人工智能助力下的小學工程教育的實踐研究

中圖分類號：G434文獻標識碼：A論文編號：1674—2117（2025）14—0106—03

引言

隨著科技的迅猛發展，工程教育在培養學生的綜合素質和創新能力方面的作用愈發凸顯。筆者所在學校充分發揮地域優勢，投身于工程教育實踐，積極探尋契合小學生認知特點與發展需求的工程教育新模式，全力開展“行之有道”無人駕駛技術的探索與實踐課程，以期能夠激發學生對工程領域的濃厚興趣，培育其工程思維與創新能力。

課程規劃與實施

1.內容架構

“行之有道”課程以無錫經開區的無人駕駛小巴車技術為核心，貫穿整個課程體系，旨在培養學生的工程素養、創新思維和實踐能力。該體系包括三個主要層級一校本課程（興智課程）、社團課程（優智課程）和競賽課程（極智課程），每個層級都圍繞無人駕駛技術展開，形成了一套完整的學習和發展路徑。

在興智課程的開發建設上，學校充分考慮不同學段學生的年齡特征，設置了符合學生認知特點的課程。

低年級學生培養方向：注重培養動手能力和對車輛的整體認識。課堂上，教師提供豐富多樣的車輛模型組裝材料，引導學生動手組裝。在這個過程中，學生不僅能學會如何操作，還通過觀察和實踐，對車輛的結構和功能有更深刻的理解。同時，通過展示不同出行方式的圖片和視頻，激發學生對出行方式及車輛技術的興趣，培養他們的創新思維和團隊合作意識。

中年級學生培養方向：側重傳感器的應用和編程能力的培養。提供小車、機器魚等模型的搭建材料和工具，引導學生使用平板電腦進行簡單的編程操作。學生在搭建模型的過程中，不僅學會了如何運用傳感器控制模型的動作，還通過編程實踐，初步體驗人工智能對出行的影響。

高年級學生培養方向：注重對出行問題的深人探討和基于項自的工程知識學習。引導學生通過查閱資料、討論交流等方式，學習無人駕駛技術背后的原理，了解當前出行問題的現狀與挑戰。另外，組織學生進行基于項目的工程實踐活動，鼓勵他們綜合運用所學知識設計相關模型，學習如何運用工程知識解決實際問題，通過團隊合作和成果展示，增強民族自豪感和愛國情懷，培養社會責任感和創新精神。

2.組織實施

工程教育是一種以培養學生工程思維和解決實際問題能力為目標的教育形式，其核心是將理論知識與實踐技能結合起來。因此，在課程實施的過程中，需要注重理論與實踐的結合，確保課程內容能夠真正轉化為學生的實踐能力和解決問題的能力。

（1）以項目實踐為陣地，建立全面認識

第一階段以項目實踐為主，強調在讓學生掌握無人駕駛技術的理論知識，形成對無人駕駛技術的全面認識。同時，指導學生以小組合作的形式，設計、搭建小車模型，再通過電腦編程和調試實操，讓他們在實踐中掌握無人駕駛的關鍵技術，由此提升學生計算思維、數字化學習與創新能力等核心素養。具體教學過程如下：

① 教師向學生介紹無人駕駛技術的概念和發展歷程，同時，展示現實中一些無人駕駛的應用案例，幫助學生更好地理解無人駕駛技術的基本知識。此外，采用VR技術，增強學生的臨場體驗感，讓學生身臨其境地體驗出行過程中的各種情境，加深對交通規則和安全知識的理解。在此基礎上，進一步深入了解無人駕駛車輛的主要設計方案，培養學生的工程思維。

② 學生深人學習多種電子模塊的使用，熟知各種傳感器的特性和應用場景，以便在后續的實踐中知道如何選擇和使用適合的傳感器來進行測量和數據采集，并知道如何將它們集成到電子系統中。同時，完成模型車輛機械結構的組裝與調試，確保各部件運轉正常，擴展動手操作能力和電子系統的設計與開發能力，提高實踐能力和應用水平。

③ 學生通過理論學習和實踐操作，了解無人駕駛汽車模型開發的環境配置，如調試串口驅動，模型車輛前進、后退、轉彎的函數定義等，思考如何將它們應用到實際生活中解決諸如如何提高系統的穩定性和可靠性、如何優化系統的性能和能耗、如何保護系統的安全性和隱私性等問題。從發現問題、提出問題、設計方案、實施方案到問題解決，以問題為依托，環環相扣，充分激發學生的探究意識，培養計算思維和工程思維，使學生具備良好的解決問題的思維方式和習慣。

（2）以高新企業為紐帶，提出改進策略

在第二階段，以學校周邊的社會場域為支撐項目發展的協同地點，與高新科技企業合作，讓學生有機會近距離接觸和體驗無人駕駛汽車。通過實地考察和試乘，在新鮮感的刺激下進一步激發探究熱情。另外，通過與企業的工程師和技術人員進行交流，學生能具體了解無人駕駛技術在現實生活中的應用前景與發展趨勢，如物流配送、緊急救援和無人挖礦車等。在體驗結束后，教師以問題為研究導向，將學生分成若干小組，進一步開展問題分析和技術改進研究，針對在考察和試乘過程中發現的問題提出改進方案和技術建議，逐步形成階段性研究方案，以便更好地促進無人駕駛技術的發展和應用。

（3）以辯論比賽為引線，擦出思維火花

在第三階段，進一步拓展提升學生的無人駕駛技術知識。通過深入研究無人駕駛技術背后的原理，學生能更深入地理解這項技術的優勢和局限。為了提高學生的批判性思考能力，教師組織辯論賽，讓學生就無人駕駛技術的優劣展開辯論。在辯論賽中，學生分為正反兩方，各自闡述無人駕駛技術的優勢和存在的問題，如當傳感器或系統出現故障時，無人駕駛汽車可能會突然停止或做出不正確的反應，從而帶來危險…通過辯論，學生能更深入地理解無人駕駛技術對人們日常生活的影響以及它在工業生產中的實際應用，提升了技術評估能力。同時，在準備辯論的過程中，學生也鍛煉了搜集、查找、整合資料等自主學習能力和獨立思考能力。通過這種方式，學生將更理性地看待技術對生產、生活造成的影響。

（4）以學術分享為契機，提升思維高度

在第四階段，為了進一步提高學生的學術能力和表達交流能力，學校舉辦學術分享會，主要內容是讓學生設計無人駕駛小車的方案，如無人配送車等，并交流經驗。

為了確保項目的順利進行，學生首先進行詳細的市場調研，不僅需要深入研究無人駕駛小車的國內外市場，還需要詳細地分析各種設計方案并撰寫研究報告，并以團隊為單位向其他同學展示他們的研究成果。通過學術分享會，學生不僅提高了探究能力，還學會了如何與他人分享自己的研究成果和經驗。

（5）以演講比賽為平臺，領略工匠精神

在高年級段，學校舉辦演講比賽，通過講述航天工匠們如何在挑戰中顯智慧、如何在平凡中創造非凡，來加深學生對工匠精神的認識和領悟。

3.課程評價

學校建立了各學段學生項目學習狀態跟蹤電子表格、量化評價表等。

課程實施中的問題與挑戰

1.教師專業素養有待提高

挑戰：小學教師在工程知識方面存在明顯欠缺，這在一定程度上制約了工程教育課程的有效實施。在教學方法運用上，部分教師不熟練，項目式學習任務設計不合理，探究式教學引導啟發缺失，情境教學和小組合作學習也存在問題，影響教學質量。

策略： ① 定期組織教師參加工程教育相關的培訓課程，邀請行業專家、學者進行授課。 ② 選派教師參加各類學術研討會和專業培訓活動，如機器人編程培訓、3D打印技術培訓等，提升教師的實踐操作技能，以便能夠更好地指導學生進行相關的實踐活動。 ③ 鼓勵教師參加在線學習課程，利用網絡資源進行自主學習。 ④ 定期組織教師開展教學研討與交流活動，分享自己在教學過程中的經驗和心得。 ⑤ 組織教師進行教學觀摩活動，相互學習，借鑒他人的教學經驗。

2.學生個體需求難以滿足

問題：學生個體差異給課程實施帶來挑戰。在學習能力上，有的學生能力強，有的學生能力弱；在興趣方面，學生的興趣點各不相同。

策略： ① 分層教學。依據學生學習能力與知識掌握程度，將學生分為基礎、提高、拓展三層。基礎層學生專注于基礎知識鞏固與基本技能訓練，如在智能車編程學習中掌握基本指令；提高層學生在已有基礎上拓展知識、提升能力，學習中級編程知識并執行復雜任務；拓展層學生憑借較強能力與創新思維，參與自主探究與項目實踐，如設計高功能無人駕駛智能車，教師提供前沿資料助力其創新。 ② 興趣導向教學。以學生興趣為出發點設計活動。對機械結構感興趣的學生參與智能車結構優化，提升動手與創新能力；熱衷編程的學生通過競賽提升編程水平與團隊合作意識；關注無人駕駛應用場景的學生參與城市交通規劃項目，培養系統思維與創新能力。

參考文獻：

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作者簡介：宋曉青，二級教師，研究方向為小學工程教育教學研究。

基金項目：“基于數據分析的生成式人工智能對學生跨學科思維培養的實證研究”（編號：2025JKGH—18）。