黃炳軍 鄭志華

為探索中學(xué)人工智能相關(guān)課程的開設(shè)經(jīng)驗，廣州市番禺區(qū)洛溪新城中學(xué)積極開設(shè)面向全校的人工智能機器人科技實踐活動課程，遵循以活動促發(fā)展的原則，旨在提高青少年對人工智能的認(rèn)知和初步應(yīng)用能力，注重培養(yǎng)學(xué)生的研究和解決實際問題能力、合作能力、開拓創(chuàng)新能力以及終身學(xué)習(xí)能力。

一、人工智能機器人綜合實踐活動課程框架

（一）活動目標(biāo)

人工智能機器人綜合實踐活動結(jié)合STEAM 教育，引導(dǎo)學(xué)生通過合作與實踐，完成主題項目和解決生活中遇到的難題。通過認(rèn)識人工智能基本理論、機器人組建理論、機器人搭建零件，及動手搭建簡單機器人，體驗復(fù)雜的人工智能應(yīng)用，學(xué)習(xí)機器人控制編程，進行小組合作，深入開展人工智能機器人研究活動并參與競賽活動，拓展學(xué)生視野，取得創(chuàng)新體驗。

（二）課程流程

為了更好地貫徹落實人工智能相關(guān)課程的教育開展，學(xué)校依托人工智能相關(guān)社團開展常規(guī)化活動，人工智能機器人綜合實踐活動在各個社團開展的活動項目主要有人工智能機器人、創(chuàng)意闖關(guān)機器人、演奏機器人、STEM創(chuàng)意機器人、無人駕駛機器人、3D打印培訓(xùn)、創(chuàng)客樂園活動等。

為有計劃地開展各項主題活動，學(xué)校先后開發(fā)了智能校車、智能快遞等校本課程，以及人工智能套件課程資源、開源創(chuàng)客校本培訓(xùn)資源等，并積累了大量有價值的綜合實踐活動課件、微課、活動方案與學(xué)習(xí)案例等。這些資源作為開展人工智能機器人綜合實踐活動的課程體系和重要保障，為學(xué)生提供了寶貴的自學(xué)與探究材料。

綜合實踐活動學(xué)習(xí)注重學(xué)生在真實情境中，融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識，進行合作探究，解決實際問題。人工智能機器人綜合實踐活動的流程可分為選題與設(shè)計、探究與實踐、制作與完善、交流與評價四個階段，課程流程如下圖所示。

1. 選題與設(shè)計

學(xué)生選定項目主題，組建團隊，進行合理分工，開始深入了解項目所涉及的內(nèi)容，初步設(shè)定作品的功能、所需的知識網(wǎng)絡(luò)、所用的硬件與軟件，制定初步的項目方案。

2.探究與實踐

學(xué)生通過小組合作，深入探究項目中的問題，協(xié)作學(xué)習(xí)共同解決問題，進行結(jié)構(gòu)測試、傳感器等硬件測試與軟件編程測試，通過實踐驗證確定項目主題機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計、外觀設(shè)計和程序流程的最優(yōu)方案。

3.制作與完善

學(xué)生結(jié)合探究結(jié)果制作作品，對作品進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化、功能優(yōu)化、算法優(yōu)化與整體編程調(diào)試，以及藝術(shù)美化，形成完整的作品。

4.交流與評價

制作過程鼓勵學(xué)生進行討論交流，組織學(xué)生依據(jù)作品參加各種競賽，進行小組間作品展示與路演交流活動，鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)展示能力和口頭表達能力，結(jié)合學(xué)生過程性表現(xiàn)、作品以及展示交流等方面進行多元評價，在活動中及時總結(jié)反思，交流反饋，延長學(xué)生的學(xué)習(xí)制作耐心，增加學(xué)生的體驗感與成就感。

二、人工智能機器人綜合實踐活動課程實施

（一）組織形式：社團為載體，項目為主線

人工智能機器人項目活動以人工智能社團、機器人社團、創(chuàng)客社團、創(chuàng)意制作社團等多個社團形式開展，各社團組織學(xué)生，開展項目式學(xué)習(xí)活動，探索人工智能機器人制作與程序編寫的方法。

各個社團活動有嚴(yán)格的活動章程，有統(tǒng)一的社團活動時間與固定的活動地點，其他時間開放各個活動場室供學(xué)生活動，通過分類探究、分組協(xié)作、以老帶新的方式，學(xué)生在學(xué)習(xí)與探究過程中相互學(xué)習(xí)，共同探討。

人工智能機器人項目活動的各個社團以項目分類學(xué)習(xí)小組，小組主要有簡易機器人、人工智能機器人、創(chuàng)意機器人、創(chuàng)意闖關(guān)機器人、WER機器人、垃圾分類機器人、Arduino創(chuàng)客、虛擬機器人等。

（二）項目實施——無人駕駛機器人項目案例

1.項目介紹

無人駕駛項目使用無人駕駛套件和創(chuàng)造栗無人駕駛模擬軟件，結(jié)合人工智能教育課程，綜合科學(xué)（開源電子、智能硬件）、技術(shù)（物理學(xué)電路電子、編程、物聯(lián)網(wǎng)）、工程（積木、沙盤、3D模型、激光切割造物）、設(shè)計（外觀美術(shù)造型）、數(shù)學(xué)（人工智能測算、微積分、函數(shù)等），把原有復(fù)雜的人工智能算法模塊化，創(chuàng)造發(fā)明各種各樣的作品。讓學(xué)生能接觸人工智能中常見的人臉識別、物體識別、巡線追蹤、顏色識別、標(biāo)簽識別，擺脫繁瑣的訓(xùn)練和復(fù)雜的視覺算法，使其更加專注于項目的構(gòu)思和實現(xiàn)，帶領(lǐng)學(xué)生走進精彩而豐富的無人駕駛和編程的奇妙世界。

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)

基于無人駕駛概念與技術(shù)，結(jié)合圖像識別技術(shù)，讓學(xué)生了解和體驗無人駕駛技術(shù)。通過無人駕駛教育課程體系，以興趣作為導(dǎo)向，基于項目制學(xué)習(xí)，推進教學(xué)活動，通過團隊協(xié)作，鍛煉動手能力、溝通能力、表達能力，能夠熟練綜合運用各項學(xué)科知識和技能，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮科學(xué)思維和創(chuàng)意想象能力，強化學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的啟蒙和教育培養(yǎng)，為創(chuàng)新型城市建設(shè)儲備優(yōu)秀科技創(chuàng)新后備人才。具體學(xué)習(xí)目標(biāo)見表1。

3.項目開展

無人駕駛項目在原學(xué)習(xí)框架流程上增加一個環(huán)節(jié)，形成選題與設(shè)計、探究與實踐、制作與完善、提高與拓展、交流與評價五個階段。課程設(shè)計為12個單元活動，共計20個課時，單元活動內(nèi)容具體見表2。

三、人工智能機器人綜合實踐活動課程成效

人工智能機器人綜合實踐活動，讓學(xué)生進行人工智能機器人學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、比賽等，活動中，學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)主體，逐漸能夠主動探索與研究。學(xué)生獨立思考與解決問題的能力也有了明顯提高，同時能夠了解自我與發(fā)展的潛能，學(xué)會欣賞、尊重和關(guān)愛別人，培養(yǎng)團隊意識、提升表達、溝通與分享能力水平，以及統(tǒng)籌規(guī)劃能力、組織協(xié)調(diào)能力。

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