核心素養(yǎng)視域下小學(xué)人工智能課程項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐

陳國(guó)忠 徐國(guó)華

[摘? ?要]隨著教育改革的不斷深入，教育逐步從“知識(shí)本位”向“素養(yǎng)本位”轉(zhuǎn)變。在此背景下，河北省唐山市教育局高度重視學(xué)生核心素養(yǎng)提升，深入開展創(chuàng)客教育、人工智能教育的教學(xué)方式改革與創(chuàng)新，在課堂實(shí)踐中摸索出了適合小學(xué)人工智能課程開展的基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)方式。

[關(guān)鍵詞]人工智能課程;核心素養(yǎng);項(xiàng)目學(xué)習(xí)

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確指出，人工智能將成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)，應(yīng)逐步開展全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程[1]。隨著教育改革的不斷深入，教育逐步從“知識(shí)本位”向“素養(yǎng)本位”轉(zhuǎn)變。未來教育強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)評(píng)價(jià)的改革創(chuàng)新，更多關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

人工智能課程是一門以培養(yǎng)適應(yīng)智能社會(huì)發(fā)展的未來公民，實(shí)踐驅(qū)動(dòng)問題解決促進(jìn)能力發(fā)展，構(gòu)建多元評(píng)價(jià)體系推動(dòng)學(xué)習(xí)創(chuàng)新為目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)技能，包括溝通能力、合作能力、批判性思維、創(chuàng)造力和問題解決能力[2]，提高學(xué)生自我認(rèn)知和職業(yè)構(gòu)想的課程;是一門融合數(shù)學(xué)、物理、信息科學(xué)、邏輯學(xué)等多門學(xué)科的綜合性課程，讓學(xué)生通過實(shí)踐感受、理解、掌握人工智能的原理和方法，能夠解決實(shí)際問題的實(shí)踐型課程。

項(xiàng)目學(xué)習(xí)是指在一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)真實(shí)項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃分解，使用多種手段持續(xù)探究、協(xié)作實(shí)施，創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目，形成公開成果并進(jìn)行思維遷移的學(xué)習(xí)方式。項(xiàng)目學(xué)習(xí)可以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，使學(xué)生的認(rèn)知向高階發(fā)展;項(xiàng)目學(xué)習(xí)近似于一種做事的流程，可以訓(xùn)練工程思維;項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程，是一個(gè)做中學(xué)、學(xué)中思、思中創(chuàng)并不斷迭代的過程，有利于創(chuàng)新，有利于學(xué)生自身的發(fā)展[3][4]。

從概念上講，項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一種教學(xué)方式或者方法，人工智能是課程內(nèi)容組成形式，人工智能課程是跨學(xué)科開展的。項(xiàng)目學(xué)習(xí)有助于人工智能課程的有效開展。

一、人工智能課程的項(xiàng)目學(xué)習(xí)路徑

根據(jù)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的定義，可將課堂教學(xué)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程以模擬計(jì)算機(jī)處理問題的過程簡(jiǎn)化為四要素（見圖1），以便于教學(xué)實(shí)踐?，F(xiàn)對(duì)四要素進(jìn)行以下說明。

一是情境，對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)輸入。從生活、工作及自然情境中感知信息，提煉問題，構(gòu)成項(xiàng)目，并讓學(xué)生保持持續(xù)的興趣和激情。二是內(nèi)容，包括知識(shí)體系，如知識(shí)、技能、方法;還有項(xiàng)目體系，如規(guī)劃、創(chuàng)新、實(shí)施等。三是活動(dòng)，包括探究與合作，作用于規(guī)劃中、創(chuàng)新中、實(shí)施中。以上的內(nèi)容與活動(dòng)，對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)的處理。需要學(xué)習(xí)者經(jīng)歷一系列探究、協(xié)作活動(dòng)，獲得解決問題、實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的知識(shí)、技能和方法。教師要注意依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)和“最近發(fā)展區(qū)”理念，圍繞探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)課程，引導(dǎo)學(xué)生“跳一跳可以摘到果實(shí)”，或者通過合作“搭建梯子”獲取所需。四是結(jié)果，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)輸出。結(jié)果是指項(xiàng)目成果，包括研究報(bào)告、項(xiàng)目作品以及學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的成果，其中“習(xí)得必備知識(shí)，培養(yǎng)關(guān)鍵能力”是項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的最大成果。教師要注意引導(dǎo)學(xué)生分享學(xué)習(xí)過程，反思創(chuàng)作經(jīng)歷，迭代優(yōu)化項(xiàng)目作品。

二、人工智能課程的項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，教師是設(shè)計(jì)者、引導(dǎo)者和創(chuàng)新者。教師的作用主要是圍繞學(xué)生必備知識(shí)的學(xué)習(xí)和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)。同時(shí)，在對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和與學(xué)生的合作中，創(chuàng)造性地開展教學(xué)活動(dòng)，與學(xué)生共同成長(zhǎng)。

項(xiàng)目教學(xué)的關(guān)鍵在于創(chuàng)造情境、搭建腳手架、開展多元評(píng)價(jià)。教學(xué)設(shè)計(jì)主要是完成課堂項(xiàng)目學(xué)習(xí)四要素的前兩部分，即情境和內(nèi)容。具體包括：構(gòu)建課程主題情境，提煉驅(qū)動(dòng)問題;搭建教學(xué)腳手架，構(gòu)建學(xué)生需要通過課堂掌握的知識(shí)及能力，公布項(xiàng)目作品的形式;創(chuàng)建適合課堂教學(xué)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系。

課程需要通過項(xiàng)目范例創(chuàng)設(shè)引人入勝的情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生情感，激發(fā)興趣和動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生產(chǎn)生創(chuàng)作沖動(dòng)和激情，然后引導(dǎo)學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴的方式，將想法變成具有可行性的項(xiàng)目主題。而所設(shè)置的情境，應(yīng)是學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)感知并能產(chǎn)生興趣的，并來源于現(xiàn)實(shí)生活。

在開始課程之前的教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師必須研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，明確培養(yǎng)目標(biāo)，做好構(gòu)思項(xiàng)目的準(zhǔn)備工作。項(xiàng)目學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)要注重學(xué)科素養(yǎng)及知識(shí)能力。要讓學(xué)生通過課堂教學(xué)習(xí)得必備的知識(shí)要點(diǎn)，培養(yǎng)面向未來的關(guān)鍵能力，規(guī)劃制作項(xiàng)目作品，進(jìn)而提升核心素養(yǎng)。

有效、合理的評(píng)價(jià)既能發(fā)展學(xué)生的興趣，也能讓學(xué)生學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)。教師在建立評(píng)價(jià)體系時(shí)要注意評(píng)價(jià)的多元化，包括評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)主體、評(píng)價(jià)內(nèi)容等。例如，本研究在人工智能課程中按照項(xiàng)目學(xué)習(xí)的流程制定了相關(guān)的評(píng)價(jià)表，教師通過評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生將項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方法、項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程中的收獲，進(jìn)行縱向和橫向的遷移或拓展，讓學(xué)生始終保持學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展創(chuàng)新思維。以《編程控制機(jī)器人》一課為例，其教學(xué)設(shè)計(jì)如表1、表2所示。

三、人工智能課程的項(xiàng)目學(xué)習(xí)課堂實(shí)踐

對(duì)應(yīng)前面所述的課堂項(xiàng)目教學(xué)四要素，人工智能課程的課堂教學(xué)分為選定主題、制定計(jì)劃、探究制作、展示評(píng)價(jià)四個(gè)環(huán)節(jié)。

1.設(shè)定主題

在項(xiàng)目教學(xué)的課堂上，學(xué)生能否產(chǎn)生躍躍欲試的創(chuàng)作沖動(dòng)和激情，能否主動(dòng)積極地開始自己的項(xiàng)目，在很大程度上取決于教師示范項(xiàng)目的吸引力，取決于真實(shí)情境入項(xiàng)的感染力。教師應(yīng)注意盡力為學(xué)生提供與真正的研究環(huán)境相同或相似的氛圍，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)情境。教師范例作品的創(chuàng)作過程，既是對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃及其探究、實(shí)施的驗(yàn)證，驗(yàn)證項(xiàng)目構(gòu)思的正確，說明通過反復(fù)的迭代嘗試、修訂，最終可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目，創(chuàng)作作品;也是對(duì)學(xué)生項(xiàng)目學(xué)習(xí)指導(dǎo)的預(yù)演或路演。教師應(yīng)及時(shí)將范例作品創(chuàng)作過程中的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，要補(bǔ)充的知識(shí)、技能、方法等記錄在案，以便更好地指導(dǎo)學(xué)生開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生有了想要?jiǎng)?chuàng)作的沖動(dòng)，教師要趁熱打鐵，通過布置任務(wù)、運(yùn)用頭腦風(fēng)暴、思維導(dǎo)圖等方式，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生將想法轉(zhuǎn)化為項(xiàng)目主題。

以《編程控制機(jī)器人》一課為例，教師設(shè)置的情境是“通過小飛機(jī)器人向客人介紹學(xué)?！钡那榫?，需要利用“小飛”制作一段語音介紹學(xué)校大門景觀布置的程序，進(jìn)而提出本節(jié)課要解決的驅(qū)動(dòng)問題“如何讓小飛向客人介紹我們的學(xué)?！?。演示前，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，利用平板電腦邊看邊記錄，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。作品演示過程中，還要引導(dǎo)學(xué)生將自己的想法提煉為主題，并通過小組頭腦風(fēng)暴的形式確定小組主題，之后再安排1至2組學(xué)生分享小組想法。該環(huán)節(jié)控制在5～6分鐘左右。

2.制定計(jì)劃

在學(xué)生制定計(jì)劃階段，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴的方式，利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建項(xiàng)目框架，運(yùn)用表格制訂出項(xiàng)目計(jì)劃，然后組織方案交流，引導(dǎo)學(xué)生通過權(quán)衡與比較，最終確定一個(gè)既切實(shí)可行又有一定挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目方案。學(xué)生則通過項(xiàng)目規(guī)劃，進(jìn)一步厘清思路，提升邏輯思維。

以《編程控制機(jī)器人》為例，在每個(gè)小組確定主題之后，教師引導(dǎo)學(xué)生按照本組主題制定計(jì)劃，包括要解決的問題、需要學(xué)習(xí)哪些知識(shí)才可以解決問題、如何協(xié)作分工、預(yù)期成果。引導(dǎo)學(xué)生從可行性、可操作性、挑戰(zhàn)性等多個(gè)角度討論交流，并優(yōu)化小組計(jì)劃，之后安排了2組學(xué)生分享他們的方案。表3是《編程控制機(jī)器人》一課教師為學(xué)生設(shè)計(jì)的項(xiàng)目計(jì)劃單。該環(huán)節(jié)控制在8～10分鐘。

3.探究制作

在學(xué)生項(xiàng)目的探究制作階段，要充分發(fā)揮“以學(xué)生為中心”這一中心思想，教師的主要任務(wù)是通過設(shè)計(jì)一系列的教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)，進(jìn)而解決那些具有挑戰(zhàn)性的問題，最終不斷完善項(xiàng)目作品。同時(shí)，對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目要按照計(jì)劃進(jìn)行督導(dǎo)、監(jiān)控和管理，引導(dǎo)學(xué)生朝著項(xiàng)目目標(biāo)逐步推進(jìn)。該環(huán)節(jié)要通過動(dòng)手實(shí)踐掌握課程涉及的知識(shí)點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、合作能力。

如《編程控制機(jī)器人》一課，知識(shí)學(xué)習(xí)包含兩部分：一是體驗(yàn)“小飛”的能聽會(huì)說，二是編程控制機(jī)器人入門知識(shí)。通過探究過程中的知識(shí)學(xué)習(xí)和對(duì)程序的修改操作，實(shí)現(xiàn)通過語音控制“小飛”的目標(biāo)。知識(shí)點(diǎn)在教師做范例演示及制定計(jì)劃前已經(jīng)告知學(xué)生，以便學(xué)生了解這些知識(shí)可以解決何種問題。引導(dǎo)學(xué)生按照小組計(jì)劃進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，真正做到既分工又協(xié)作，通過學(xué)習(xí)解決項(xiàng)目規(guī)劃中的問題。教師在探究過程中指導(dǎo)學(xué)生組裝調(diào)試作品，并不斷完善改進(jìn)作品。該環(huán)節(jié)控制在18～20分鐘。

4.展示評(píng)價(jià)

展示和評(píng)價(jià)都是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的手段。有效開展成果展示和反思評(píng)價(jià)的課堂教學(xué)，不僅能夠促使學(xué)生做得更好，而且有利于學(xué)生向更加寬廣、更加深入的方向遷移學(xué)習(xí)。如《編程控制機(jī)器人》一課中，教師選擇了一組優(yōu)秀作品進(jìn)行全面展示，包括作品和創(chuàng)作過程所經(jīng)歷的困難和挫折。由于時(shí)間限制，教師安排前幾個(gè)環(huán)節(jié)未展示過的小組做簡(jiǎn)要展示，最后引導(dǎo)學(xué)生以書面形式完成評(píng)價(jià)單，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)，并通過平板電腦分享到全班。該環(huán)節(jié)4～6分鐘。

四、總結(jié)與展望

以上介紹的人工智能課程項(xiàng)目教學(xué)模式是聚焦學(xué)生核心素養(yǎng)提升的主題之下，通過理論學(xué)習(xí)及課堂實(shí)踐摸索出的適合小學(xué)人工智能教育開展的課堂教學(xué)模式?！毒幊炭刂茩C(jī)器人》只是一個(gè)課時(shí)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)教學(xué)案例，教師還可以從大單元入手、從大項(xiàng)目入手，開展多課時(shí)的人工智能項(xiàng)目課程，將以上所述課堂項(xiàng)目教學(xué)的四個(gè)環(huán)節(jié)合理分配課時(shí)后加以實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[EB/QL].（2017-07-08）[2022-04-07]. http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_ 5211996.htm.

[2]姜乃強(qiáng).培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，來自全球的建議與行動(dòng)[J].教育家. 2016（6）：42-45.

[3]夏雪梅.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)：學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下的國(guó)際與本土實(shí)踐[M].北京：教育科學(xué)出版社，2021：53，57.

[4]夏雪梅.以學(xué)習(xí)為中心的課堂觀察 [M].北京：教育科學(xué)出版社，2012：25-29.

作者簡(jiǎn)介：陳國(guó)忠，河北省唐山市教育局電化教育館館長(zhǎng)，E-mail：tscgz@sina.com（河北唐山，063000）

徐國(guó)華，河北省唐山市豐潤(rùn)區(qū)教育局電教儀器站副站長(zhǎng)，E-mail：xghua@163.com（河北唐山，063000）