項目式學(xué)習(xí)在小學(xué)AI編程課程中的實(shí)踐策略

郭 會（北京市海淀區(qū)中關(guān)村第三小學(xué)雄安校區(qū)）

一、小學(xué)AI編程課程項目式學(xué)習(xí)內(nèi)涵

項目式學(xué)習(xí)主要是通過問題引發(fā)學(xué)生對概念的思考和探索，用具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。老師作為項目學(xué)習(xí)的設(shè)計者和學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，提煉抽象的核心概念并設(shè)置不同的驅(qū)動問題及學(xué)習(xí)任務(wù)讓學(xué)生完成自主探索，鼓勵學(xué)生在真實(shí)情境中深入理解概念，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生超越真實(shí)的抽象思維，促進(jìn)學(xué)生對知識的遷移和深度理解。小學(xué)AI編程課程項目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過編程解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，進(jìn)一步拓寬對AI世界的認(rèn)知。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，在老師的引導(dǎo)下，采取小組合作的方式，將學(xué)習(xí)任務(wù)通過不同形式的學(xué)習(xí)成果展示出來。在這個過程中，學(xué)生從一開始就清楚所學(xué)的知識是用來做什么的。這樣的學(xué)習(xí)實(shí)踐更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)能力和思維方式的培養(yǎng)，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。

二、小學(xué)AI編程課程項目式學(xué)習(xí)的意義

項目學(xué)習(xí)源于學(xué)生對真實(shí)問題的深入思考。老師通過學(xué)生的提問并篩選，確定本次項目學(xué)習(xí)要探究的本質(zhì)問題、核心概念，而后分別從為什么、是什么、怎么做三個角度確定項目學(xué)習(xí)的驅(qū)動性問題。在每個驅(qū)動問題下，分布了不同的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生可以借助不同的學(xué)習(xí)形式將學(xué)習(xí)成果進(jìn)行展示。

在整個項目的實(shí)施過程中，學(xué)生的多項學(xué)習(xí)素養(yǎng)得到了不同的關(guān)注和提升。學(xué)習(xí)能力上，學(xué)生從項目開始即慢慢建立起問題意識及探究問題的能力。在理論知識探究學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對于新舊知識如何建立聯(lián)系以及知識如何與真實(shí)情境產(chǎn)生聯(lián)系的能力增強(qiáng)。展示交流的過程中，關(guān)注到了學(xué)生的個性化表達(dá)，培養(yǎng)了學(xué)生基于理論知識的多元化表達(dá)能力；在學(xué)習(xí)品質(zhì)方面，項目式學(xué)習(xí)方式大大增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，在好奇心與學(xué)習(xí)興趣的驅(qū)動下，實(shí)踐中增添了更多的挑戰(zhàn)與冒險品質(zhì)。

三、小學(xué)AI編程課程項目式學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐

（一）項目教學(xué)過程的設(shè)計與實(shí)施

1.項目整體介紹

由于學(xué)校的菜園每次都是人工控制澆水時間及澆水量，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)這樣不利于植物很好的生長，于是想利用科技方法來解決這個真實(shí)的問題，怎么樣才能實(shí)現(xiàn)自動澆水呢？

為了解決這個真實(shí)的問題，老師和同學(xué)們一起展開了“智能澆灌系統(tǒng)”的項目學(xué)習(xí)。首先是學(xué)生提出疑問，教師篩選歸類，提煉出項目學(xué)習(xí)的本質(zhì)問題及核心概念；其次是理論知識的學(xué)習(xí)；最后再到動手實(shí)操環(huán)節(jié)。通過設(shè)置難度不同的驅(qū)動問題及學(xué)習(xí)任務(wù)確定此次項目學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，然后通過多種形式的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行展示。

2.驅(qū)動問題一：為什么要做“智能澆灌系統(tǒng)”

（1）任務(wù)一：我們先以一株植物為例，假如現(xiàn)在讓同學(xué)們?nèi)ブ谱饕粋€智能澆灌器，讓它能夠?qū)崿F(xiàn)自動給植物澆水，請問同學(xué)們認(rèn)為要怎么實(shí)現(xiàn)呢？你是不是也有很多想知道的問題？

交流討論：問題篩選歸類后選取代表性問題進(jìn)行討論，如：我們?nèi)绾沃劳寥廊彼四兀恳獫捕嗌偎Ｖ鼓?？就像溫度計能感受溫度一樣，土壤是否缺水需要感受它的濕度，土壤濕度傳感器可以知道土壤什么時候缺水及什么時候澆夠水。

（2）任務(wù)二：通過上網(wǎng)查詢了解土壤濕度傳感器相關(guān)知識，并查詢傳統(tǒng)澆灌方式與自動澆灌方式都有哪些及他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，完成相應(yīng)學(xué)習(xí)單。

交流討論：明確為什么要做“智能澆灌系統(tǒng)”。

3.驅(qū)動問題二：一個裝置如何實(shí)現(xiàn)自動控制

（1）任務(wù)一：掌握經(jīng)典控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理。

學(xué)習(xí)活動：結(jié)合老師提供的學(xué)習(xí)支持視頻，各小組探討澆灌裝置實(shí)現(xiàn)智能控制的原理，并將經(jīng)典控制系統(tǒng)原理用結(jié)構(gòu)框圖表示出來。

（2）任務(wù)二：繪制智能澆灌系統(tǒng)功能圖

學(xué)習(xí)活動：結(jié)合本項目特點(diǎn)，小組合作將每個成員設(shè)計的智能澆灌系統(tǒng)共性部分整合，將結(jié)構(gòu)圖畫出來，展示小組不同的設(shè)計能力。

（3）任務(wù)三：搭建澆灌系統(tǒng)硬件系統(tǒng)框架

學(xué)習(xí)活動：結(jié)合老師的硬件清單介紹及焊接工具的使用注意事項，小組成員分工協(xié)作，動手將自己設(shè)計的澆灌系統(tǒng)各部分實(shí)物進(jìn)行搭建鏈接，展示小組成員不同的動手能力。

4.驅(qū)動問題三：如何控制澆水量

（1）任務(wù)一：編寫智能澆灌系統(tǒng)軟件程序

學(xué)習(xí)活動：通過運(yùn)用圖像化編程語言，學(xué)習(xí)如何給硬件編程，并將自己編寫的程序成功下載到硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)裝置自動澆水的功能。

討論交流：同學(xué)們普遍設(shè)計的算法思想是：土壤干了——執(zhí)行澆水——濕度值夠了——停止?jié)菜?，這種思路測試效果怎么樣呢？

（2）優(yōu)化算法合理控制澆水量

學(xué)習(xí)活動：通過測試，發(fā)現(xiàn)原程序存在的漏洞，進(jìn)行程序優(yōu)化，使?jié)补嘌b置更加智能。

討論交流：經(jīng)過小組討論，碰撞出不同的程序優(yōu)化方法，如：土壤干了——執(zhí)行澆水3秒鐘——等待1分鐘——讀取濕度值——判斷是否濕度值夠了——決定是否停止?jié)菜?/p>

同學(xué)們在一系列驅(qū)動問題下，借助老師提供的學(xué)習(xí)支持，完成了一個接一個的學(xué)習(xí)任務(wù)。

（二）項目教學(xué)效果的反思與評價

1.AI源于生活，觀察思考多實(shí)踐

項目的選題非常貼合學(xué)生的校園生活，可以充分調(diào)動學(xué)生的求知欲和探索科技的欲望，學(xué)生積極性很高。在這個過程中，學(xué)生重新認(rèn)識科技，感受AI世界帶來的魅力，從新的視角接觸AI編程。幾個任務(wù)由淺入深地帶領(lǐng)學(xué)生逐步完成對知識的探究與獲取，采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的形式，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)及上網(wǎng)查詢等方式，采用思維導(dǎo)圖、結(jié)構(gòu)圖等不同的學(xué)習(xí)成果表現(xiàn)形式，多角度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動投入學(xué)習(xí)，并學(xué)以致用。

2.釋放自由心智，知識轉(zhuǎn)化能力

項目學(xué)習(xí)每個驅(qū)動問題下的學(xué)習(xí)任務(wù)都聚焦了學(xué)生的能力成長點(diǎn)。在項目學(xué)習(xí)中，比獲取知識更重要的是，我們希望學(xué)生能夠釋放自己的心智，不要把知識的記憶當(dāng)做最終目的，而是要把知識當(dāng)做工具。如何將知識學(xué)活，如何用知識解決自己遇到的難題才是項目學(xué)習(xí)的目的。

3.多維評價體系，探索反思助成長

在項目學(xué)習(xí)的過程中，我們在每個任務(wù)下都設(shè)置了不同的評價量表，分別在積極行為、探索創(chuàng)新、包容公正、交流溝通等對學(xué)生不同環(huán)節(jié)的的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行監(jiān)督，讓學(xué)生在心智自由的同時約束自己的行為規(guī)范。我們?yōu)椴煌幕顒釉O(shè)置分別設(shè)置了評價量表：

在項目的測試環(huán)節(jié)，同學(xué)們不斷發(fā)現(xiàn)問題，并小組討論解決策略，一次次突破自己的AI編程思維定勢，探索新的突破角度，這也將不間斷的推動他們開啟新一輪的AI學(xué)習(xí)之旅。