如何培養(yǎng)適應(yīng)未來智能社會(huì)的人才，基礎(chǔ)教育階段進(jìn)行的人工智能教育對(duì)此起到了關(guān)鍵性作用。提出有關(guān)小學(xué)人工智能校本課程跨學(xué)科融合設(shè)計(jì)與實(shí)踐的研究，以“盲人無礙有聲自動(dòng)門”為例，旨在探索人工智能教學(xué)實(shí)施模式和評(píng)價(jià)方式，期待為中小學(xué)人工智能教育的實(shí)際應(yīng)用提供有益借鑒。

開展小學(xué)人工智能校本課程的背景

由人工智能引領(lǐng)的商業(yè)變革正在緩緩拉開序幕。從語音助手到無人駕駛，緊接著再到面部識(shí)別和智能家居，人工智能已經(jīng)悄悄滲透到日常生活的方方面面。當(dāng)前，中小學(xué)人工智能教育備受關(guān)注，由于人工智能課程的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容錯(cuò)綜復(fù)雜，中小學(xué)人工智能教育仍處于不斷嘗試階段。

人工智能教育是一種教育范式，其目標(biāo)是通過充分利用人工智能技術(shù)，改善和豐富傳統(tǒng)教育過程，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教育質(zhì)量。這一領(lǐng)域涵蓋了多個(gè)方面，包括教學(xué)方法、教育工具和學(xué)習(xí)環(huán)境的智能化，這些助手能回答問題、提供實(shí)時(shí)反饋，并模擬真實(shí)場景，幫助學(xué)生應(yīng)對(duì)學(xué)科挑戰(zhàn)。

在跨學(xué)科融合中，不同學(xué)科的專業(yè)知識(shí)被整合和交叉應(yīng)用，以創(chuàng)造新的見解、理念或解決方案。這種融合通常超越傳統(tǒng)學(xué)科邊界，促使學(xué)生在合作中跨足多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

人工智能教育在小學(xué)階段向著有利的方向發(fā)展，在具體課程實(shí)施和教學(xué)資源建設(shè)方面取得了顯著進(jìn)步。國內(nèi)中小學(xué)人工智能教育依然存在課程定位不明確、教學(xué)內(nèi)容分散、課程體系與資源雜亂等問題。通過全面規(guī)劃和有效管理人工智能課程，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，這是一個(gè)有效且可行的實(shí)施路徑。

人工智能教育的目標(biāo)是通過創(chuàng)新性教學(xué)手段和工具，提供互動(dòng)性和實(shí)踐性更強(qiáng)的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而推動(dòng)教育質(zhì)量的不斷提升。

小學(xué)人工智能校本課程跨學(xué)科融合的設(shè)計(jì)

需求分析：通過深入解讀《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，以及《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，明確小學(xué)人工智能校本課程跨學(xué)科融合的路徑（見圖1）。我們注重考慮小學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)科特點(diǎn)，以確保課程內(nèi)容既能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，又符合其發(fā)展階段的學(xué)習(xí)需求。

分析人工智能教育需求，我們理解到教育者需要綜合考慮不同學(xué)科的整合，促使學(xué)生在數(shù)學(xué)、科學(xué)、信息科技等學(xué)科全面發(fā)展。通過跨學(xué)科融合，學(xué)生能夠在實(shí)際問題中應(yīng)用人工智能技術(shù)，促進(jìn)他們的綜合思考和創(chuàng)新意識(shí)。這些項(xiàng)目可能涉及環(huán)境保護(hù)、社會(huì)倫理等實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中運(yùn)用人工智能概念解決現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

教育標(biāo)準(zhǔn)對(duì)齊。數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：將人工智能概念融入數(shù)學(xué)課程，對(duì)齊數(shù)學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)，確保涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)大綱一致?？茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：將人工智能融入科學(xué)課程，對(duì)齊科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)，確保涉及的科學(xué)概念與小學(xué)科學(xué)教學(xué)大綱一致。語文課程標(biāo)準(zhǔn)：在語文課程中引入人工智能概念，對(duì)齊語文教育標(biāo)準(zhǔn)，確保涉及的語言技能與小學(xué)語文教學(xué)大綱一致。信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)：跨學(xué)科融合中涉及計(jì)算機(jī)編程和技術(shù)應(yīng)用，需要對(duì)齊信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)，確保學(xué)生能夠使用計(jì)算機(jī)工具和軟件來實(shí)現(xiàn)人工智能概念。

在對(duì)齊這些課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要綜合考慮小學(xué)生的認(rèn)知水平、學(xué)科特點(diǎn)，以及教育體系的整體要求，以確保融合的人工智能課程既符合學(xué)科教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，又能夠激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力。

課程實(shí)施步驟。確定學(xué)科整體目標(biāo)：確定每個(gè)學(xué)科在整合中的角色和任務(wù)，這有助于確保整合計(jì)劃的一致性和協(xié)調(diào)性。確定主題：確定一個(gè)核心主題，內(nèi)容涵蓋數(shù)學(xué)、科學(xué)、語文等多個(gè)學(xué)科，確保主題能夠引發(fā)學(xué)生的興趣，同時(shí)與人工智能概念相吻合。

教學(xué)策略設(shè)計(jì)：制定跨學(xué)科教學(xué)策略，采用靈活的教學(xué)方法。學(xué)科教師合作：在項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)科教師需要定期召開會(huì)議，共同討論教學(xué)進(jìn)度、學(xué)生表現(xiàn)和可能的調(diào)整。

反饋機(jī)制：包括個(gè)體反饋、課程反饋、學(xué)科知識(shí)反饋、同伴反饋、即時(shí)反饋，這些反饋機(jī)制的結(jié)合可以促使學(xué)生更全面地理解和改進(jìn)他們的學(xué)習(xí)過程。學(xué)科知識(shí)評(píng)價(jià)：評(píng)估學(xué)生在項(xiàng)目中對(duì)學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用，是否能夠有效將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。技能發(fā)展評(píng)價(jià)：評(píng)估學(xué)生的編程技能發(fā)展可通過觀察其在編程任務(wù)中的表現(xiàn)來衡量，此評(píng)估還涵蓋對(duì)學(xué)生在使用信息技術(shù)工具和軟件方面的熟練程度，包括與人工智能相關(guān)工具的考察。創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)：讓學(xué)生展示設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，自評(píng)其中的創(chuàng)新點(diǎn)。如果有創(chuàng)意作品的要求，可以評(píng)估學(xué)生的藝術(shù)性和創(chuàng)意表達(dá)能力。合作能力評(píng)價(jià)：對(duì)整體團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行評(píng)估，考察學(xué)生在分工、溝通和協(xié)作等各方面的整體表現(xiàn)。

小學(xué)人工智能校本課程跨學(xué)科融合課程重構(gòu)

課程目標(biāo)與主題。在課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，我們明確了本課程的總體目標(biāo)：課程旨在讓孩子在實(shí)踐項(xiàng)目的情境中，運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)人工智能應(yīng)用，從而提升學(xué)生在實(shí)踐探索中的關(guān)鍵素養(yǎng)。

在確定總體目標(biāo)后，選擇“盲人無礙有聲自動(dòng)門”為課程的主題。通過這一主題，我們將科學(xué)、美術(shù)、信息科技、語文等多學(xué)科知識(shí)融入課程，以設(shè)計(jì)助力盲人的智能產(chǎn)品情境為核心。這個(gè)主題不僅提供了一個(gè)有趣而實(shí)際的背景，更為學(xué)生提供了一個(gè)實(shí)際問題的解決場景，使他們?cè)谡n程中能夠真實(shí)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。

課程內(nèi)容。本課程以一個(gè)引人入勝的《盲人無礙有聲自動(dòng)門》項(xiàng)目開篇，旨在通過這個(gè)項(xiàng)目讓學(xué)生深入了解智能時(shí)代的社會(huì)生活，并在初步設(shè)計(jì)中，引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識(shí)相關(guān)技術(shù)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的理解和興趣，同時(shí)培養(yǎng)對(duì)其社會(huì)責(zé)任的認(rèn)知和社會(huì)倫理的影響。

人工智能跨學(xué)科融合課程實(shí)施與評(píng)價(jià)

課前，前置作業(yè)，親身到裝有感應(yīng)門的場所體驗(yàn)自動(dòng)門，并將正常通過自動(dòng)門及閉眼通過自動(dòng)門的感受記錄下來。接著上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，了解自動(dòng)感應(yīng)門的不同類型以及基本原理，并對(duì)有疑問之處進(jìn)行標(biāo)記。

課中，激趣導(dǎo)入，引入主題。通過提問的方式，讓學(xué)生分享自己正常以及閉眼通過自動(dòng)門不同狀態(tài)時(shí)的感受。提出本課程的主要任務(wù)，為提高盲人在社會(huì)中的參與度和生活質(zhì)量，消除盲人面臨的各種障礙，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的社會(huì)包容和平等。那么如果盲人要想到公共場所活動(dòng)，是否可以順利通過自動(dòng)門呢？通過自身體驗(yàn)引起學(xué)生利用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題的興趣，增強(qiáng)其社會(huì)責(zé)任感。

關(guān)于新授，學(xué)生進(jìn)行資料收集時(shí)，已了解自動(dòng)感應(yīng)門主要類型以及基本原理，接下來讓學(xué)生了解micro：bit開源硬件中各個(gè)模塊的作用以便在本項(xiàng)目中應(yīng)用。學(xué)生通過小組合作討論，精選三大主要模塊，運(yùn)動(dòng)傳感器模塊模擬自動(dòng)門的感應(yīng)裝置，主控板是處理輸入輸出信號(hào)，接收來自傳感器或輸入設(shè)備的信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后輸出控制指令，舵機(jī)模塊是動(dòng)力的傳輸進(jìn)行自動(dòng)門的開合。

通過運(yùn)動(dòng)傳感器的使用，從而得知自然界中所有物體都會(huì)根據(jù)溫度的高低在不斷輻射各種強(qiáng)度的紅外線。接著分析設(shè)計(jì)micro：bit自動(dòng)門，當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，運(yùn)動(dòng)傳感器感應(yīng)到人體發(fā)射的紅外線，通過主控板給舵機(jī)發(fā)送信號(hào)，舵機(jī)擺臂擺到100度模擬自動(dòng)門打開，主控板上顯示“愛心”圖形，那么為了解決盲人通過自動(dòng)門問題，學(xué)生在作品中加入錄音以及喇叭模塊，利用聲音引導(dǎo)盲人順利通過自動(dòng)門。當(dāng)無人經(jīng)過時(shí)擺臂擺到5度模擬自動(dòng)門關(guān)閉，主控板顯示“X”圖形。

小組合作。四個(gè)同學(xué)為一個(gè)小組，由于是混齡教學(xué)，根據(jù)學(xué)生各自擅長的領(lǐng)域進(jìn)行分工，1號(hào)同學(xué)將所需要的硬件做好準(zhǔn)備，2號(hào)同學(xué)把舵機(jī)組裝起來，并且連接所有的硬件設(shè)備，3號(hào)同學(xué)負(fù)責(zé)編輯程序，以及開源硬件的測試，4號(hào)同學(xué)負(fù)責(zé)觀察并在記錄表上記錄數(shù)據(jù)。同學(xué)們?cè)趯?shí)踐過程中會(huì)遇到各種各樣的問題，教師要及時(shí)輔助進(jìn)行指導(dǎo)并且進(jìn)行即時(shí)評(píng)價(jià)。

根據(jù)自己的分工各司其職，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，4號(hào)同學(xué)及時(shí)記錄并且報(bào)錯(cuò)，組內(nèi)其他成員及時(shí)修改，再次測試。通過多次調(diào)試獲取成功，鍛煉同學(xué)們的專注力，迎難而上、不折不撓的精神，并且讓小組同學(xué)們之間的合作更加密切。這種學(xué)習(xí)方式注重學(xué)生積極參與知識(shí)形成的過程，激發(fā)他們口頭表達(dá)、實(shí)際動(dòng)手、思維運(yùn)用的能力，鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，取長補(bǔ)短，共同進(jìn)步。小組合作學(xué)習(xí)有助于因材施教，彌補(bǔ)了教師在大班授課中難以關(guān)注每個(gè)學(xué)生的弊端，實(shí)現(xiàn)了每位學(xué)生都能體驗(yàn)成功并且參與實(shí)踐的發(fā)展目標(biāo)。也使學(xué)生不再把人工智能視為獨(dú)立的學(xué)科，而是將其融入各個(gè)學(xué)科，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合，拓寬了學(xué)生的學(xué)科視野。

課后，分享交流。最后小組之間進(jìn)行展示分享，每個(gè)小組從創(chuàng)意、表達(dá)、合作等方面進(jìn)行闡述，并且進(jìn)行他評(píng)、自評(píng)以及師評(píng)，汲取他人的意見取長補(bǔ)短，繼續(xù)構(gòu)思創(chuàng)作本組的作品，在同學(xué)們充分體驗(yàn)項(xiàng)目之后，小組內(nèi)總結(jié)通過本項(xiàng)目學(xué)到的知識(shí)，提高團(tuán)隊(duì)合作能力。

知識(shí)總結(jié)。本項(xiàng)目涉及多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，舵機(jī)擺臂過程中涉及角度方面的數(shù)學(xué)知識(shí)，在合作交流過程中涉及語言表達(dá)方面的語文知識(shí)，了解人體在不斷發(fā)射紅外線，以及測試記錄觀察上涉及科學(xué)知識(shí)，在編輯程序以及測試開源硬件過程中涉及信息科技方面的知識(shí)。通過本項(xiàng)目學(xué)生可以靈活運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)并進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)人工智能應(yīng)用，解決了社會(huì)中實(shí)際出現(xiàn)的問題。

教師評(píng)價(jià)。在自動(dòng)門測試中，學(xué)生需要在多個(gè)方面進(jìn)行裝置的優(yōu)化和改造。首先，對(duì)于舵機(jī)擺臂無法同步擺動(dòng)的問題，涉及科學(xué)方面知識(shí)，學(xué)生應(yīng)檢查擺臂的正確安裝。編程方面需檢測程序錯(cuò)誤，確保引腳連接與程序一致。構(gòu)建感應(yīng)門時(shí)，學(xué)生可運(yùn)用審美、工程和藝術(shù)觀念，借助樂高積木創(chuàng)造不同樣式的大門，使作品更加形象生動(dòng)。

學(xué)科知識(shí)評(píng)價(jià)：教學(xué)內(nèi)容涉及科學(xué)、信息科技、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科知識(shí)的融合，促使學(xué)生更全面地了解和應(yīng)用相關(guān)概念。

技能發(fā)展評(píng)價(jià)：本次教學(xué)過程注重實(shí)際操作，通過學(xué)生親身感受自動(dòng)門和進(jìn)行硬件的組裝、調(diào)試，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，讓他們更深入地理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。

創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)：引入錄音模塊，為學(xué)生提供了更多創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，促使他們思考問題并找到解決方案。

合作能力評(píng)價(jià)：小組合作為學(xué)生提供了平等的參與機(jī)會(huì)，增進(jìn)了學(xué)生之間的交流，并培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作和問題解決的能力。在小組合作中，關(guān)注每個(gè)學(xué)生的個(gè)體差異，可以確保每位學(xué)生都能夠有所貢獻(xiàn)，并及時(shí)調(diào)整小組成員的分工，以提高整體協(xié)作效果。

從跨學(xué)科角度深入研究中小學(xué)生人工智能教育實(shí)踐。在課程體系和教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容方面仍需繼續(xù)優(yōu)化。期待未來人工智能教育在建設(shè)完善課程體系的研究中能夠有更廣泛、更深入的思考，以便提升人工智能教育的有效性。

（作者單位：蘭州東方學(xué)校）