基于PBL教學(xué)模式的人工智能課程設(shè)計研究

廖培城

【摘要】我校創(chuàng)客課程引入了人工智能課程，如何更好地指導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，我們嘗試運用PBL教學(xué)模式，通過問題產(chǎn)生，討論方案，作品設(shè)計，制作及測試作品，展示與評價幾個步驟對人工智能課程進(jìn)行研究，能夠成為我校特色課程。

【關(guān)鍵詞】PBL教學(xué)模式;人工智能課程

2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出“實施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”。2018年，教育部進(jìn)一步明確，要“構(gòu)建人工智能多層次教育體系，在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育”。2019年，教育部發(fā)布《中小學(xué)人工智能教育》，將北京、廣州、深圳、武漢、西安5個城市作為第一批試點落地城市，全面試點學(xué)習(xí)人工智能與編程的課程。

PBL是一套設(shè)計學(xué)習(xí)情境的完整方法，可以譯為“問題式學(xué)習(xí)”、“項目式學(xué)習(xí)”等。其核心是通過“以學(xué)生為中心”的理念去優(yōu)化傳統(tǒng)教育中的被動學(xué)習(xí)模式，激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)造力和潛能，讓學(xué)生從被動學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。

我校設(shè)計的基于PBL教學(xué)模式的人工智能課程，是根據(jù)不同的問題，運用二哈識圖（HuskyLens）人工智能視覺傳感器、掌控板、語音合成模塊等完成對應(yīng)功能的設(shè)計制作。以基于項目式學(xué)習(xí)和小組合作的學(xué)習(xí)方式，融合信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、藝術(shù)、工程等多學(xué)科知識。圍繞主題，各小組經(jīng)歷問題產(chǎn)生，討論方案——作品設(shè)計——制作及測試作品——展示與評價，4大環(huán)節(jié)完成各主題學(xué)習(xí)。在問題產(chǎn)生，討論方案環(huán)節(jié)中，通過引導(dǎo)學(xué)生調(diào)查、觀察、查閱資料等途徑，了解生活中的一些難題，構(gòu)思、設(shè)計、制作視覺識別的作品，形成責(zé)任感和公德意識;在作品設(shè)計、制作及測試作品環(huán)節(jié)通過設(shè)計思維和工程思維的碰撞，落實審辨思維素養(yǎng)和創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)，通過小組集思廣益進(jìn)行方案構(gòu)思，作品展示等，落實溝通素養(yǎng)、合作素養(yǎng)的培養(yǎng)。

人工智能課程做為一門新興的學(xué)科，也是國家發(fā)展的重點項目課程，怎么樣在教學(xué)中開展人工智能課程？筆者以我校開展的項目《基于視覺識別的幼兒監(jiān)護(hù)及早教互動熊貓》為例，闡述如何在在人工智能課程教學(xué)中運用“基于PBL教學(xué)模式”開展人工智能課程。

一、問題產(chǎn)生，討論方案

在人工智能項目設(shè)計課程中，問題的產(chǎn)生是整個課程開展的基礎(chǔ)。教師可以提前拋出一些案例，引導(dǎo)學(xué)生思考發(fā)現(xiàn)問題，也可以讓學(xué)生通過討論，課前運用QQ、微信等即時通訊工具進(jìn)行討論溝通，課堂中運用頭腦風(fēng)暴等方式，思考、分析問題，最終使用“項目解決方案”表完成方案設(shè)計。在項目中通過與同伴進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，學(xué)會高效地與他人分析問題及歸納觀點的方法;通過討論、分析問題，設(shè)計解決問題方案，形成運用所學(xué)知識解決身邊實際問題的意識;引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身邊的問題，關(guān)心特殊群體的需求，增強同理心。

在本項目中，教師提前讓學(xué)生觀看“寶寶學(xué)習(xí)視頻”引發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴，討論問題的解決方案，運用思維導(dǎo)圖分析問題。在分析問題的過程中，完善“項目解決方案”。

二、作品設(shè)計

作品的設(shè)計包括硬件設(shè)計和外觀設(shè)計。學(xué)生在第一環(huán)節(jié)完成項目解決方案中，基本上定下來整個項目的解決方案，在這里根據(jù)要解決的問題，去完成作品的設(shè)計，這個時候就要求學(xué)生對開源硬件和激光切割設(shè)計軟件非常熟練，而根據(jù)學(xué)生對知識的掌握水平，把學(xué)生進(jìn)行分組完成。同時給予學(xué)生充分的空間，讓學(xué)生充分發(fā)揮想象的空間。

在做硬件的選擇首先根據(jù)要實現(xiàn)的功能來選擇相對應(yīng)的硬件，有時候能實現(xiàn)同樣功能的硬件有不同的類型，最終以簡單易用，當(dāng)前手頭有的硬件做為第一選擇，有時候要用到的硬件手頭沒有的話，可以考慮通過轉(zhuǎn)換思路的方式來實現(xiàn)所要的功能，比如發(fā)音這里也可以考慮使用MP3模塊，但使用稍微麻煩一點，需要提前把聲音錄制好。選擇完硬件之后，同時完成程序流程圖的設(shè)計。

外觀的設(shè)計上，可以考慮使用激光切割機(jī)或者3D打印機(jī)的數(shù)字工具，激光切割機(jī)相對于3D打印機(jī)來說，成型快速，方便迭代修改，也能制作較大型的外觀，3D打印機(jī)能夠很好的完成一體成型，能創(chuàng)作一些較為精美的模型，但是相對激光切割機(jī)來說，速度相對比較慢，不利于學(xué)生在課堂中快速迭代。這兩種工具各有優(yōu)缺點，根據(jù)設(shè)計外觀，可以選擇合適的工具。學(xué)校如果沒有這些數(shù)字加工工具，也可以采取直接采用紙皮、戒刀等手工創(chuàng)作。

三、制作及測試作品

制作及測試作品環(huán)節(jié)是整個項目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)第二節(jié)課的作品設(shè)計，分組完成小組的任務(wù)，每個小組成員都有自己明確的分工，同時他們又協(xié)作完成項目。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生親歷硬件的連接測試過程，培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力;通過編寫和調(diào)試程序，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。運用激光切割和3D打印等工具完成作品外觀的設(shè)計，也讓學(xué)生體會了數(shù)字化工具在實際應(yīng)用中的強大魅力。

在硬件連接和程序設(shè)計的小組的同學(xué)，提前了解相關(guān)硬件的接線連接方式，根據(jù)硬件的相關(guān)特性，細(xì)心大膽的完成硬件的連接，并根據(jù)前面的流程圖設(shè)計完成程序設(shè)計。結(jié)構(gòu)件的搭建，要注意各部件的吻合度，元器件安裝到結(jié)構(gòu)件上面，注意對元器件進(jìn)行封裝，把不需要裸露在外面的主控板以及各種線盡量的藏好。

作品的制作是一個不斷完善的過程，在作品制作過程中，可能會遇到前面設(shè)計方案的時候沒有遇到的問題，這就需要對作品不斷迭代完善。在不斷的迭代完善作品的過程，學(xué)生對知識有了批判思維，在設(shè)計意識、動手操作上，慢慢地達(dá)到一定的深度，對作品進(jìn)行進(jìn)一步的完善，對設(shè)計思維會產(chǎn)生新的理解。

四、展示與評價

組織學(xué)生對小組的作品進(jìn)行展示，運用3W1H路演方式進(jìn)行項目展示，給學(xué)生們一個展示舞臺，有利于老師和同學(xué)了解作者對作品的表達(dá)內(nèi)容，更增強了學(xué)生在課堂上的主人翁意識，同時通過路演收集反饋信息，改進(jìn)作品，培養(yǎng)學(xué)生的迭代思維。

在這一個環(huán)節(jié)中，學(xué)生們需要制作項目展示PPT，梳理整個項目的制作過程，在路演的時候認(rèn)真聽取老師和同學(xué)的改進(jìn)意見，收集反饋信息，總結(jié)迭代改進(jìn)的方法，填寫改進(jìn)方案，培養(yǎng)學(xué)生反思的習(xí)慣。

我校設(shè)計的基于PBL教學(xué)模式的人工智能課程，以PBL這一先進(jìn)的課程設(shè)計理念，融合人工智能課程的特點，形成了以四個主要環(huán)節(jié)來推進(jìn)課程的教學(xué)模式，以創(chuàng)新、實踐、合作、分享為理念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，注重團(tuán)隊協(xié)作與作品循環(huán)迭代，強調(diào)學(xué)生的參與式學(xué)習(xí)以及理解、遷移應(yīng)用和創(chuàng)造性解決問題的深度學(xué)習(xí)。這一教學(xué)模式已經(jīng)很好的應(yīng)用在我校的人工智能校本課程中，得到了學(xué)生的喜愛、教師的認(rèn)可。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 李偉忠. 基于項目式創(chuàng)客教育模式的教學(xué)探究[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2019，（5）

[2] 唐素芳. 設(shè)計思維指導(dǎo)下PBL項目式3D打印課程設(shè)計[J].電腦迷，2018，（8）

[3] 王珍真. 創(chuàng)客教育背景下小學(xué)項目式學(xué)習(xí)的設(shè)計與實踐——以小學(xué)《3D打印制作懶人花盆》課程為例[J].信息技術(shù)課，2019，（19）

[4] 胡建宏. 基于PBL+DBL融合的創(chuàng)客課程教學(xué)模式研究與實踐[J].教育現(xiàn)代化，2019，（6）

[5] 錢唯偉. 基于PBL的S4A創(chuàng)客教學(xué)實踐 [J].信息技術(shù)課，2012，（2）

[6] 潘亮亮. 雙管齊下 相得益彰——創(chuàng)客教學(xué)中傳統(tǒng)教學(xué)模式和PBL教學(xué)模式的有機(jī)結(jié)合[J].中國信息技術(shù)教育，2017，（2）