依托人工智能實驗室開展信息科技大單元教學研究

《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）頒布后，六大核心素養(yǎng)概念引領(lǐng)下的教學內(nèi)容大量涉及人工智能、計算機算法等領(lǐng)域。依托人工智能實驗室進行整合教學成為新形勢下培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的創(chuàng)新路徑，模塊和代碼編程相結(jié)合的教學方式使學生對程序的原理和算法有了更深入的理解。實施過程中根據(jù)生活中問題的解決設(shè)計大單元主題，確立大單元目標，指定大任務(wù)或問題串，用連續(xù)的課時解決單元問題，將過程性資料整理完善形成大單元作業(yè)，通過大單元序列化的學習方式促進單元目標的達成，提升學生的核心素養(yǎng)。

一、大概念統(tǒng)領(lǐng)，創(chuàng)設(shè)真實情境激發(fā)興趣

1.找準核心大概念

實施大單元項目化教學，要根據(jù)新課標從數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能等六大核心概念出發(fā)找出本單元的核心概念。學科大概念指向?qū)W科的本質(zhì)，是核心，具有極強的統(tǒng)整性，可以將零散的知識、能力、方法貫穿在一起。因此，在教學過程中可以將算法和人工智能有機結(jié)合，確定一個有意義的大項目主題，將教材不同板塊內(nèi)容的學習融入單元大項目活動的探索和實踐。

2.創(chuàng)設(shè)真實情境

核心素養(yǎng)關(guān)注解決真實問題的能力。大單元任務(wù)設(shè)計中的真實問題使學生可以在學習活動中看到知識和世界的聯(lián)系，能夠?qū)⒅R遷移到生活中。人工智能課程設(shè)計的靈魂就是創(chuàng)設(shè)生活化的問題情境，引發(fā)學生解決實際問題的興趣。以單元項目實踐活動方案“關(guān)愛老人智能應用系統(tǒng)”為例，方案包含四個大的主題：智能家居系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)、健康監(jiān)測系統(tǒng)和安全出行系統(tǒng)等。 每個大主題都結(jié)合生活實際問題展開，例如：智能家居系統(tǒng)中“燈光”包含自動光線感應燈、人體感應小夜燈、雙向開關(guān)燈，環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)包含噪聲提醒器、濕度監(jiān)測調(diào)節(jié)器、智能感應空調(diào)，健康監(jiān)測系統(tǒng)包括計步器、肺活量測試儀、定時吃藥提醒器，安全出行保障系統(tǒng)包括智能拐杖、門磁感應器、躲避車輛報警手環(huán)。每個微項目都由情境創(chuàng)設(shè)、問題引領(lǐng)、評價標準和參考資源四個部分組成。這樣源于真實生活的情境符合教學需求，學生基于每個課時的大任務(wù)，通過探究合作解決真實存在的問題。

二、內(nèi)容調(diào)整，構(gòu)建單元整體框架

1.根據(jù)項目活動的需求，重組單元內(nèi)容

基于單元重構(gòu)的項目式學習方式不是將案例素材無序堆砌，而是以大概念為主線，以核心素養(yǎng)為目標，圍繞單元主題，根據(jù)學生的認知水平和認知邏輯重構(gòu)教學框架，借助項目化的教學方式形成知識體系的整體構(gòu)建。

人工智能實驗室采用的是優(yōu)必選教學平臺，六年級的配套教材《AI超級工程師》每章節(jié)都是一個獨立的小任務(wù)，如點亮智慧之燈、我的音樂生活、環(huán)境監(jiān)測、通風系統(tǒng)等，知識點較為碎片化，若按照知識點講解，知識間缺乏連貫性，學生很難系統(tǒng)化地掌握。教師嘗試以核心素養(yǎng)為目標，以學科知識點為載體，立足大單元主題，將零散的學科知識整合為大單元，實現(xiàn)教學設(shè)計與素養(yǎng)目標的有效對接，比如將點亮智慧之燈整合到智能燈光系統(tǒng)中，將環(huán)境監(jiān)測整合到環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)的教學活動中，實現(xiàn)內(nèi)容與單元活動的有機融合。

2.用教材作為載體，搭建單元學習支架

新課標理念下的教學將教材作為教學資源，倡導用教材教而不是教教材。在實施路徑方面我進行了大膽的創(chuàng)新，采用了信息課上帶領(lǐng)學生制作PPT創(chuàng)新設(shè)計文稿，用代碼編程啟發(fā)學生創(chuàng)新思維，社團課上用現(xiàn)有的硬件小組合作創(chuàng)新設(shè)計成果的三步走路徑策略。根據(jù)此策略，確定單元學習支架。學習支架為學生開展實踐活動提供了有效的資源，能夠輔助單元活動的進行，促進單元目標的達成。

3.將教材中相關(guān)聯(lián)的知識點進行系統(tǒng)整合

在大單元設(shè)計之前，先熟讀教材，對教材內(nèi)容有一個整體的了解。教材《AI超級工程師》有十六個主題。其中主題五為“環(huán)境監(jiān)測”，主題六為“通風系統(tǒng)”，教材中這兩課時是完全獨立的，但實際上兩課在能力點訓練上有很多共同之處，我們把這兩個主題中關(guān)于應用溫濕度傳感器監(jiān)測環(huán)境值的實驗歸為一個大單元。通過線路的連接、程序主體模塊的搭建、傳感器測量臨界值的設(shè)置等，將兩課的重難點進行梳理、整合，完成一個以環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)為主題的大單元活動設(shè)計，幫助學生更好地鞏固和強化能力點。

三、方法整合，提升學生的思維能力

1.整合程序設(shè)計的流程圖進行思路分析

人工智能課的硬件編程與信息科技課用代碼實現(xiàn)問題的解決——二者有效結(jié)合可以引導學生深入理解程序設(shè)計的邏輯原理。 在“關(guān)愛老人智能應用系統(tǒng)”單元活動中，學生創(chuàng)新設(shè)計“智能感應空調(diào)”，采用流程圖梳理編程思路。在介紹流程圖和分析邏輯關(guān)系時，教師以采用python編程找最大數(shù)和最小數(shù)的例子引入，學生能夠理解語句之間的關(guān)系。在對流程圖有了清晰的認知后，結(jié)合情境任務(wù)目標，學生嘗試畫出流程圖，師生完善流程圖，學生再根據(jù)流程圖編程。學生創(chuàng)新設(shè)計“門磁感應器”微項目，與“用循環(huán)結(jié)構(gòu)解決生活中的問題” 相關(guān)聯(lián)，通過流程圖梳理算法思路，編程過程中進行將模塊與代碼相互結(jié)合的全新嘗試。流程圖適用于問題的分析，課堂上，學生小組合作用“畫程”軟件設(shè)計作品的流程圖，不斷進行討論和完善，有效地助力了思維的培養(yǎng)。

2.跨學科整合知識點，拓展創(chuàng)新設(shè)計思路

學生完成一個項目后，交流、展示，師生互評，對學生的學習情況做出反饋和評價。引導學生從作品的創(chuàng)新性和實用性來評價，從而加強學生對知識的應用并就項目任務(wù)進行拓展，結(jié)合生活實際思考本單元的知識點可以解決生活中的哪些問題。

四、優(yōu)化作業(yè)設(shè)計，逐步完成單元成果

在大單元教學背景下，作業(yè)設(shè)計應緊密貼合大項目主題，有序列性、連貫性，具生活化、層次化，讓學生樂于接受并能夠靈活運用所學技能結(jié)合有效的作業(yè)設(shè)計達到鞏固學習成果的目的?；诮虒W需要及學科拓展課程的實施路徑，將單元作業(yè)分兩個途徑來實施，即課時拓展作業(yè)和單元長作品。作業(yè)設(shè)計的選題源于教材內(nèi)容的補充和拓展，結(jié)合大單元的項目主題，達到鞏固學習效果、提升自主學習能力的目標。例如“關(guān)愛老人智能應用系統(tǒng)”大單元項目實踐活動過程中，學生在課堂上認識并學習使用光線傳感器、聲音傳感器、溫濕度傳感器等并結(jié)合執(zhí)行器，經(jīng)過一個月的時間編程制作了系統(tǒng)的單元長作業(yè)，形成單元學習成果。

總之，依托人工智能實驗室開展信息科技大單元教學研究，可以在時間和空間上實現(xiàn)實踐活動與知識點之間的有機融合，學生以探究性學習為主要方式，在單元活動中動手實踐并達成學習目標?？鐚W科知識點的整合與大單元任務(wù)的驅(qū)動，提高了學生興趣，促進學生對學科知識的理解和運用，為核心素養(yǎng)的落地提供了實踐路徑。

（作者單位：山東省威海市新苑學校）