江蘇省太倉(cāng)市沙溪鎮(zhèn)岳王學(xué)校 唐曉挺

“人工智能”成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)，“人工智能”是引領(lǐng)未來(lái)的戰(zhàn)略性技術(shù)，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家把發(fā)展人工智能作為提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力、維護(hù)國(guó)家安全的重大戰(zhàn)略，2017年國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，指出人工智能課程教學(xué)要向低齡化發(fā)展，那么我們的首要任務(wù)是在中小學(xué)的教學(xué)計(jì)劃中加入“人工智能”課程，并運(yùn)用適合中小學(xué)生心理特點(diǎn)的教學(xué)策略進(jìn)行教學(xué)。

一、要義解讀

（一）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是以問(wèn)題引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)方法，是學(xué)生自主探究的一個(gè)體現(xiàn)，學(xué)生主動(dòng)探索現(xiàn)實(shí)世界，教師作用是理論指導(dǎo)和器材提供，學(xué)生通過(guò)小組合作解決一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題，學(xué)習(xí)過(guò)程不是用一個(gè)固定的、現(xiàn)成的方法解決實(shí)際問(wèn)題，而是學(xué)生需要知道什么地方以及如何獲得有助于解決問(wèn)題的方法和信息，最后解決問(wèn)題。它可以展現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)造力，具體過(guò)程包括如何檢索知識(shí)、如何制定方案、如何改進(jìn)方案、如何實(shí)施方案，以及在方案實(shí)施過(guò)程中如何進(jìn)行小組溝通和合作。

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，需要通過(guò)思考和推理來(lái)完成項(xiàng)目的實(shí)施，老師的作用是通過(guò)支持、建議和指導(dǎo)來(lái)幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式教學(xué)和傳統(tǒng)的傳授式教學(xué)不同，它需要教師更多關(guān)注項(xiàng)目的過(guò)程、學(xué)生能力的發(fā)展，而不是注重知識(shí)的傳授。

（二）人工智能教學(xué)

人工智能是通過(guò)了解人腦思考問(wèn)題的特點(diǎn)，制造出具有一定智能和能模擬人腦思維的人工系統(tǒng)，運(yùn)用該系統(tǒng)替代需要人的智力才能完成的工作，人工智能教學(xué)也就是了解人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)人工系統(tǒng)的基本理論、方法和技術(shù)。

2017年7月國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，要求在中小學(xué)階段安排“人工智能”相關(guān)課程，初步接觸“人工智能”。2018年1月，教育部公布《普通高中課程方案》，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理正式被納入《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》新課標(biāo)，同年江蘇省教研室《信息技術(shù)》教材編寫(xiě)組也發(fā)布了蘇科版《信息技術(shù)》教材，編程、機(jī)器人課程、走進(jìn)人工智能等章節(jié)出現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容中。2019年7月《人工智能（初中版）》教材面世，教學(xué)目的在于提升學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，幫助學(xué)生建立起對(duì)人工智能的鑒賞力、理解力和應(yīng)用力。

二、教學(xué)模式

中小學(xué)人工智能教學(xué)還沒(méi)有形成一門(mén)獨(dú)立的課程，一般在《信息技術(shù)》教材中體現(xiàn)，缺乏系統(tǒng)性和完整性，“人工智能”與“中學(xué)物理”聯(lián)系緊密，在物理課程活動(dòng)中開(kāi)設(shè)“人工智能”課程，可以彌補(bǔ)不足，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)方法的融入也可以使人工智能教學(xué)有可靠的抓手。人工智能教學(xué)不是一個(gè)單學(xué)科教學(xué)，在教學(xué)過(guò)程中需要滲透其他學(xué)科知識(shí)，學(xué)生運(yùn)用各種知識(shí)實(shí)現(xiàn)既定目的。教學(xué)模式如圖1所示。

圖1

三、教學(xué)應(yīng)用

人工智能教學(xué)是通過(guò)課程讓學(xué)生學(xué)會(huì)用模擬人類(lèi)智能的途徑解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，讓人們的生活質(zhì)量更高，它以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)方法作為載體，教師在課程教學(xué)中運(yùn)用“構(gòu)建框架”“形成作品”“成果反饋”的模式組織教學(xué)。

1.生活情境：在醫(yī)院當(dāng)對(duì)病人進(jìn)行靜脈注射時(shí)，將藥液裝于輸液瓶中，再采用靜脈注射管將液體藥物注射到人體血管中，以達(dá)到治療的目的，輸液時(shí)，需要人來(lái)定時(shí)查看液體的多少，讓病人或家屬不敢休息，帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。

2.生成問(wèn)題：如何使液體在快要輸完時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提醒病人或看護(hù)者通知醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行換藥或做其他處理？

3.檢索資料：目前市面上的輸液存余檢測(cè)技術(shù)主要是紅外線檢測(cè)技術(shù)，利用液體和空氣的接觸面的折射原理改變紅外線的強(qiáng)度或方向，從而使得接收端信號(hào)改變，一般有透射式和折射式。這種方式就是檢測(cè)滴液管中液滴滴落的次數(shù)，這種技術(shù)的缺點(diǎn)是固定在輸液管上檢測(cè)，當(dāng)報(bào)警時(shí)已經(jīng)太晚了。

4.制定方案：中學(xué)物理中初步涉及了電路設(shè)計(jì)知識(shí)、傳感器知識(shí)。方案制定的思路為：“Arduino”主控，利用非接觸式液位傳感器保證藥液衛(wèi)生安全，當(dāng)液位低于安全閥值時(shí)，發(fā)出報(bào)警，提醒患者及醫(yī)護(hù)人員，同時(shí)可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把液位數(shù)據(jù)傳到醫(yī)護(hù)人員的手機(jī)app上，提醒醫(yī)護(hù)人員或患者。

器材準(zhǔn)備：主控板、非接觸式液位傳感器、蜂鳴器、LED、撥碼開(kāi)關(guān)、3.7V鋰電池聚合物、Micro usb 充電接口、其他結(jié)構(gòu)件（3D打?。＃ㄈ鐖D2）

圖2

5.學(xué)科滲透：物理知識(shí)、焊接知識(shí)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)知識(shí)、手機(jī)app、3D打印等。

6.修改完善：此設(shè)計(jì)只是液位低于安全閾值時(shí)，發(fā)出報(bào)警，拓展其功能，可以利用手機(jī)app實(shí)時(shí)查看液面的位置，輸液者、陪護(hù)家屬甚至護(hù)士都能查看，利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，合理安排工作。

7.作品展示：元器件焊接后，合理安放到結(jié)構(gòu)件中。

8.評(píng)價(jià)點(diǎn)評(píng)：該作品是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)“人工智能”為人們服務(wù)，解決的是人們輸液時(shí)需要人去看護(hù)的輸液報(bào)警問(wèn)題，利用網(wǎng)絡(luò)和app可以實(shí)現(xiàn)和手機(jī)連接，有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

9.推廣應(yīng)用：在全校范圍展示，征求建議，申請(qǐng)專(zhuān)利，向社會(huì)尋求合作意向。

四、教學(xué)意義

（一）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)讓學(xué)生回歸本源

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是基于生活、基于思考、基于創(chuàng)新等具有實(shí)踐性的學(xué)習(xí)方式，打破以往單學(xué)科的教學(xué)方式，以“項(xiàng)目”來(lái)引領(lǐng)的課程模式，它是一種符合學(xué)生心理特點(diǎn)以及能發(fā)展學(xué)生高階能力的學(xué)習(xí)方式，在學(xué)習(xí)過(guò)程中讓學(xué)習(xí)親近生活，解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，教師提供有目的、真實(shí)的任務(wù)，與真實(shí)世界相連接，促使學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過(guò)程，深入探究生活實(shí)際問(wèn)題，可以有效促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，有效提升他們的學(xué)科核心素養(yǎng)和能力。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)讓“人工智能”課程有了合適的教學(xué)方法，中小學(xué)生的天性是“好動(dòng)”，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是在“玩中學(xué)”，“人工智能”的特點(diǎn)是新奇，學(xué)生對(duì)某一學(xué)科有興趣，就會(huì)持續(xù)地專(zhuān)心致志地鉆研，從而提高學(xué)習(xí)效果。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)使更多的教師開(kāi)始關(guān)注傳統(tǒng)教育理念、教育模式的變革，注重對(duì)中小學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，探索出適合時(shí)代要求的育人方法，從而使學(xué)生的成長(zhǎng)更符合生長(zhǎng)規(guī)律，得到全面的發(fā)展。

（二）“人工智能”課程讓中小學(xué)和科技走得更近

人工智能就其本質(zhì)而言，是對(duì)人思維過(guò)程的模擬，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專(zhuān)家系統(tǒng)等，屬于現(xiàn)代社會(huì)的高端科技領(lǐng)域?！吨袊?guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》中指出，實(shí)踐創(chuàng)新主要是學(xué)生在日?；顒?dòng)、問(wèn)題解決、適應(yīng)挑戰(zhàn)等方面所形成的實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和行為表現(xiàn)，具體包括勞動(dòng)意識(shí)、問(wèn)題解決、技術(shù)應(yīng)用等基本要點(diǎn)；理解技術(shù)與人類(lèi)文明的有機(jī)聯(lián)系，具有學(xué)習(xí)掌握技術(shù)的興趣和意愿；具有工程思維，能將創(chuàng)意和方案轉(zhuǎn)化為有形物品或?qū)σ延形锲愤M(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化等。在中學(xué)開(kāi)始“人工智能”課程符合國(guó)家對(duì)于學(xué)生的總體要求，而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)讓學(xué)生有了“思維”的成長(zhǎng)和“勞動(dòng)”的體驗(yàn)，讓學(xué)生在開(kāi)闊眼界的同時(shí)在探究中獲得高端科技的知識(shí)。

（三）基于“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”的 “人工智能”課程更有利于中小學(xué)的教學(xué)銜接

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有同一領(lǐng)域研究資料的分析發(fā)現(xiàn)，在中小學(xué)課程教學(xué)中開(kāi)展的人工智能課程并不多。在“小學(xué)科學(xué)”和“中學(xué)物理”的教學(xué)中，適當(dāng)融入“人工智能”課程，通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式提高教學(xué)有效性，挖掘中小學(xué)的人工智能資源，并對(duì)中小學(xué)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理銜接，成為學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的基石，可以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從教學(xué)形式上，探索中小學(xué)人工智能教學(xué)的延續(xù)性、銜接性，為基礎(chǔ)教育階段課程統(tǒng)一開(kāi)展打好基礎(chǔ)。學(xué)生在小學(xué)階段接觸到項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，他們到初中以后，潛移默化地接受這種教學(xué)模式，不會(huì)感到陌生、抗拒。小學(xué)階段和中學(xué)階段區(qū)別僅僅是教學(xué)內(nèi)容的不同，教學(xué)形式的統(tǒng)一更利于人工智能教學(xué)的開(kāi)展、人工智能教育理念的落實(shí)，可以真正提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)！