導教師根據(jù)主題組織基于家校社聯(lián)動的單元評價，延伸測試的時間和空間，營造更加專業(yè)、真實的“用戶”評價環(huán)節(jié)，促進作品再次迭代。

● 結(jié)束語

基于設計思維的人工智能單元整體教學，充分發(fā)揮了兩種教學理念的特點和優(yōu)勢，使得學生更加關(guān)注社會、關(guān)注生活、關(guān)注“用戶”，使得教師從關(guān)注“教學目標”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注“學習目標”，使得學習活動更加真實有效，使得課堂從“學科教學”轉(zhuǎn)向“課程育人”，從而更好地落實立德樹人的根本任務，培養(yǎng)高速發(fā)展的信息科技時代所需的時代新人。但人工智能教學進入信息科技課堂的時間還不長，教學模式還需要繼續(xù)探索與創(chuàng)新，需要教師對設計思維和單元整體教學有更深入的理解和認識，并能依據(jù)學校的實際教學環(huán)境和學生的情況進行創(chuàng)新與實踐，從而促進人工智能教育的有效推進。