依托人工智能實驗室開展信息科技大單元教學研究

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）頒布后，六大核心素養概念引領下的教學內容大量涉及人工智能、計算機算法等領域。依托人工智能實驗室進行整合教學成為新形勢下培養學生核心素養的創新路徑，模塊和代碼編程相結合的教學方式使學生對程序的原理和算法有了更深入的理解。實施過程中根據生活中問題的解決設計大單元主題，確立大單元目標，指定大任務或問題串，用連續的課時解決單元問題，將過程性資料整理完善形成大單元作業，通過大單元序列化的學習方式促進單元目標的達成，提升學生的核心素養。

一、大概念統領，創設真實情境激發興趣

1.找準核心大概念

實施大單元項目化教學，要根據新課標從數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能等六大核心概念出發找出本單元的核心概念。學科大概念指向學科的本質，是核心，具有極強的統整性，可以將零散的知識、能力、方法貫穿在一起。因此，在教學過程中可以將算法和人工智能有機結合，確定一個有意義的大項目主題，將教材不同板塊內容的學習融入單元大項目活動的探索和實踐。

2.創設真實情境

核心素養關注解決真實問題的能力。大單元任務設計中的真實問題使學生可以在學習活動中看到知識和世界的聯系，能夠將知識遷移到生活中。人工智能課程設計的靈魂就是創設生活化的問題情境，引發學生解決實際問題的興趣。以單元項目實踐活動方案“關愛老人智能應用系統”為例，方案包含四個大的主題：智能家居系統、環境調控系統、健康監測系統和安全出行系統等。 每個大主題都結合生活實際問題展開，例如：智能家居系統中“燈光”包含自動光線感應燈、人體感應小夜燈、雙向開關燈，環境調控系統包含噪聲提醒器、濕度監測調節器、智能感應空調，健康監測系統包括計步器、肺活量測試儀、定時吃藥提醒器，安全出行保障系統包括智能拐杖、門磁感應器、躲避車輛報警手環。每個微項目都由情境創設、問題引領、評價標準和參考資源四個部分組成。這樣源于真實生活的情境符合教學需求，學生基于每個課時的大任務，通過探究合作解決真實存在的問題。

二、內容調整，構建單元整體框架

1.根據項目活動的需求，重組單元內容

基于單元重構的項目式學習方式不是將案例素材無序堆砌，而是以大概念為主線，以核心素養為目標，圍繞單元主題，根據學生的認知水平和認知邏輯重構教學框架，借助項目化的教學方式形成知識體系的整體構建。

人工智能實驗室采用的是優必選教學平臺，六年級的配套教材《AI超級工程師》每章節都是一個獨立的小任務，如點亮智慧之燈、我的音樂生活、環境監測、通風系統等，知識點較為碎片化，若按照知識點講解，知識間缺乏連貫性，學生很難系統化地掌握。教師嘗試以核心素養為目標，以學科知識點為載體，立足大單元主題，將零散的學科知識整合為大單元，實現教學設計與素養目標的有效對接，比如將點亮智慧之燈整合到智能燈光系統中，將環境監測整合到環境調控系統的教學活動中，實現內容與單元活動的有機融合。

2.用教材作為載體，搭建單元學習支架

新課標理念下的教學將教材作為教學資源，倡導用教材教而不是教教材。在實施路徑方面我進行了大膽的創新，采用了信息課上帶領學生制作PPT創新設計文稿，用代碼編程啟發學生創新思維，社團課上用現有的硬件小組合作創新設計成果的三步走路徑策略。根據此策略，確定單元學習支架。學習支架為學生開展實踐活動提供了有效的資源，能夠輔助單元活動的進行，促進單元目標的達成。

3.將教材中相關聯的知識點進行系統整合

在大單元設計之前，先熟讀教材，對教材內容有一個整體的了解。教材《AI超級工程師》有十六個主題。其中主題五為“環境監測”，主題六為“通風系統”，教材中這兩課時是完全獨立的，但實際上兩課在能力點訓練上有很多共同之處，我們把這兩個主題中關于應用溫濕度傳感器監測環境值的實驗歸為一個大單元。通過線路的連接、程序主體模塊的搭建、傳感器測量臨界值的設置等，將兩課的重難點進行梳理、整合，完成一個以環境調控系統為主題的大單元活動設計，幫助學生更好地鞏固和強化能力點。

三、方法整合，提升學生的思維能力

1.整合程序設計的流程圖進行思路分析

人工智能課的硬件編程與信息科技課用代碼實現問題的解決——二者有效結合可以引導學生深入理解程序設計的邏輯原理。 在“關愛老人智能應用系統”單元活動中，學生創新設計“智能感應空調”，采用流程圖梳理編程思路。在介紹流程圖和分析邏輯關系時，教師以采用python編程找最大數和最小數的例子引入，學生能夠理解語句之間的關系。在對流程圖有了清晰的認知后，結合情境任務目標，學生嘗試畫出流程圖，師生完善流程圖，學生再根據流程圖編程。學生創新設計“門磁感應器”微項目，與“用循環結構解決生活中的問題” 相關聯，通過流程圖梳理算法思路，編程過程中進行將模塊與代碼相互結合的全新嘗試。流程圖適用于問題的分析，課堂上，學生小組合作用“畫程”軟件設計作品的流程圖，不斷進行討論和完善，有效地助力了思維的培養。

2.跨學科整合知識點，拓展創新設計思路

學生完成一個項目后，交流、展示，師生互評，對學生的學習情況做出反饋和評價。引導學生從作品的創新性和實用性來評價，從而加強學生對知識的應用并就項目任務進行拓展，結合生活實際思考本單元的知識點可以解決生活中的哪些問題。

四、優化作業設計，逐步完成單元成果

在大單元教學背景下，作業設計應緊密貼合大項目主題，有序列性、連貫性，具生活化、層次化，讓學生樂于接受并能夠靈活運用所學技能結合有效的作業設計達到鞏固學習成果的目的。基于教學需要及學科拓展課程的實施路徑，將單元作業分兩個途徑來實施，即課時拓展作業和單元長作品。作業設計的選題源于教材內容的補充和拓展，結合大單元的項目主題，達到鞏固學習效果、提升自主學習能力的目標。例如“關愛老人智能應用系統”大單元項目實踐活動過程中，學生在課堂上認識并學習使用光線傳感器、聲音傳感器、溫濕度傳感器等并結合執行器，經過一個月的時間編程制作了系統的單元長作業，形成單元學習成果。

總之，依托人工智能實驗室開展信息科技大單元教學研究，可以在時間和空間上實現實踐活動與知識點之間的有機融合，學生以探究性學習為主要方式，在單元活動中動手實踐并達成學習目標。跨學科知識點的整合與大單元任務的驅動，提高了學生興趣，促進學生對學科知識的理解和運用，為核心素養的落地提供了實踐路徑。

（作者單位：山東省威海市新苑學校）