許嘉艷　潘鑌

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》新增了“技術(shù)、工程與社會(huì)”“工程設(shè)計(jì)與物化”等課程內(nèi)容。人工智能內(nèi)容也進(jìn)入到小學(xué)五六年級(jí)的信息科技教材。為培養(yǎng)新時(shí)代學(xué)生發(fā)展所需要的人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神與實(shí)踐創(chuàng)新能力，我們?cè)谔K教版六年級(jí)科學(xué)教材“像工程師那樣”這一專題學(xué)習(xí)中，充分挖掘福建船政文化課程資源，依托船模創(chuàng)客班開(kāi)展一系列跨學(xué)科的項(xiàng)目式探究活動(dòng)，以船模制造為基礎(chǔ)，鍛煉學(xué)生的工程技術(shù)與創(chuàng)新能力，并結(jié)合人工智能，滿足并實(shí)現(xiàn)學(xué)生在時(shí)代發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步的環(huán)境中產(chǎn)生的奇思妙想。

一、沉浸式研學(xué)，探秘中國(guó)近代船政史

“一座學(xué)堂引領(lǐng)一個(gè)時(shí)代”，這是福建船政學(xué)堂的縮影。學(xué)生懷著對(duì)嚴(yán)復(fù)、詹天佑、薩鎮(zhèn)冰等船政名人的崇敬和對(duì)造船知識(shí)的渴望，定期到福建船政博物館、昭忠祠等地開(kāi)展沉浸式的參觀研學(xué)。

1.明確任務(wù)，激發(fā)興趣。

在研學(xué)前，教師引導(dǎo)學(xué)生自由組建學(xué)習(xí)合作小組，確定組名與口號(hào)，領(lǐng)取研學(xué)地圖與任務(wù)單，并明確項(xiàng)目時(shí)間與獎(jiǎng)勵(lì)規(guī)則，激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣與斗志。

2.合作學(xué)習(xí)，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)。

教師根據(jù)任務(wù)單進(jìn)行小組分工，合理安排組員任務(wù)、線路和時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用文本閱讀、信息搜集、數(shù)學(xué)計(jì)算等方法，進(jìn)行合理分析與綜合判斷，協(xié)同合作迅速解決任務(wù)。如，在一樓展廳獲知清朝水師名艦“揚(yáng)武號(hào)”模型的長(zhǎng)、寬與型深，以及模型制作比例1∶13等信息，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)測(cè)算“揚(yáng)武號(hào)”實(shí)際尺寸。

3.匯報(bào)展示，分享評(píng)價(jià)。

最后的各組匯報(bào)展示，全體學(xué)員得以分享更多的研學(xué)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)梳理任務(wù)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題，提高小組成員合作學(xué)習(xí)的能力。

二、跨學(xué)科探究，“我是小小船舶工程師”

“雙減”政策背景下，我校在課后延時(shí)服務(wù)課程中增設(shè)“編程與船?！眲?chuàng)客校本課程、人工智能有機(jī)融入船模STEAM研究項(xiàng)目，讓“小小船舶工程師”的更多奇思妙想成為可能。

1.建立師生學(xué)習(xí)共同體，自主學(xué)習(xí)編程技術(shù)。

“編程與船?！眲?chuàng)客班師生學(xué)習(xí)共同體向?qū)W生普及編程技術(shù)，讓學(xué)生熟練運(yùn)用數(shù)學(xué)思維完成圖形化的編程，讓項(xiàng)目中的人工智能實(shí)現(xiàn)成為可能。我們選擇界面簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)單、教學(xué)資源豐富且免費(fèi)的Mind+編程軟件，在國(guó)產(chǎn)開(kāi)源硬件掌控板平臺(tái)等處選購(gòu)物美價(jià)廉的芯片與傳感器，由免費(fèi)的Easy IOT物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生的智能項(xiàng)目萬(wàn)物互聯(lián)。

2.線上線下完美結(jié)合，翻轉(zhuǎn)課堂助力學(xué)習(xí)。

我們創(chuàng)建班級(jí)微信群，精選線上人工智能課程資源，整合碎片化時(shí)間，打破時(shí)空限制，在信息科技課學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單圖形化編程的基礎(chǔ)上，課后再利用微信“打卡”小程序推送練習(xí)，并在線上學(xué)習(xí)圈及時(shí)分享作業(yè)，自主互學(xué)互評(píng)中有效解決學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的共性高頻問(wèn)題，不斷提升圖形化編程和各種傳感器程序控制能力。

經(jīng)過(guò)線上線下一體化的翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)之后，學(xué)生在線下自主選擇合適的工具、材料來(lái)嘗試實(shí)施奇思妙想，運(yùn)用多領(lǐng)域知識(shí)技能，開(kāi)展多維度的探究學(xué)習(xí)。

3.探究實(shí)踐應(yīng)用遷移，工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)物化。

“小小船舶工程師”們躍躍欲試，運(yùn)用自主編程技術(shù)，把普通的電動(dòng)遙控船改裝成了利用超聲波傳感器智能控制的無(wú)人避障船。它在水中運(yùn)行可以智能避開(kāi)障礙物，自動(dòng)規(guī)劃行進(jìn)路線。這樣的作品不再是簡(jiǎn)單的模型、簡(jiǎn)單的無(wú)線電遙控，而是具有數(shù)學(xué)運(yùn)算思維，可智能控制各種傳感器、實(shí)現(xiàn)科學(xué)仿生的航海船模。

三、創(chuàng)新小發(fā)明，培育未來(lái)科技小創(chuàng)客

通過(guò)“小小船舶工程師”的實(shí)踐，學(xué)生鍛煉了工程技術(shù)與創(chuàng)新能力，同時(shí)又掌握了人工智能編程的能力，為后續(xù)進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)明打下了基礎(chǔ)。

1.大膽質(zhì)疑確定選題，解決身邊實(shí)際問(wèn)題。

在創(chuàng)客班的一次自由討論中，一名學(xué)生提出的生活問(wèn)題引起大家的關(guān)注：他的父親是一個(gè)電動(dòng)貨車司機(jī)，小區(qū)僅有的幾個(gè)充電樁停車位常被汽油車給占用，導(dǎo)致無(wú)法充電。如何解決這個(gè)煩惱呢？能不能把充電樁設(shè)計(jì)成可以移動(dòng)的？通過(guò)頭腦風(fēng)暴，大家提出：充電停車位可自動(dòng)識(shí)別新能源汽車，自動(dòng)落鎖，阻止汽油車占用新能源專用車位，這樣一個(gè)充電樁就可以給很多輛汽車充電了。就這樣，通過(guò)集體智慧，學(xué)生鎖定了研究方向，并以“船政成功”為“智能移動(dòng)充電樁”項(xiàng)目命名。

2.制訂方案分工合作，開(kāi)展可行性研究論證。

為調(diào)動(dòng)全員積極參與性，學(xué)生分小組進(jìn)行了合理分工。設(shè)計(jì)制作組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)模型、繪制草圖、選材制作、傳感器安裝調(diào)試；編程代碼組負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目需求，編寫(xiě)代碼并在傳感器上測(cè)試；觀察指導(dǎo)組負(fù)責(zé)統(tǒng)籌項(xiàng)目過(guò)程，遇到問(wèn)題給出方向。同時(shí)，學(xué)生開(kāi)展前期研究，對(duì)項(xiàng)目的兩個(gè)預(yù)設(shè)功能進(jìn)行了可行性認(rèn)定：一是車庫(kù)通過(guò)顏色傳感器識(shí)別車牌顏色，從而自動(dòng)識(shí)別新能源汽車，落鎖放行，避免專用車位被占用；二是充電樁可以利用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過(guò)手機(jī)控制移庫(kù)，實(shí)現(xiàn)一充多用、高效充電。

3.學(xué)科融合完成作品，培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力。

“智能移動(dòng)充電樁”項(xiàng)目從草圖到成品由學(xué)生全程自主合作完成。他們內(nèi)心的渴望化為無(wú)窮的學(xué)習(xí)動(dòng)力，激發(fā)出來(lái)的潛力和越挫越勇的韌勁令人驚嘆。

（1）動(dòng)手實(shí)踐設(shè)計(jì)并物化。

設(shè)計(jì)制作組先是繪制草圖，計(jì)算船舵圓盤(pán)半徑，確定底座的長(zhǎng)、寬、高；接著運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)把設(shè)計(jì)變成實(shí)物，利用尺子、圓規(guī)、量角器等工具在PVC板上繪制，然后切割組裝成型。設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)常遇到困難，比如手劃破了、皮膚被502膠水黏住了，但他們滿腔熱情，這就是學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力的魅力。

（2）不斷試錯(cuò)解決疑難。

最具挑戰(zhàn)的是代碼組的修正工作。代碼與傳感器聯(lián)動(dòng)要測(cè)試近百次，才能確定最優(yōu)方案。比如對(duì)于顏色傳感器識(shí)別問(wèn)題，學(xué)生大膽地提出創(chuàng)新思維，直接用電機(jī)工作來(lái)替代傳感器；利用數(shù)學(xué)原理“速度×?xí)r間=路程”，測(cè)量出每個(gè)車庫(kù)的寬度來(lái)確定移動(dòng)的路程，程序設(shè)定好電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)運(yùn)行時(shí)間，如此便能使充電樁精準(zhǔn)運(yùn)行且又省錢。

（3）學(xué)科融合方法多樣。

在項(xiàng)目研究過(guò)程中，學(xué)生就像工程師一樣，綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、美術(shù)、科學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科知識(shí)，在項(xiàng)目中嘗試用多種思維方法解決問(wèn)題，在“問(wèn)題—修正—新問(wèn)題—再修正”的不斷優(yōu)化中收獲成功。

4.展示交流增強(qiáng)自信，提升綜合實(shí)踐能力。

我們鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)作品說(shuō)明書(shū)、撰寫(xiě)簡(jiǎn)介、制作海報(bào)、拍攝視頻，在學(xué)校微信公眾號(hào)與朋友圈發(fā)布成果。展示與交流再一次培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，使得學(xué)生越來(lái)越有信心，越來(lái)越敢于創(chuàng)新。

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究，最終本專題實(shí)踐項(xiàng)目作品《“船政成功”新能源汽車智能移動(dòng)充電裝置》參加第22屆福建省學(xué)生信息素養(yǎng)提升實(shí)踐活動(dòng)“創(chuàng)意智造”項(xiàng)目評(píng)選，并榮獲省級(jí)二等獎(jiǎng)、福州賽區(qū)一等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績(jī)。

（作者單位：福建省福州市羅星中心小學(xué)? ? ?責(zé)任編輯：蘇少偉）