跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)視域下的小學(xué)人工智能教學(xué)實踐

周曉園

摘要：作者以uKit AI“交警小助手”為例，探討了在小學(xué)信息科技課堂上以跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)推動人工智能教學(xué)的可行之法，以期能夠讓學(xué)生感受數(shù)字化學(xué)習(xí)的樂趣，在活動中提升素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)；人工智能；信息科技

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）09-0052-03

《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“標準”）明確提出提升學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能。面向數(shù)字素養(yǎng)與技能的信息科技教育，相較于以往的信息技術(shù)教育更注重引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境中理解人、信息科技、社會三者之間的關(guān)系，合理使用信息科技解決問題，擔負起相應(yīng)的社會責(zé)任，實現(xiàn)從“數(shù)字原生代”向“數(shù)字公民”的轉(zhuǎn)變。“標準”中倡導(dǎo)以跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的方式開展教育教學(xué)活動，以落實核心素養(yǎng)的培育。那么，結(jié)合我國人工智能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如何在小學(xué)信息科技課堂上以跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)活動推動小學(xué)人工智能教學(xué)呢？下面，筆者以uKit AI“交警小助手”為例，探討在小學(xué)信息科技課堂上以跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)推動人工智能教學(xué)的可行之法。

項目背景

在上下學(xué)時間段，校門外十字路口區(qū)域車流量大且交通擁堵情況嚴重，給上下學(xué)的學(xué)生帶來了極大的不便和安全隱患。針對此問題，筆者指導(dǎo)學(xué)生開展了以交通安全為主題的跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)，以期在探尋問題解決之法的過程中，提高解決問題的能力，促進核心素養(yǎng)的提升。學(xué)生經(jīng)歷了階段性的實地調(diào)查、數(shù)據(jù)統(tǒng)計后認為，除在校內(nèi)外加大交通安全宣傳教育外，可以增加一個“交警小助手”緩解道口交警的指揮壓力，進而提出利用uKit AI設(shè)計一款模擬交警指揮交通的“交警小助手”模型。

項目實施

跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)是一種包含（多學(xué)科）知識、行動、態(tài)度的實踐性活動，本項目從教師支持和學(xué)生活動兩個部分展開論述。

1.觀察生活，基于真實需求制訂合理目標

教師引導(dǎo)學(xué)生針對每日上下學(xué)道口的擁堵問題開展主題為“安全記心中 平安校園行”的跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)。在項目前期，學(xué)生經(jīng)歷利用統(tǒng)計學(xué)知識進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及數(shù)據(jù)分析、有目的地了解《中華人民共和國道路交通安全法》、通過修圖軟件設(shè)計藝術(shù)宣傳板報等活動，對道口交通問題有了較為全面的認識，認為除加強安全宣傳以外，還需為道口交警配備“小助手”以緩解指揮壓力。

教師支持：基于學(xué)生真實生活場域的情境創(chuàng)設(shè)——驅(qū)動問題：針對項目活動過程中發(fā)現(xiàn)的道口交警指揮壓力大的問題，你能利用信息化的手段幫助緩解道口的指揮壓力嗎？圖片或視頻呈現(xiàn)道口交通情況及道口俯視圖。提供項目活動計劃書（如表1）：小學(xué)中年級學(xué)生對跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)活動的理解尚處于入門階段，所以提供的計劃書較簡單，主要用于協(xié)助學(xué)生梳理活動過程中可能遇到的問題，并引導(dǎo)學(xué)生對主要問題進一步分解。

學(xué)生活動：根據(jù)項目需求自由組隊，每隊人數(shù)不超過4人；根據(jù)項目活動計劃書，完成初始化設(shè)計猜想。

傳統(tǒng)的信息科技課堂常采用任務(wù)驅(qū)動的方式，學(xué)生只能根據(jù)教師提供的任務(wù)要求完成任務(wù)，缺乏主觀能動性。在本項目活動中，學(xué)生經(jīng)過實際調(diào)查對道口交通情況有了深入的了解，針對道口的交通指揮也有了自己獨到的見解。在十字路口什么位置可以擺放“交警小助手”以及“交警小助手”需具備怎樣的功能，都需要學(xué)生經(jīng)過調(diào)查評估后團隊合作完成，不同團隊的見解不同，物化的成品也不同。直觀真實的情境給予學(xué)生沉浸式體驗，在完成任務(wù)的過程中，學(xué)生能夠真切感受到通過自己的努力能對現(xiàn)實世界產(chǎn)生影響，進而刺激學(xué)生的探索欲望，提升其主動求知的熱情。

2.手腦并用，于反復(fù)迭代中設(shè)計創(chuàng)意作品

教師支持：視頻展示交警指揮交通時的手勢指令集合，引導(dǎo)學(xué)生針對視頻剖析分解手勢指令，轉(zhuǎn)化為舵機可實現(xiàn)的動作指令（根據(jù)手勢指令，完成動作指令最少需要4個舵機，“右轉(zhuǎn)彎”手勢指令各舵機參考角度如表2所示）。提供必要的資源，如道口俯視圖、道口3D模型、uKit AI相關(guān)套件（包含UCode平臺）、《中華人民共和國道路交通安全法》相關(guān)條例等。

學(xué)生活動：團隊合作突破重難點，邏輯清晰有觀點地交流自己的想法，選擇適合自身設(shè)計的所需的硬件；在團隊的力量下分解動作指令，手腦并用完成硬件的拼搭和代碼的編寫；能夠自行與其他團隊交流研討，取長補短。

反復(fù)迭代完成作品設(shè)計：根據(jù)團隊選定的目標挑選制作過程所需的材料（拼搭“交通小助手”的硬件可以在已發(fā)的資源包中選取，也可以與其他團隊交換或找老師補給。拼搭的過程中如遇困難可以找他人協(xié)助）；利用交通指揮視頻設(shè)計自己的作品，在實踐中根據(jù)需要反復(fù)迭代修改作品，直到作品能夠滿足預(yù)期目標；在肯定自身作品的同時能夠悅納他人創(chuàng)意，適時為他人提供力所能及的幫助。

學(xué)生在團隊合作中對焦點問題進行抽象、分解、建模，在反復(fù)迭代、模擬、驗證解決問題的過程中，優(yōu)化解決問題的方案，逐步養(yǎng)成利用信息化手段解決問題的意識和能力，在協(xié)同完成學(xué)習(xí)任務(wù)過程中形成應(yīng)用信息科技進行合作的意識。

3.交流評價，在多元評價中反思改進設(shè)計

學(xué)生的評價不是只在項目后期，而是貫穿于整個活動過程中，評價主體也不單是師生，還包含學(xué)生自評、生生互評和第三方評價（如道口交警、UCode平臺）等。

教師支持：評價標準前置（如表3），項目活動之初引導(dǎo)學(xué)生理解評價指標，便于學(xué)生理解項目活動的目的，并能利用評價標準約束、規(guī)范活動過程的表現(xiàn)。利用各種信息化手段協(xié)助學(xué)生記錄活動過程的關(guān)鍵表現(xiàn)，如指導(dǎo)學(xué)生利用成長記錄袋記錄自身活動過程，提供課堂展示、UCode平臺、家校聯(lián)系等平臺，增加學(xué)生的展示機會，盡可能擴大項目活動成果的影響面。

學(xué)生活動：在團隊合作中完成作品設(shè)計，并能有選擇地吸納他人意見改進自己的作品，在完成作品的過程中反復(fù)修改完善項目活動計劃書；在交流展示環(huán)節(jié)愿意展示自己的作品，敢于向他人展示自身的創(chuàng)意，有意愿吸納他人優(yōu)秀的經(jīng)驗，并根據(jù)需要改進自身作品。

在人工智能時代，未來社會發(fā)展的不確定性要求學(xué)生有更多元的發(fā)展，有更高的素養(yǎng)，能夠在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)，主動采用信息化問題解決的手段解決問題。這就需要采用更多元的評價方式，以實現(xiàn)“教—學(xué)—評”的一致性，同時提倡學(xué)生采用多樣化的方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)成果，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的能力。

總之，跨學(xué)科項目式學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式拓寬了學(xué)生學(xué)習(xí)的場域，給予學(xué)生更多自主探索的空間，使其有機會通過數(shù)字化學(xué)習(xí)的手段，在真實的情境下探索，尋求問題解決的方案，能夠感受到運用人工智能解決方案相較于傳統(tǒng)解決方案更具優(yōu)越性，體會到人工智能技術(shù)對人類社會的深刻影響，建立對人工智能應(yīng)用的正確認識。

本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度立項課題“基于項目式學(xué)習(xí)的計算思維能力培養(yǎng)研究”（課題編號：FJJKZX21-697）、2021年度福建省中青年教師教育科研項目（基礎(chǔ)教育研究專項）“基于STEAM教育理念的小學(xué)機器人校本課程建設(shè)研究”（課題編號：JSZJ21060）、廈門市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度立項課題“學(xué)科融合視角下的小學(xué)編程教學(xué)實踐研究”（課題編號：21137）的研究成果。