人工智能作為信息科技的更高發(fā)展階段，也給現(xiàn)階段教育教學(xué)帶來創(chuàng)新與挑戰(zhàn)。教育部最新印發(fā)的《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確把人工智能納入9年級信息科技課程內(nèi)容，可以看出只有充分利用信息科技才能在未來信息社會占據(jù)更大優(yōu)勢。如何在中小學(xué)人工智能課堂上開展教學(xué)，如何讓信息時代學(xué)生更好地理解人工智能，是新課標(biāo)下信息科技教師需要研究和思考的問題。本文從項目式教學(xué)的情境、探究和重構(gòu)3個維度出發(fā)，結(jié)合學(xué)校開展的人工智能校本課程“社區(qū)智能共享停車位設(shè)計與制作”為例，從創(chuàng)設(shè)情境、頭腦風(fēng)暴、選擇測試、迭代創(chuàng)新、交流分享及反思重構(gòu)6個環(huán)節(jié)入手，探索中小學(xué)人工智能課堂的教學(xué)設(shè)計與實施，為中小學(xué)人工智能教育的教學(xué)與跨學(xué)科課堂實施提供參考。

人工智能與項目式學(xué)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)是以建構(gòu)主義理念為指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)。學(xué)生通過小組或團(tuán)隊合作主動探索和解決源于現(xiàn)實世界的、非常規(guī)且具有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜問題或任務(wù)[1]。在智能時代背景下，項目式學(xué)習(xí)能幫助學(xué)習(xí)者更好地適應(yīng)社會發(fā)展。

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，“人工智能是研究和開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)”[2]。在選擇人工智能課程內(nèi)容的時候除了要考慮不同年齡段學(xué)生的學(xué)情以外，還要以能夠促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)與技能提升為課程目標(biāo)。筆者結(jié)合所在學(xué)校學(xué)情，選擇物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，結(jié)合開源硬件和可視化編程軟件開展跨學(xué)科研究的人工智能課程，通過身邊真實情境展開項目式研究，利用學(xué)生可以理解的方式探究人工智能，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

人工智能項目式課堂教學(xué)模式

人工智能課堂教學(xué)模式通過項目驅(qū)動開展教學(xué)，以項目式學(xué)習(xí)的方式從真實情境出發(fā)，引發(fā)學(xué)生深入交流。學(xué)生通過觀察、交流、反思、迭代分析制訂相應(yīng)的項目實施方案，根據(jù)方案和已有的知識儲備，并結(jié)合教師提供的項目式學(xué)習(xí)支架，通過教師組織與思維引導(dǎo)完成項目的實施方案，結(jié)合新知探究，總結(jié)出解決實際問題的方法和步驟，并組內(nèi)協(xié)助完成項目制作。在此過程中，教師作為課堂教學(xué)的輔助者，負(fù)責(zé)組織和思維引導(dǎo)，通過搭建腳手架，幫助學(xué)生拓展新知，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，同時還需要實施跟蹤每組學(xué)生的項目式學(xué)習(xí)進(jìn)展，進(jìn)行階段點評和問題遷移。

在人工智能課堂教學(xué)中，教師應(yīng)在整個實施過程中適時引導(dǎo)，并提供自主探究的學(xué)習(xí)支架，助力學(xué)生進(jìn)行項目迭代和創(chuàng)新，并進(jìn)行多方面的討論與評價。在項目式人工智能課堂教學(xué)中，學(xué)生和教師圍繞一個待探究或待解決的問題展開，教師在設(shè)計項目時要考慮到項目問題是否具有挑戰(zhàn)性，可以供學(xué)生持續(xù)性參與并開展研究。

人工智能項目式課堂教學(xué)實踐

現(xiàn)以校本課程“社區(qū)智能共享停車位設(shè)計與制作”為例，介紹筆者在人工智能教育教學(xué)實踐過程中的探索?！吧鐓^(qū)智能共享停車位設(shè)計與制作”是學(xué)校社團(tuán)基于項目式學(xué)習(xí)的課例，也是一門需要學(xué)生創(chuàng)新、協(xié)作完成的人工智能實踐課。課程歷時1個月，教學(xué)對象為6年級學(xué)生。課程從問題的產(chǎn)生到頭腦風(fēng)暴，從需求分析到實地調(diào)研，從流程圖設(shè)計到程序編寫，再到后期的調(diào)試和外觀設(shè)計與實施，最后學(xué)生以小組的形式展示匯報自己的項目。學(xué)生以小組為單位合作完成一個項目，能夠熟練使用Mind+編程軟件，熟悉掌控版和傳感器的使用，能根據(jù)自己的需要適當(dāng)調(diào)整修改；通過EasyIoT搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺與掌控版進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和實時共享，認(rèn)識APPInventor軟件并進(jìn)行簡單APP的制作。學(xué)生通過小組合作探究學(xué)習(xí)，共同創(chuàng)作完成“社區(qū)智能共享停車位設(shè)計與制作”項目，在整個過程中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。本項目式課堂教學(xué)設(shè)計如圖1所示。

創(chuàng)設(shè)情境，引入項目

創(chuàng)設(shè)情境是項目前期規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，可以考查學(xué)生是否理解了項目設(shè)計原理，即我們?yōu)槭裁匆鲞@個項目。項目通過真實問題情境引入項目，學(xué)生作為課堂的主體，教師穿插其中加以引導(dǎo)，對于學(xué)生不了解的問題共同探討研究。

教師以學(xué)生日常生活中曾經(jīng)遇到的事例入手，引發(fā)學(xué)生對于問題情境的思考：“你是否遇到過同樣的問題？有沒有想過如何解決？”

每次和爸爸開車去奶奶家都會被停車問題所困擾，因為奶奶家在市中心又是老城區(qū)，路窄且泊車位少，所以我和爸爸每次都要在奶奶家周圍找車位。經(jīng)過幾次去奶奶家不愉快的停車體驗之后，我們幾乎都是坐公交車去奶奶家了，但每次來奶奶家時我都會發(fā)現(xiàn)奶奶家小區(qū)里總是有很多車位是空的，問了保安叔叔后，才得知這個車位是別人花錢租的，其他人是不給停的。明明有空車位卻不允許停，能否在車主不使用車位的情況下，經(jīng)過車主的許可，暫時使用一下他的車位呢？

因為情境貼近生活，孩子們都可以談?wù)勛约旱囊娊?，隨后學(xué)生分工合作，在教師引導(dǎo)下根據(jù)情境中的問題，查閱相關(guān)資料，了解城區(qū)公共停車位現(xiàn)狀，并結(jié)合現(xiàn)狀設(shè)計社區(qū)停車位問卷調(diào)查，學(xué)生以小組形式通過實地走訪、個別交流、調(diào)查問卷等，對市區(qū)居民停車位共享意愿進(jìn)行調(diào)查分析。

頭腦風(fēng)暴，確定主題

小組成員對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計匯總，如表1所示。結(jié)合調(diào)查結(jié)果，學(xué)生針對本組項目進(jìn)行需求分析。教師將收集上來的問題進(jìn)行匯總并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生開展頭腦風(fēng)暴。學(xué)生因為親自參與了前期調(diào)研，所以各抒己見發(fā)表關(guān)于停車位的看法，并把每個人的想法記錄下來。經(jīng)過可行性研究分析，確定項目的基本設(shè)計思路。小組將項目思路和原理制作成思維導(dǎo)圖或程序流程圖，向教師進(jìn)行項目前期匯報。

選擇硬件，測試連接

通過項目前期匯報，小組最終確定項目方案。筆者在開展此項目過程中，綜合學(xué)生項目的設(shè)計思路和想法，最終建議小組采用掌控板作為項目的硬件主板，一是因為小組想要實現(xiàn)一個可以顯示車位共享時間的裝置，提醒外來車輛可臨時停放的時間；二是因為想要借助手機(jī)端控制車位的停車信息，起到車位自愿共享的目的。掌控板可以顯示車位信息而且可以利用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)手機(jī)控制的目的。教師和學(xué)生一起合作完成EasyIoT工作間的注冊，并將3個參數(shù)iot_id（user）、iot_pwd（passowrd）和topic記錄下來，這3個參數(shù)就相當(dāng)于多設(shè)備通訊的電話號碼，只有參數(shù)相同才可以進(jìn)行通訊。學(xué)生在教師帶領(lǐng)下將記錄下的這3個參數(shù)通過Mind+軟件寫入掌控板中。掌控板程序燒錄完畢后，就可以通過電腦控制掌控板，學(xué)生就可以用電腦給掌控板發(fā)送相關(guān)共享停車的信息了，發(fā)送的信息將會在掌控板上顯示出來。

項目迭代與創(chuàng)新

項目迭代與創(chuàng)新可以是在原有基礎(chǔ)上對程序代碼進(jìn)行優(yōu)化和功能上的升級，也可以是利用現(xiàn)有的知識與技能重新設(shè)計出新的產(chǎn)品。在教師與學(xué)生的共同努力下，項目的雛形已經(jīng)呈現(xiàn)出來了，小組成員根據(jù)項目實際需求選擇相應(yīng)的傳感器并連接。為了讓發(fā)送的信息更加簡潔，優(yōu)化車主的用戶體驗，學(xué)生將發(fā)送的信息進(jìn)行打包簡化為相應(yīng)的數(shù)字，如車主通過手機(jī)發(fā)送信息“11”，則表示車主將于11點左右回來，外來車輛應(yīng)該在11點前離開此停車位；如果車主當(dāng)天不想將車位對外共享，則只需通過手機(jī)發(fā)送信息“0”，對應(yīng)掌控板上信息則會顯示“此車位不可?！?。不同小組設(shè)計的發(fā)送指令會有所不同，有的小組為了完善共享智能停車位，還添加了計費程序。

經(jīng)過前期的程序調(diào)試與修改后，共享理念下的智能停車位項目已從理論轉(zhuǎn)化為實踐，學(xué)生還需要在此基礎(chǔ)上對其外觀進(jìn)行加工并進(jìn)行內(nèi)在優(yōu)化。教師在這個環(huán)節(jié)輔助學(xué)生，解決他們提出的一些可以實現(xiàn)的問題。比如有的學(xué)生希望制作一個手機(jī)App控制車位，這樣就不需要每次都借助小程序了，教師就和小組成員一起討論，查閱相關(guān)資源，利用AppInventor軟件開發(fā)，學(xué)生全程參與軟件界面的設(shè)計、軟件按鈕程序的編寫，最終到軟件的生成下載與安裝，圖2所示為學(xué)生小組參與制作的手機(jī)App車主端。

項目交流與分享

經(jīng)過前期工作，在全班同學(xué)的共同合作下，項目成品最終也呈現(xiàn)了出來。小組將自己的項目通過幻燈片的形式進(jìn)行匯報交流，可包含項目簡介、思路分析、程序流程圖、在項目制作過程中遇到的問題及其解決方案等。小組成員一起上臺進(jìn)行成果分享，學(xué)生經(jīng)過努力最終將成品展示出來的時候，除了各個臉上洋溢著激動地笑容之外，在完成項目的整個過程中不知不覺也達(dá)成了教師之前設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

項目反思與重構(gòu)

近年來，筆者一直在推進(jìn)校內(nèi)人工智能課程建設(shè)，并積極參與中小學(xué)人工智能教學(xué)的探索與實踐，“社區(qū)智能共享停車位設(shè)計與制作”項目運用了開源硬件及相關(guān)傳感器，同時借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和EasyIoT平臺實現(xiàn)了手機(jī)與停車位之間的通訊。整個項目以學(xué)生探究為主，教師輔助對個別小組進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生在課堂上實現(xiàn)了“做中學(xué)、學(xué)中玩”，取得了較好的效果。該項目在與學(xué)生一起討論和修改中不斷完善，并參加合肥市第37屆青少年科技創(chuàng)新大賽獲得青少年科技成果項目一等獎。

在人工智能課堂的教學(xué)過程中，筆者對中小學(xué)人工智能教育形成了以下思考。

首先，人工智能作為一門新興的科學(xué)技術(shù)，其自身就具有極強(qiáng)的時代特性。中小學(xué)人工智能教育由于難度方面的把控，更注重學(xué)生的動手實踐，可在人工智能眾多范疇中選取一點著重展開，通過項目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生認(rèn)識和體會到人工智能給學(xué)習(xí)和生活帶來的變化。

其次，人工智能的發(fā)展與時俱進(jìn)，具有思維多變、形式多樣、理念多重、涉及范圍廣、融合程度高等特點。人工智能課程授課教師要時刻保持學(xué)習(xí)的態(tài)度，對于新事物、新方法要抱著學(xué)習(xí)的心態(tài)，主動吸收新知識、新理念，結(jié)合時代潮，不斷突破自己。在人工智能課堂上教師要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新點，讓學(xué)生始終保持積極主動的心態(tài)思考問題。對于學(xué)生提出的問題，教師可以與學(xué)生一起研究、一起思考解決問題的方法，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的想法從理論變?yōu)閷嶋H之后，不僅學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力會提升，而且對于學(xué)生人工智能思維培養(yǎng)也很有幫助。

結(jié)語

人工智能教育的宗旨是培養(yǎng)適應(yīng)未來社會發(fā)展和未來社會需要的人才，未來已來，未來的中小學(xué)人工智能教育將是跨學(xué)科融合性課程，無論從教師的講授者視角還是從學(xué)生的使用者視角出發(fā)，都應(yīng)把學(xué)生感興趣且符合學(xué)生生活常識和認(rèn)知規(guī)律的內(nèi)容作為知識傳授的切入點，在項目式學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上注重學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng)，教師知識講解和學(xué)生動手實踐并舉，在做中啟發(fā)學(xué)生，培養(yǎng)人工智能時代的創(chuàng)新人才。