項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在小學(xué)人工智能教學(xué)中的應(yīng)用
——以《智能視力守護(hù)儀》為例

任穎 河南省許昌實(shí)驗(yàn)小學(xué)

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出，通過(guò)課程學(xué)習(xí)，圍繞學(xué)習(xí)任務(wù)，利用數(shù)字設(shè)備與團(tuán)隊(duì)成員合作解決學(xué)習(xí)問(wèn)題，協(xié)同完成學(xué)習(xí)任務(wù)，在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力，主動(dòng)探索新知識(shí)與新技能，采用新穎的視角思考和分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)和創(chuàng)作具有個(gè)性化的作品。[1]而基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)是一種新型的研究性學(xué)習(xí)模式，它強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)真實(shí)問(wèn)題進(jìn)行自主探究，強(qiáng)調(diào)小組合作學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐創(chuàng)新，這與信息技術(shù)教學(xué)理念相吻合。[2]

在實(shí)際教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展項(xiàng)目教與學(xué)，將項(xiàng)目逐級(jí)拆分成容易實(shí)施上午較為簡(jiǎn)單的任務(wù)或問(wèn)題，促使傳統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施方法在教學(xué)過(guò)程中的綜合應(yīng)用，最終達(dá)成課程標(biāo)準(zhǔn)的總目標(biāo)。下面，筆者以《智能視力守護(hù)儀》為例，展開(kāi)實(shí)踐。

● 深度研究學(xué)情，確定學(xué)習(xí)情境

《智能視力守護(hù)儀》是六年級(jí)下冊(cè)有關(guān)開(kāi)源硬件的一節(jié)課。根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，筆者將教學(xué)目標(biāo)調(diào)整為學(xué)：會(huì)“顯示屏”的使用方法，能用程序控制顯示屏顯示需要的內(nèi)容；聯(lián)系生活設(shè)計(jì)方案，編程實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目；通過(guò)感受智能工具帶給生活的便利，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，愛(ài)護(hù)眼睛，體會(huì)科技給生活的便利，發(fā)揚(yáng)創(chuàng)客精神。

筆者所在學(xué)校重視學(xué)生的身心健康，重視學(xué)生的用眼衛(wèi)生，每個(gè)學(xué)期都會(huì)組織專業(yè)人員為學(xué)生提供視力檢測(cè)服務(wù)。筆者結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況進(jìn)行本節(jié)課的設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生產(chǎn)生近視的真實(shí)原因進(jìn)行調(diào)查。具體安排如下：在上課前給學(xué)生布置任務(wù)，讓他們先分組完成搜集本班視力檢測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后以問(wèn)卷的形式調(diào)查產(chǎn)生近視的原因，最終完成數(shù)據(jù)的整理。六年級(jí)學(xué)生生活體驗(yàn)豐富，表達(dá)能力強(qiáng)，這個(gè)問(wèn)題也在他們的認(rèn)知范圍之內(nèi)。按照“單眼、雙眼4.8以下即為近視”的標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目小組成員經(jīng)過(guò)一周的分析整理，發(fā)現(xiàn)六年學(xué)生的近視率逐年攀升。

教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)近視的主要原因：①小學(xué)生戶外活動(dòng)時(shí)間少，體育鍛煉少；②看書(shū)、閱讀、寫(xiě)字的姿勢(shì)不正確；③大量電子產(chǎn)品的應(yīng)用；④光線強(qiáng)度不合適；⑤吃大量含糖的食物，蔬菜水果吃得少。

教師提出問(wèn)題：針對(duì)“看書(shū)、閱讀、寫(xiě)字距離太近”的情況，思考并寫(xiě)出解決方案。

● 社會(huì)角色分工，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)項(xiàng)目需求，學(xué)生需要解決問(wèn)題，并最終形成解決問(wèn)題的真實(shí)產(chǎn)品。這就需要教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分工合作。在本次項(xiàng)目學(xué)習(xí)中有項(xiàng)目經(jīng)理、硬件工程師、軟件設(shè)計(jì)師、市場(chǎng)經(jīng)理等角色，帶有真實(shí)社會(huì)屬性的團(tuán)隊(duì)角色會(huì)讓學(xué)生感到興奮。

教師首先要在PPT中呈現(xiàn)不同角色的職責(zé)和任務(wù)。不同的角色需要不同的能力、興趣和特長(zhǎng)的學(xué)生，項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)組織設(shè)計(jì)方案，硬件工程師負(fù)責(zé)選擇搭建硬件，軟件設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)編輯調(diào)試程序，市場(chǎng)經(jīng)理負(fù)責(zé)產(chǎn)品推廣。課堂中，每三人一個(gè)小組，自己選擇角色，有的學(xué)生還要身兼多職。在整個(gè)過(guò)程中，每個(gè)學(xué)生都選擇自己希望擔(dān)任的角色，而不是教師強(qiáng)行分配角色，這有助于幫助學(xué)生保持長(zhǎng)久的熱情，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自己、對(duì)團(tuán)隊(duì)的責(zé)任感。

在角色分工后，設(shè)計(jì)方案就需要教師先搭建設(shè)計(jì)框架，再讓學(xué)生分析設(shè)計(jì)方案。這樣既能讓真實(shí)的生活和學(xué)科知識(shí)建立連接，又能減少學(xué)習(xí)的難度，防止學(xué)生出現(xiàn)挫敗感。本次項(xiàng)目學(xué)習(xí)筆者以學(xué)習(xí)單的形式發(fā)給每個(gè)小組，讓其根據(jù)提示完成設(shè)計(jì)方案，如下圖所示。

● 精確分解微項(xiàng)目，精心布置學(xué)習(xí)活動(dòng)

本次項(xiàng)目學(xué)習(xí)其實(shí)就是一個(gè)問(wèn)題解決的過(guò)程，從“做一個(gè)‘智能視力守護(hù)儀’實(shí)現(xiàn)看書(shū)、寫(xiě)字距離太近就提醒”的核心問(wèn)題出發(fā)，去解決一系列的分解問(wèn)題，在問(wèn)題解決的過(guò)程中學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)和技能，并鍛煉其邏輯思維能力和編程能力。

1.學(xué)一學(xué)

“正確的坐姿，眼睛距離書(shū)本多遠(yuǎn)合適？”

“要偵測(cè)眼睛到課本的距離，你首先想到什么硬件？”

“要顯示超聲波檢測(cè)的距離，需要用到哪個(gè)硬件？”

在一系列分解問(wèn)題的提示下，自然引出本節(jié)課的知識(shí)“顯示屏”，然后請(qǐng)學(xué)生回答軟件中“顯示屏”的積木在哪個(gè)功能模塊？一共有幾塊？硬件如何連接？

最后出示任務(wù)二：感知距離。

①顯示屏實(shí)時(shí)顯示超聲波檢測(cè)的距離；

②借助硬件用手感知30～35厘米的距離。

通過(guò)先連接硬件再編程最后用手感知距離的方法，讓學(xué)生不但復(fù)習(xí)了硬件連接的技巧，而且在編程練習(xí)中掌握了顯示屏的使用方法，再用手試一試感知距離，加深學(xué)生對(duì)書(shū)本到眼睛30～35厘米這個(gè)距離的印象，從而達(dá)到本節(jié)課的教學(xué)目的，學(xué)生在以后的閱讀和學(xué)習(xí)中能夠坐姿端正，保護(hù)眼睛。

2.說(shuō)一說(shuō)

教師引導(dǎo)學(xué)生把自己的設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)換成流程圖。在本項(xiàng)目中，筆者先讓學(xué)生將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)換成流程圖說(shuō)一說(shuō)，再依據(jù)流程圖實(shí)現(xiàn)編程，符合學(xué)生邏輯思維的轉(zhuǎn)變，既鍛煉了學(xué)生的口頭表達(dá)能力，也在潛移默化中讓學(xué)生形成了自己的編程思維，鍛煉了編程能力。

3.做一做

在實(shí)踐操作過(guò)程中，由于學(xué)生的能力參差不齊，小隊(duì)進(jìn)度也不盡相同，這就要求教師能分層布置任務(wù)，讓完成任務(wù)的小組成員幫助沒(méi)有完成的小組，也可以走動(dòng)起來(lái)，參觀學(xué)習(xí)其他小組的成果。這就又一次強(qiáng)調(diào)了合作的重要性，小組成員根據(jù)分工有人介紹自己的作品，有人展示作品，有人去其他小組探討學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。這樣的課堂不是靜止不動(dòng)的，也不再是簡(jiǎn)單地操作鍵盤(pán)，而是活動(dòng)起來(lái)，并修正自己的方案和作品。

● 產(chǎn)品交流分享，喜獲項(xiàng)目成績(jī)

在創(chuàng)新思維的指引下，學(xué)生學(xué)會(huì)了個(gè)性化解決問(wèn)題，而方案設(shè)計(jì)的個(gè)性化呈現(xiàn)，也注定學(xué)生的作品不會(huì)整齊劃一。教師借助共享屏幕不僅能讓學(xué)生看到各小組的程序，還能通過(guò)手機(jī)投屏讓學(xué)生更方便地展示作品。下面是有代表性的四組作品。

作品1：

方案：距離太近發(fā)出聲音，文字顯示“NO”；否則文字顯示“YES”。

硬件：藍(lán)牙、超聲波、蜂鳴器、顯示屏。

作品2：

方案：距離太近發(fā)出聲音，顯示“笑臉”圖案；否則顯示“哭臉”圖案。

硬件：藍(lán)牙、超聲波、蜂鳴器、LED面板、顯示屏。

作品3：

方案：實(shí)時(shí)顯示超聲波距離，并且距離太近亮紅燈；否則亮綠燈。

硬件：藍(lán)牙、超聲波、RGB燈、顯示屏。

作品4：

方案：實(shí)時(shí)顯示超聲波距離，并且距離太近拍打使用者；否則靜止不動(dòng)。

硬件：藍(lán)牙、超聲波、舵機(jī)、顯示屏。

學(xué)生所使用的硬件是以前學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)組合，但是作品3的學(xué)生在闡述時(shí)說(shuō)，使用燈來(lái)提醒不僅能滿足普通使用者，還適合聽(tīng)不到聲音的失聰人群；而作品4的學(xué)生在闡述作品優(yōu)勢(shì)時(shí)說(shuō)，有聲音會(huì)干擾使用者的學(xué)習(xí)，所以用拍一拍的方法讓使用者更加舒適。

學(xué)生不僅能從不同角度評(píng)價(jià)自己的作品，挖掘自己產(chǎn)品的用戶群體，還能站在使用者角度深度思考問(wèn)題，創(chuàng)新作品。這時(shí)，教師就要抓住關(guān)鍵時(shí)機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的進(jìn)步并提供恰當(dāng)?shù)姆答?，確保學(xué)生有多種機(jī)會(huì)接受形成性評(píng)估，讓他們?cè)谡故局胁粌H知識(shí)得到鞏固，還培養(yǎng)了溝通、合作能力，批判性思考和表達(dá)能力，在獲取成就感的同時(shí)增強(qiáng)同理心和社會(huì)責(zé)任感。

● 總結(jié)拓展知識(shí)，升華創(chuàng)造力量

為了讓學(xué)習(xí)不再停留在碎片化的知識(shí)上，學(xué)會(huì)知識(shí)的運(yùn)用和遷移，引發(fā)高階思維，筆者還引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合造成近視的其他因素思考如何改進(jìn)作品，如結(jié)合自己的設(shè)計(jì)方案如何包裝設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

學(xué)生會(huì)提出各種各樣的解決方案，如針對(duì)“小學(xué)生戶外活動(dòng)時(shí)間少，體育鍛煉少”，在學(xué)習(xí)過(guò)程中可以加入計(jì)時(shí)功能提醒要適量運(yùn)動(dòng)；針對(duì)“大量電子產(chǎn)品的應(yīng)用”，可以設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)功能；針對(duì)“看書(shū)時(shí)候光線強(qiáng)度不合適”，可以增加光線傳感器，偵測(cè)光線強(qiáng)度，光線太弱給予補(bǔ)光，光線太強(qiáng)給予提醒等。

課堂上任務(wù)的拓展就像剝洋蔥一樣，實(shí)現(xiàn)層次更豐富的高階思考，讓學(xué)生知道即使課堂任務(wù)已經(jīng)結(jié)束，還是值得他們通過(guò)社團(tuán)或課下時(shí)間繼續(xù)深入探討下去。而作品的包裝設(shè)計(jì)能幫助學(xué)生理解不同學(xué)科間知識(shí)的連接，并體現(xiàn)在最終的實(shí)物作品中。例如，在社團(tuán)活動(dòng)中，有學(xué)生加入了光線傳感器做了擺在書(shū)桌上的多功能臺(tái)燈，根據(jù)環(huán)境光實(shí)時(shí)調(diào)整臺(tái)燈光線強(qiáng)度來(lái)補(bǔ)光，錄入聲音用語(yǔ)音提醒更顯生動(dòng)；也有學(xué)生借助精美的擺臺(tái)做成了一件藝術(shù)品；還有學(xué)生提出想用舵機(jī)提醒使用者，做到發(fā)帶里或者帽子中更方便攜帶……

這種在課堂任務(wù)結(jié)束后，利用社團(tuán)活動(dòng)對(duì)課程進(jìn)行拓展延伸，能夠讓學(xué)生看到項(xiàng)目落地生根，最終實(shí)現(xiàn)完整作品的呈現(xiàn)。因此，通過(guò)課堂和社團(tuán)分層次落地的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，既是培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力的新嘗試，也是對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式的有力補(bǔ)充。當(dāng)然，作品的完成不代表項(xiàng)目的結(jié)束，學(xué)校每年度的科技創(chuàng)新比賽和校園科技節(jié)作品展示，更能滿足學(xué)生的成就感，升華創(chuàng)造的力量。