魏麗端 方瑤捷

2019年年底，《廈門市教育局關于開展義務教育階段學校人工智能教育試點工作的通知》出臺，指出為加快推進義務教育階段學生人工智能普及教育，將組織100所學校先期探索人工智能教育的途徑和方法，鼓勵學校綜合考慮學生的心智發(fā)展水平、年齡特征，探索開發(fā)人工智能校本課程。筆者所在學校有幸成為其中的一所試點校。因為是第一次開展，一系列的問題擺在了我們面前：人工智能是什么？該課程要培養(yǎng)學生哪些方面的能力？如何根據(jù)目標開發(fā)適合本校學情的人工智能校本課程？該選擇什么教學模式、教學策略實施課程？基于以上問題，學校開展了“基于計算思維培養(yǎng)的小學人工智能初步校本課程開發(fā)研究”。從人工智能發(fā)展和應用角度來看，信息技術學科是人工智能初步校本課程的“基石”。因此，作為信息技術學科核心素養(yǎng)之一的“計算思維”理應是人工智能初步課程的學科核心素養(yǎng)之一。學生通過該課程的學習，也能更好地發(fā)展計算思維能力。

● 課程內(nèi)容的選擇

明確了人工智能初步校本課程的目標之后，開學初，筆者通過對學生問卷調(diào)查了解到：學校四年級學生65.97%有一定的編程基礎，34.03%沒有;學生對人工智能課程非常感興趣，更喜歡在教師的指導下開展小組合作學習;學生希望通過該課程獲得多方面能力的發(fā)展，尤其是實踐創(chuàng)造能力。

立足實情，筆者先組織學生學習了四個課時的圖形化編程，縮小學生間的基礎差距。在參考華東師范大學出版社的《AI上智慧生活》一書的基礎上，通過反復磨課，并進行自主課程選擇、改編和補充性開發(fā)，最終以教學方案形式形成了具有學校特色的人工智能初步校本課程。內(nèi)容包括《人工智能簡介》《有趣的編程1～4課》《初識智慧生活》等系列主題課。

● 教學模式的選擇

“學習的本質”應是促進學生深度思考，發(fā)展多種思維，培養(yǎng)問題解決能力。項目化學習能夠還原學習的本質。在項目化學習中，學生能聯(lián)系真實生活發(fā)現(xiàn)問題，再通過教師提供的一系列腳手架進行探究合作，從而解決具有開放性、綜合性、挑戰(zhàn)性、指向核心素養(yǎng)的驅動性問題。參考《重新定義學習：項目化學習15例》，筆者在學生學完人工智能的一些事實性知識后，組織學生開展項目化學習活動，切實有效地幫助學生整合、提升學科知識，培養(yǎng)學生的計算思維能力。

● 項目化學習案例分析

1.項目設計，提出驅動性問題

（1）項目簡介

本項目讓學生聚焦日常居家生活，通過互動討論居家生活中遇到的問題，提出“智”造家具方案，創(chuàng)造性地借助人工智能工具設計制作家具模型，形成對問題智能化解決的初步解釋。

（2）驅動性問題

智能家具給我們的生活帶來了極大的便利。但實際上還有很多家具并沒有智能化，還有很多不便之處。如何為居家生活設計一個智能化家具，讓我們生活變得更美好？

（3）知識與技能要點

認識亮度傳感器、溫濕度傳感器、聲音傳感器、觸碰傳感器的原理、功能、用途;能結合各種傳感器的功能，在分析家具結構的基礎上，搭建、寫流程圖、編程。

（4）核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

①計算思維：界定問題——能聯(lián)系日常居家生活，思考哪些家具可再“智”造，以解決日常居家生活問題。分析數(shù)據(jù)、抽象建?！軐碗s的居家生活問題抽象約簡為簡單的可計算的問題。算法設計——能繪制智能化家具智能化的流程圖并編程實現(xiàn)。評估最優(yōu)方案——在不斷“試錯”的過程中，獲得家具智能化的最優(yōu)解決方案。遷移運用——學會將“智”造家具問題的解決方法遷移到其他問題中。

②信息意識：能夠根據(jù)解決居家生活問題的需要，自覺、主動地尋求人工智能方法分析、解決問題;在合作解決問題過程中，愿意與小組成員共享信息。

③數(shù)字化學習與創(chuàng)新：在設計制作智能家具模型的過程中，能探究合作學習各種傳感器的原理、功能、用途，并靈活甄選合適的傳感器，創(chuàng)造性解決家具“智”造問題。能通過UMU互動平臺開展自主探究、合作學習與知識分享。

④信息社會責任：培養(yǎng)學習人工智能課程的興趣;感受并增強人工智能技術服務于生活的責任感。

2.項目實施，培養(yǎng)計算思維

本項目活動共計8課時，具體教學安排如下。

（1）項目引入階段

教師活動：以教師晨起喝不上溫水的困擾，想擁有一個智能水壺為例，引出問題“你能根據(jù)遇到的問題，設計創(chuàng)作一個智能化家具，讓我們的居家生活更美好嗎？”并組織學生填寫問題單，展示問題單。

學生活動：交流討論，填寫問題單。

（2）探究合作階段

教師活動：組織學生結合前面所學的紅外測距傳感器、超聲波傳感器的方法，學習亮度傳感器、溫濕度傳感器、聲音傳感器、觸碰傳感器的原理、功能、用途。引導學生結合各種傳感器的功能、問題單，在UMU平臺上設計“智”造家具活動方案。

學生活動：小組合作探究學習亮度傳感器、溫濕度傳感器、聲音傳感器、觸碰傳感器的原理、功能、用途。在UMU平臺上設計活動方案。

（3）解惑釋疑階段

教師活動：組織學生明確項目活動評價量規(guī);組織學生小組合作搭建智能家具模型;組織學生繪制流程圖，并反饋問題;組織學生在uKit EDU軟件上編寫程序，反饋調(diào)試，實現(xiàn)家具的智能化。

學生活動：小組合作，搭建智能家具模型，寫出算法流程圖。并編寫程序，實現(xiàn)家具的智能化。

（4）成果評價階段

教師活動：組織學生根據(jù)項目成果展評要求進行展評，并說出收獲與反思。并根據(jù)項目評價量規(guī)，組織學生自評、互評，對學生學習過程進行綜合評定。

學生活動：根據(jù)展評要求介紹“智”造家具過程與作品，說一說收獲與反思。

3.項目成效及反思

①真實情境中學習，培養(yǎng)界定問題能力。在項目引入階段，學生能結合親身經(jīng)歷，在問題單中寫出生活中遇到的真實問題。例如，A隊學生的問題：“平時在家看書，經(jīng)常看著看著，眼睛距離書本越來越近。因此，想改造臺燈，希望臺燈能輔助提醒、糾正看書的姿勢”。B隊學生寫陽臺外的晾衣架遇到下雨天無法自動回收，想改造晾衣架，使其遇到下雨能自動收回屋檐下，晴天自動伸出屋檐……通過本環(huán)節(jié)，學生學會將學習與生活建立聯(lián)系，從生活中發(fā)現(xiàn)、提出自己感興趣的可研究性問題，并提出自己的想法。

②探究合作中學習，培養(yǎng)組織分析數(shù)據(jù)、抽象建模能力。在探究合作學習階段，因為學生前面已經(jīng)學了紅外測距傳感器、超聲波傳感器的原理及使用方法。因此，教師引導學生知識遷移，認識亮度傳感器等傳感器的原理，探究如何通過傳感器讀數(shù)讀取當前環(huán)境下各種參數(shù)的變化，并結合“如果…執(zhí)行…，否則執(zhí)行…”功能塊簡單應用傳感器。

為了考查學生是否真正理解傳感器的功能，能否運用簡單的人工智能方法解決生活中遇到的問題，教師讓學生根據(jù)已學知識技能，在UMU平臺上填寫“智”造家具活動方案。該環(huán)節(jié)，學生需要綜合考慮如何借助目前所掌握的知識技能，通過分析、抽象“智”造家具結構與功能，采用自動化技術實現(xiàn)家具的智能化。很明顯，學生的組織分析數(shù)據(jù)、抽象建模能力進一步提升了。

③不斷試錯中學習，發(fā)展計算思維能力。程序流程圖可以很好地展現(xiàn)學生解決問題的思維過程，并影響后續(xù)編程以及自動化方案能否實現(xiàn)。剛開始，有些學生寫出來的算法流程圖是錯誤的;有些學生只會用口頭說出自己的想法。于是，教師采用范例教學法，引導學生學習如何繪制流程圖。在此基礎上，讓學生探究合作編寫圖形化程序。為檢驗邏輯思維過程是否正確，學生還必須不斷反饋調(diào)試。

反饋調(diào)試過程，其實就是學生發(fā)展邏輯思維、批判思維的過程。例如，有一小隊的學生，在繪制流程圖和編寫的程序時提出疑問：“老師，我一時對著聲音傳感器大喊，燈不亮?。俊苯處熃?jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)學生對理解存在問題。教師反問：“‘教室里安靜得一點聲音都沒有是聲音強度值大于100還是小于100？”學生回答：“小于100。”教師繼續(xù)追問：那將“‘教室里安靜得一點聲音都沒有放到判斷框中，什么意思？”學生答：“如果‘教室里安靜得一點聲音都沒有執(zhí)行亮燈，否則關閉眼燈。”學生突然頓悟，將程序流程圖和編程錯誤的地方都修改了。

● 多元性評價中推動項目化學習

在本項目落實培養(yǎng)學生的計算思維的過程中，學習評價量規(guī)起到了功不可沒的作用。教師一方面借助班級優(yōu)化大師對學生的探究學習、團隊合作進行過程表現(xiàn)性評價，另一方面借助本校人工智能初步計算思維能力評價表（如上表）推進學生學習進程，以及落實項目化學習成果的綜合評定。

● 結束語

人工智能校本課程的開發(fā)實踐研究過程好比學生項目化學習過程。雖然，目前學校還處于初級探索階段，但相信歷經(jīng)剝繭抽絲、披沙揀金后，定能形成一套具有本校特色的人工智能初步校本課程，使學生受益無窮。