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基于项目式学习的小学人工智能课程模式研究

摘要：本文基于项目式学习理论，构建了人工智能课程“七步法”教学模式，并以“保卫AI实验室”项目为例，开展教学实践。研究发现，项目式学习能够增强人工智能课程中学生的体验和参与度，培养跨学科思维，并使其适应未来生活需要。

中图分类号：G434文献标识码：A论文编号：1674-2117（2024）19-0056-04

但目前义务教育阶段的人工智能教学主要集中于对单一知识点的讲解，教师围绕这些知识点设计教学流程和任务，以确保学生能够掌握基础知识。然而，这种以知识点为中心的教学模式可能导致学生在综合应用这些知识点解决实际问题时遇到困难。而借助项目式学习法，能够显著提升学生的学习兴趣和动力，培养学生跨学科思维，并使其适应未来生活需要。因此，笔者在实践中基于真实问题情境，依托人工智能相关技术，结合项目式学习理论，构建了人工智能课程“七步法”教学模式。该模式鼓励学生通过小组合作和探究学习的方式，分析和解决实际问题，以此提升学生的综合实践能力和创新思维。

人工智能课程模式

人工智能课程“七步法”教学模式包含“项目选题—项目规划—方案交流—学习探究—项目实施—成果分享—活动评价”七个步骤（如下页图1）。

项目选题：教师创设真实情境，鼓励学生提出具有挑战性的驱动性问题。

项目规划：学生组建团队，通过头脑风暴确定项目方案，并绘制初步草图。

方案交流：学生展示自己的方案，基于个人经验讨论其可行性。教师在此过程中提供专业指导和反馈。

学习探究：在教师的引导下，学生深入探究相关知识，为项目实施奠定理论基础。

项目实施：学生利用已学知识，动手实践，将方案转化为具体作品。教师提供必要的学习资源和脚手架，支持学生的创作过程。

成果分享：通过产品发布会等形式，学生展示最终作品，并进行自评和互评。

活动评价：教师对学生的展示进行点评，强调学习过程中的亮点和需要改进的地方。

1.项目目标

下面，笔者以“保卫AI实验室”项目为例，谈谈如何在教学中实施“七步法”教学模式。根据新课标和《深圳市义务教育人工智能课程纲要》的要求，“保卫AI实验室”项目旨在实现以下目标：

①形成人工智能意识。学会主动探索和应用人工智能技术与工具解决问题；认识到人工智能对推动国家可持续发展所起的关键作用。

②发展人工智能思维。通过学习了解人脸识别、图像识别、语音识别等人工智能技术背后的原理，认识到机器感知和人机交互在解决问题中的重要性；学会如何利用人工智能技术实现保卫AI实验室的目标，从而有效解放人力资源，提升效率。

③关注过程中的美学。通过产品的不断迭代，学习如何在逻辑和外观上追求卓越，培养对科技美学的敏感性和创造力。

2.项目主题选定

为了深入了解学生的真实需求，笔者面向人工智能社团的学生设计并发放了问卷，询问他们“AI实验室还有什么不足的地方”，旨在引导学生关注生活中的实际问题，并发现他们的兴趣所在。最终确定的项目主题为：如何利用人工智能技术来解决学校放置机器人的教室无人看守、容易丢失的问题。具体来说，项目将探索和开发一种智能系统，用以限制非授权人员进出教室，从而保护机器人和其他教学设备的安全。

3.项目架构

①课程组织形式：主要以小组合作的形式进行，鼓励学生在团队中交流想法，协作解决问题。

②课程时长：预计7课时完成，确保学生有充足的时间进行深入探究和实践。

③实践场地：在学校的机器人实验室开展课程教学，让学生在实际环境中进行思考和操作。

4.项目内容

教学内容为MagicianLite硬件、DOBOTLAB软件，它们是学校的校本课程内容。对本次项目式学习设计如下。

第一课时：情境创设与项目规划

目标：通过分享真实情境，激发好奇心和探究欲，提出问题并形成初步的解决方案。

活动：学生以小组形式交流想法，绘制产品草图。

第二课时：方案交流与可行性分析

目标：通过组间交流，鼓励批判性思考，改进方案，并评估其可行性。

活动：各组展示初步方案，接受同伴和老师的反馈。

第三课时：学习探究——人工智能原理学习

目标：学习人脸识别、语音识别、图像识别等人工智能原理，并将其应用于程序搭建中。

活动：通过学习支架学习人工智能原理与知识。

第四、五课时：项目实施

目标：利用可用零配件，根据草图搭建模型，体验从理论到实践的过程。

活动：动手操作，实现作品的功能性，将设计转化为实体模型。

第六课时：成果分享

目标：进一步完善作品，并制作介绍视频，分享学习过程和成果。

活动：拍摄视频，上传至学习平台，供其他小组学习，并根据反馈优化作品。

第七课时：产品发布会与活动评价

目标：通过模拟产品发布会形式展示作品，并评选出最佳“AI实验室管理员”。

活动：进行作品展示、课程总结，评价学习过程，鼓励学生进行反思。

5.项目资源设计与开发

本次学习活动的核心目标是培养学生的自主探究