人工智能助力下的小學工程教育的實踐研究

中圖分類號：G434文獻標識碼：A論文編號：1674—2117（2025）14—0106—03

引言

隨著科技的迅猛發(fā)展，工程教育在培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面的作用愈發(fā)凸顯。筆者所在學校充分發(fā)揮地域優(yōu)勢，投身于工程教育實踐，積極探尋契合小學生認知特點與發(fā)展需求的工程教育新模式，全力開展“行之有道”無人駕駛技術(shù)的探索與實踐課程，以期能夠激發(fā)學生對工程領(lǐng)域的濃厚興趣，培育其工程思維與創(chuàng)新能力。

課程規(guī)劃與實施

1.內(nèi)容架構(gòu)

“行之有道”課程以無錫經(jīng)開區(qū)的無人駕駛小巴車技術(shù)為核心，貫穿整個課程體系，旨在培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和實踐能力。該體系包括三個主要層級一校本課程（興智課程）、社團課程（優(yōu)智課程）和競賽課程（極智課程），每個層級都圍繞無人駕駛技術(shù)展開，形成了一套完整的學習和發(fā)展路徑。

在興智課程的開發(fā)建設(shè)上，學校充分考慮不同學段學生的年齡特征，設(shè)置了符合學生認知特點的課程。

低年級學生培養(yǎng)方向：注重培養(yǎng)動手能力和對車輛的整體認識。課堂上，教師提供豐富多樣的車輛模型組裝材料，引導學生動手組裝。在這個過程中，學生不僅能學會如何操作，還通過觀察和實踐，對車輛的結(jié)構(gòu)和功能有更深刻的理解。同時，通過展示不同出行方式的圖片和視頻，激發(fā)學生對出行方式及車輛技術(shù)的興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和團隊合作意識。

中年級學生培養(yǎng)方向：側(cè)重傳感器的應(yīng)用和編程能力的培養(yǎng)。提供小車、機器魚等模型的搭建材料和工具，引導學生使用平板電腦進行簡單的編程操作。學生在搭建模型的過程中，不僅學會了如何運用傳感器控制模型的動作，還通過編程實踐，初步體驗人工智能對出行的影響。

高年級學生培養(yǎng)方向：注重對出行問題的深人探討和基于項自的工程知識學習。引導學生通過查閱資料、討論交流等方式，學習無人駕駛技術(shù)背后的原理，了解當前出行問題的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)。另外，組織學生進行基于項目的工程實踐活動，鼓勵他們綜合運用所學知識設(shè)計相關(guān)模型，學習如何運用工程知識解決實際問題，通過團隊合作和成果展示，增強民族自豪感和愛國情懷，培養(yǎng)社會責任感和創(chuàng)新精神。

2.組織實施

工程教育是一種以培養(yǎng)學生工程思維和解決實際問題能力為目標的教育形式，其核心是將理論知識與實踐技能結(jié)合起來。因此，在課程實施的過程中，需要注重理論與實踐的結(jié)合，確保課程內(nèi)容能夠真正轉(zhuǎn)化為學生的實踐能力和解決問題的能力。

（1）以項目實踐為陣地，建立全面認識

第一階段以項目實踐為主，強調(diào)在讓學生掌握無人駕駛技術(shù)的理論知識，形成對無人駕駛技術(shù)的全面認識。同時，指導學生以小組合作的形式，設(shè)計、搭建小車模型，再通過電腦編程和調(diào)試實操，讓他們在實踐中掌握無人駕駛的關(guān)鍵技術(shù)，由此提升學生計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)。具體教學過程如下：

① 教師向?qū)W生介紹無人駕駛技術(shù)的概念和發(fā)展歷程，同時，展示現(xiàn)實中一些無人駕駛的應(yīng)用案例，幫助學生更好地理解無人駕駛技術(shù)的基本知識。此外，采用VR技術(shù)，增強學生的臨場體驗感，讓學生身臨其境地體驗出行過程中的各種情境，加深對交通規(guī)則和安全知識的理解。在此基礎(chǔ)上，進一步深入了解無人駕駛車輛的主要設(shè)計方案，培養(yǎng)學生的工程思維。

② 學生深人學習多種電子模塊的使用，熟知各種傳感器的特性和應(yīng)用場景，以便在后續(xù)的實踐中知道如何選擇和使用適合的傳感器來進行測量和數(shù)據(jù)采集，并知道如何將它們集成到電子系統(tǒng)中。同時，完成模型車輛機械結(jié)構(gòu)的組裝與調(diào)試，確保各部件運轉(zhuǎn)正常，擴展動手操作能力和電子系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)能力，提高實踐能力和應(yīng)用水平。

③ 學生通過理論學習和實踐操作，了解無人駕駛汽車模型開發(fā)的環(huán)境配置，如調(diào)試串口驅(qū)動，模型車輛前進、后退、轉(zhuǎn)彎的函數(shù)定義等，思考如何將它們應(yīng)用到實際生活中解決諸如如何提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性、如何優(yōu)化系統(tǒng)的性能和能耗、如何保護系統(tǒng)的安全性和隱私性等問題。從發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、設(shè)計方案、實施方案到問題解決，以問題為依托，環(huán)環(huán)相扣，充分激發(fā)學生的探究意識，培養(yǎng)計算思維和工程思維，使學生具備良好的解決問題的思維方式和習慣。

（2）以高新企業(yè)為紐帶，提出改進策略

在第二階段，以學校周邊的社會場域為支撐項目發(fā)展的協(xié)同地點，與高新科技企業(yè)合作，讓學生有機會近距離接觸和體驗無人駕駛汽車。通過實地考察和試乘，在新鮮感的刺激下進一步激發(fā)探究熱情。另外，通過與企業(yè)的工程師和技術(shù)人員進行交流，學生能具體了解無人駕駛技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用前景與發(fā)展趨勢，如物流配送、緊急救援和無人挖礦車等。在體驗結(jié)束后，教師以問題為研究導向，將學生分成若干小組，進一步開展問題分析和技術(shù)改進研究，針對在考察和試乘過程中發(fā)現(xiàn)的問題提出改進方案和技術(shù)建議，逐步形成階段性研究方案，以便更好地促進無人駕駛技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

（3）以辯論比賽為引線，擦出思維火花

在第三階段，進一步拓展提升學生的無人駕駛技術(shù)知識。通過深入研究無人駕駛技術(shù)背后的原理，學生能更深入地理解這項技術(shù)的優(yōu)勢和局限。為了提高學生的批判性思考能力，教師組織辯論賽，讓學生就無人駕駛技術(shù)的優(yōu)劣展開辯論。在辯論賽中，學生分為正反兩方，各自闡述無人駕駛技術(shù)的優(yōu)勢和存在的問題，如當傳感器或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，無人駕駛汽車可能會突然停止或做出不正確的反應(yīng)，從而帶來危險…通過辯論，學生能更深入地理解無人駕駛技術(shù)對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懸约八诠I(yè)生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，提升了技術(shù)評估能力。同時，在準備辯論的過程中，學生也鍛煉了搜集、查找、整合資料等自主學習能力和獨立思考能力。通過這種方式，學生將更理性地看待技術(shù)對生產(chǎn)、生活造成的影響。

（4）以學術(shù)分享為契機，提升思維高度

在第四階段，為了進一步提高學生的學術(shù)能力和表達交流能力，學校舉辦學術(shù)分享會，主要內(nèi)容是讓學生設(shè)計無人駕駛小車的方案，如無人配送車等，并交流經(jīng)驗。

為了確保項目的順利進行，學生首先進行詳細的市場調(diào)研，不僅需要深入研究無人駕駛小車的國內(nèi)外市場，還需要詳細地分析各種設(shè)計方案并撰寫研究報告，并以團隊為單位向其他同學展示他們的研究成果。通過學術(shù)分享會，學生不僅提高了探究能力，還學會了如何與他人分享自己的研究成果和經(jīng)驗。

（5）以演講比賽為平臺，領(lǐng)略工匠精神

在高年級段，學校舉辦演講比賽，通過講述航天工匠們?nèi)绾卧谔魬?zhàn)中顯智慧、如何在平凡中創(chuàng)造非凡，來加深學生對工匠精神的認識和領(lǐng)悟。

3.課程評價

學校建立了各學段學生項目學習狀態(tài)跟蹤電子表格、量化評價表等。

課程實施中的問題與挑戰(zhàn)

1.教師專業(yè)素養(yǎng)有待提高

挑戰(zhàn)：小學教師在工程知識方面存在明顯欠缺，這在一定程度上制約了工程教育課程的有效實施。在教學方法運用上，部分教師不熟練，項目式學習任務(wù)設(shè)計不合理，探究式教學引導啟發(fā)缺失，情境教學和小組合作學習也存在問題，影響教學質(zhì)量。

策略： ① 定期組織教師參加工程教育相關(guān)的培訓課程，邀請行業(yè)專家、學者進行授課。 ② 選派教師參加各類學術(shù)研討會和專業(yè)培訓活動，如機器人編程培訓、3D打印技術(shù)培訓等，提升教師的實踐操作技能，以便能夠更好地指導學生進行相關(guān)的實踐活動。 ③ 鼓勵教師參加在線學習課程，利用網(wǎng)絡(luò)資源進行自主學習。 ④ 定期組織教師開展教學研討與交流活動，分享自己在教學過程中的經(jīng)驗和心得。 ⑤ 組織教師進行教學觀摩活動，相互學習，借鑒他人的教學經(jīng)驗。

2.學生個體需求難以滿足

問題：學生個體差異給課程實施帶來挑戰(zhàn)。在學習能力上，有的學生能力強，有的學生能力弱；在興趣方面，學生的興趣點各不相同。

策略： ① 分層教學。依據(jù)學生學習能力與知識掌握程度，將學生分為基礎(chǔ)、提高、拓展三層?；A(chǔ)層學生專注于基礎(chǔ)知識鞏固與基本技能訓練，如在智能車編程學習中掌握基本指令；提高層學生在已有基礎(chǔ)上拓展知識、提升能力，學習中級編程知識并執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)；拓展層學生憑借較強能力與創(chuàng)新思維，參與自主探究與項目實踐，如設(shè)計高功能無人駕駛智能車，教師提供前沿資料助力其創(chuàng)新。 ② 興趣導向教學。以學生興趣為出發(fā)點設(shè)計活動。對機械結(jié)構(gòu)感興趣的學生參與智能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升動手與創(chuàng)新能力；熱衷編程的學生通過競賽提升編程水平與團隊合作意識；關(guān)注無人駕駛應(yīng)用場景的學生參與城市交通規(guī)劃項目，培養(yǎng)系統(tǒng)思維與創(chuàng)新能力。

參考文獻：

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作者簡介：宋曉青，二級教師，研究方向為小學工程教育教學研究。

基金項目：“基于數(shù)據(jù)分析的生成式人工智能對學生跨學科思維培養(yǎng)的實證研究”（編號：2025JKGH—18）。