人工智能課程《地震創意小發明》設計研究

張向梨

（西安高新國際學校 陜西西安 710119）

一、引言

人工智能與智慧教育引領教育教學的創新,已經成為教育信息化發展的必然趨勢[1]。人工智能課程內容建設是影響中小學人工智能教育水平的關鍵因素,對中小學人工智能教育的發展具有重要意義[2]。指導小學人工智能課程開發的課程標準尚未出臺,只有少數發達地區開發了機器人教育校本課程。因此,在小學領域開發人工智能校本課程十分重要[3]。STEAM教育著眼于對復合型創新性人才的培養,知識結構上強調的是學科間的融合,能力培養上注重的是學生創新精神與實踐能力相結合。因此將STEAM教育理念運用到我國中學人工智能課程教學設計之中有著重要的教學實踐意義[4]。綜上，尋找適合小學人工智能課程的設計模式迫在眉睫。

二、項目背景

《創意地震裝置》屬于智慧生活主題的一個項目,來源于《信息課程標準》小學階段教學目標“在條件具備的情況下，初步了解計算機程序設計的一些簡單知識”，引導學生基于生活情景，先通過數字鋼球傾角傳感器和數字震動傳感器控制燈的亮滅，理解基本的編程思路，學會連接簡單的硬件，初步了解人工智能知識，培養學生的編程思維，促使學生帶著濃厚的興趣開始探究硬件與編程，圍繞真實的項目開發環境結合小組人員自身特點設計實踐，凸顯科學、工程、數學、技術和藝術的融合，用技術孵化夢想，用智慧觸發創新。

三、課程設計過程

（一）發現——大開眼界

①播放地震災難的視頻。視頻中展示一位老人發明了一項救生床，引導學生思考：地震災難來臨，你有什么應對措施？這段視頻選取現實中已經發明的智能地震應急產品，通過學生的觀看和思考，為下一個環節鋪墊。

②學生回答。可能涉及的答案會有災難預警、應急、災后重建等措施等，教師需及時點評，同時通過梳理學生的體會，順勢引出探究任務。

③引出課題。創意地震裝置。

（二）設計——搭建學習支架

①出示地震閱讀資料（見附1）。我們要進行發明，首先要了解地震。提問：關于地震，人們發明了各種智能裝置，你有什么樣的想法？讓學生帶著思考去閱讀，完成后，通過問題檢測學生閱讀情況。

②學習硬件。通過閱讀資料，我們了解到地震主要分為橫波和縱波，來自地下的縱波引起地面上下顛簸振動，來自地下的橫波能引起地面的水平晃動。

③發布項目：請各項目研發小組分別設計開發一款創意地震裝置，采用頭腦風暴，用戶角度來確定研發方向。

④小組討論：設計中需要考慮哪些因素？學生分享回答結果，包括調研市場，調研人群，了解需求等內容，在這個過程中可以采用投屏方式展示學生思維活動，同時教師巡視深入到各個小組中，進行適當的引導和啟發。

⑤設計創意地震裝置：打開思維，完成項目活動單——產品開發開發手冊。

（三）實踐——研發產品

①外形設計師依據用戶需求繪制設計圖紙，并在圖紙中標出尺寸以及各部分材料名稱（技術方式）。◆使用指定圖紙，標注現有技術可以實現的部分。◆作品外形美觀合理，有藝術性與設計感。

②核心功能設計師研發程序功能。問題設計：◆需要的基本硬件包括幾類？◆制作過程中遇到的問題是如何解決的？◆制作過程中做了哪些改變和調整？

③項目自檢，完善開發手冊。◆功能實現情況。運用實際操作檢驗創意智能燈的功能是否實現。◆外形設計情況。外形設計是否美觀，具有創意。◆開發進程反饋合作情況。

各研發小組依據方案，分工協作實踐的過程中，老師需要巡視詢問項目的進展，并提供補給材料、點播設計思路等幫助。

（四）分享——產品介紹和互動推廣

舉行小型產品發布會，分享各種研發產品。

①環節一

研發小組匯報：（根據產品開發手冊準備發布內容）

創意發布（設計圖紙+核心功能）

內測模型發布（設計圖紙+核心功能+模型）

參考話術模板：

◆我們研發組打算為 設計一個創意地震裝置，這款創意地震裝置的特點是： 。

◆我們要實現 功能，現在已實現 功能。

◆產品的推廣語： 。

教師可以根據各組的分享情況適當提問在制作過程中遇到的苦難以及解決的方法。引導其他小組抓住研發小組的不同特點及時點評，鼓勵各研發團隊要根據需求不斷升級迭代產品。同時引導研發團隊之間通過優勢互補合作共贏。

②環節二

產品推廣：采用眾籌模式（天使投資人），推廣產品。根據現場觀眾舉手計數的形式進行反饋。引導學生進一步進行產品的迭代設計。

（五）拓展——智慧觸發

①用技術孵化夢想，繼續推進創意地震裝置項目，迭代產品。

②回歸現實，提問：假如地震真的來臨，我們該怎么辦？

四、結束語

本文應用了人工智能五環節開發模式進行了教學設計，并詳細闡述了教學模式下的環節設計。以期起到拋磚引玉的作用，供一線教師進行參考。