基于勞動體驗的小學人工智能教育活動的設計與實施

一、研究緣起

隨著科技的發展和產業的變革，人工智能背景下的勞動工具、勞動技術及勞動形態等方面都發生了巨大的變化。面向新時代，學校亟須改變傳統的勞動教育方式進行創造性的勞動、智能化的勞動，使其能夠更好地與時俱進，適應時代的發展。創造性勞動強調創造性思維、創造性能力及創造性智慧等方面，要實現從“做中學”向“創中學”的轉變。因此，將勞動教育融入小學人工智能教育中，打造勞動教育新樣態，是時代賦予基礎教育的新使命。

二、邏輯理論

（一）人工智能教育與勞動教育具有一致的內在邏輯

人工智能課程主要目標是以“在做中學，在學中做”的基本理念，引導學生發揮創意，開展創造性勞動，并掌握人工智能技術的開發與應用。勞動教育的直接目標是讓學生通過勞動實踐和體驗，掌握一定的勞動知識與勞動技能，不斷開發自己的潛能。人工智能技術的發展催生了新型勞動，同時使勞動教育的內在意蘊和實踐路徑發生了新的變化。由此可見，人工智能教育與勞動教育具有一致的內在邏輯。

（二）人工智能教育與勞動教育教學內容的整合創新

勞動教育內容包括勞動倫理、勞動技能、勞動價值、勞動思維及勞動觀念等方面的知識。將勞動教育融于人工智能課程體系中，可以實現對勞動教育內容的智能化整合，而且可以根據教師的授意和學生的個性化特點，自動生成符合年齡特點、學習特點及興趣特點的勞動教育課程，從而滿足學生對勞動教育的個性化需求，更好地貫徹落實勞動教育的培養要求。

三、活動設計與實施

（一）設計理念

基于STEM教育理念和無人養護蔬菜種植的現實問題，采用項目式學習，并將課程設置為10個模塊，每個模塊1～2課時，每周一次課，計劃12課時。整個課程圍繞蔬菜種植，分為三個篇章：傳統蔬菜種植方法與技能篇，包括當季蔬菜的選種、蔬菜的種植條件（土壤酸堿度、濕度、溫度等）、蔬菜的種植與養護方法等;人工智能蔬菜種植方法與技能篇，包括編程語言的學習、植物養護系統的Python語言編程實現、根據不同蔬菜的生長習性進行智能澆灌等;蔬菜種植大比拼篇，比一比哪個小組種植出來的蔬菜既健康又美味。學生可以根據蔬菜種植需求，利用人工智能技術和編程語言設計功能模塊，感受學習智能技術的趣味性。

（二）教學資源

身處教育數字化轉型背景下，我校除了建有一個十余畝的勞動實踐基地，包含稻田、菜園、花園、農作園等類型多樣的功能區外，還開辟了一個智慧種植園，由智能溫室園、花卉果樹生態園和蔬菜種植園三部分組成，融入了光控、風控、溫控、智能灌溉、智能實時監控等智能化物聯網管理系統。它不僅可以讓教師線下開展農業生產勞動教學活動，也可以讓學生線上控制生產條件，利用人工智能手段監測濕度、溫度、二氧化碳濃度等數據，觀察農作物、植物生長的全過程，并實驗遠程澆水、溫控、通風等操作，讓全校學生親歷勞動體驗，展開科學探究，學會方法技藝，強化科學實踐，提升創新能力;蔬菜種植園中還設計了智能水培區，可以實現灌溉用水的循環使用，可以讓學生在掌握勞動種植技能的同時，又能激發環保意識。

（三）教學活動

1.專家咨詢，確定適宜種植蔬菜

九月底正好是一個蔬菜播種的季節，這時候正好需要選擇合適時節的農作物來種植，為此，我們請來了農業種植專家為學生進行指導。學生通過上網搜尋、互動討論等形式，將適宜時節的農作物從適宜濕度、生長期、成熟期等方面進行分類整理（見表1）。

2.成立小組，開展任務活動

智慧種植園共有7個種植區，將班級學生分為7個小組，分別認領青菜、香菜、芹菜、菠菜、小蔥和大蒜等蔬菜，并開展任務活動。

任務一：搜集蔬菜種植資料

小組在認領植物后可以采取以下方法實現目標：收集氣象數據、了解秋季溫度、降雨量等相關信息;不同蔬菜對光照需求、光照對植物的影響;了解無土栽培的概念和基質的使用方法;了解植物吸收水分的方式;了解不同地域水源對植物（根系）生長的影響;了解本地氣候與水源分布特點及農作物種類;了解蔬菜的土培、水培及太空培植方法之間的差異，最終形成自然筆記。

任務二：學習蔬菜種植知識

學校通過科學課堂向學生普及蔬菜習性、土壤特征、氣候特征等相關知識，讓學生積累一些蔬菜種植的理論知識，從而更好地引導學生以科學的角度去審視“農業”;邀請校農業基地的教師進行現場指導，手把手地教學生如何使用農具、如何除草、施肥等，力爭讓學生做到課堂能動筆，田間能助苗。

任務三：了解智能蔬菜種植特征

小組成員使用物聯網查詢智能蔬菜種植產品，了解智能種植的特點及方法;由智慧種植園輔導教師及信息科技教師，共同向學生介紹整個種植系統的組成及工作原理，包括智能化控制系統、雨水收集過濾系統，并配備智能種植機器人，可以根據種植蔬菜的特點設置種植深度、間距等參數，借助編程板塊可以實現自動灌溉，監控土壤濕度、土壤質量等功能。

任務四：借助人工智能解決種植難題

人工智能種植系統涉及傳感器、數據收集與分析等技術。對于小學生來說，這些概念比較抽象，為了更好地幫助學生理解知識，我們從傳統蔬菜種植過程中存在的普遍問題出發，倒逼學生進行思考，進而利用人工智能技術進行優化與創新。譬如，學生通過自由討論發現，在傳統的蔬菜種植勞動實踐活動中，經常出現在周末或假期時間段無法觀察蔬菜生長狀態、無法及時澆水等問題，借助物聯網、人工智能等現代化技術就能輕松地解決該問題。

問題一：如何實現對蔬菜生長狀態的持續觀察？

在此過程中，學生可以通過安裝攝像頭和手機App的方式，對蔬菜的整個生長過程進行遠程智能監控，突破了傳統農業種植存在的時間、空間等方面的限制。學生在App中可以隨時將蔬菜的生長狀態進行拍照、截屏、存檔，形成蔬菜的生長筆記;借助傳感器反饋的土壤濕度、溫度及室內空氣質量指數等方面的數據，進行前后對比分析，一旦發現蔬菜生長異常狀況，借助App不僅可以與小組同伴進行互動交流、商討對策，還可以通過遠程診斷的方式與專家、種植園教師、勞動學科教師等進行對接指導，這樣大大提高了教師指導的效率，而且能及時解決學生的問題，助力學生順利完成種植任務。

問題二：如何實現對蔬菜的自動澆灌？

學生可以在蔬菜的澆灌中引入自動噴水設備。公園的自動噴水設備作為一種景觀而存在，不需要考慮土壤的濕度，而蔬菜種植時土壤濕度是影響生長速度至關重要的因素，如何解決該問題，學生進一步小組合作，通過頭腦風暴的形式，梳理蔬菜自動澆灌的基本工作流程，并繪制出相應的流程圖（見圖1），完成蔬菜的定時澆灌功能。

問題三：如何檢測土壤的濕度呢？

土壤濕度傳感器作為農業傳感器中常用的一種，可以用來測量土壤相對含水量，且具有簡便安全、快速準確、自動化等諸多優勢。將土壤濕度傳感器引入種植系統，通過物聯網連接，可以直接傳遞數據信息，便于學生操作。各個小組設計根據傳感器工作原理進行設計，在設計過程中，進一步倒逼學生思考需要重點解決的問題，比如，如何實現在土壤水分不足的情況下進行隨時灌溉？如何自動識別土壤濕度，從而判別什么時候缺水等？有的小組在此基礎上，通過增加微控制器進行編程，還設計了不同澆水模式的系統來適應不同類型的植物。

（四）教學評價

學生以小組產品推薦會的形式展示活動成果，同時，教師從四個維度制定學習評價單，如表2所示，通過教師評價、自我評價和組內評價，幫助學生找準定位。

四、教學反思

通過日常生活中的種植勞動實踐與科技生活、場景應用、角色扮演結合培養學生利用智能硬件和人工智能基礎邏輯架構解決農業種植中的實際問題。從種植蔬菜的選擇到搜集蔬菜特性和種植條件，再到借助人工智能解決種植難題，包括如何實現對蔬菜的持續觀察，如何實現對蔬菜的自動灌溉等。這一系列問題的解決，都離不開團隊成員的集體智慧和共同努力，鍛煉了學生的團隊意識和責任意識。

編輯：溫雪蓮