項目式學習在小學AI編程課程中的實踐策略

郭 會（北京市海淀區中關村第三小學雄安校區）

一、小學AI編程課程項目式學習內涵

項目式學習主要是通過問題引發學生對概念的思考和探索，用具有挑戰性的任務激發學生的學習動力。老師作為項目學習的設計者和學生學習的引導者，提煉抽象的核心概念并設置不同的驅動問題及學習任務讓學生完成自主探索，鼓勵學生在真實情境中深入理解概念，引發學生產生超越真實的抽象思維，促進學生對知識的遷移和深度理解。小學AI編程課程項目式學習中，學生通過編程解決現實生活中的問題，進一步拓寬對AI世界的認知。學生作為學習的主體，在老師的引導下，采取小組合作的方式，將學習任務通過不同形式的學習成果展示出來。在這個過程中，學生從一開始就清楚所學的知識是用來做什么的。這樣的學習實踐更加注重學生學習能力和思維方式的培養，提高學生發現問題解決問題的能力。

二、小學AI編程課程項目式學習的意義

項目學習源于學生對真實問題的深入思考。老師通過學生的提問并篩選，確定本次項目學習要探究的本質問題、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習的驅動性問題。在每個驅動問題下，分布了不同的學習任務，學生可以借助不同的學習形式將學習成果進行展示。

在整個項目的實施過程中，學生的多項學習素養得到了不同的關注和提升。學習能力上，學生從項目開始即慢慢建立起問題意識及探究問題的能力。在理論知識探究學習過程中，學生對于新舊知識如何建立聯系以及知識如何與真實情境產生聯系的能力增強。展示交流的過程中，關注到了學生的個性化表達，培養了學生基于理論知識的多元化表達能力；在學習品質方面，項目式學習方式大大增加了學生學習的主動性，在好奇心與學習興趣的驅動下，實踐中增添了更多的挑戰與冒險品質。

三、小學AI編程課程項目式學習教學實踐

（一）項目教學過程的設計與實施

1.項目整體介紹

由于學校的菜園每次都是人工控制澆水時間及澆水量，同學們發現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的問題，怎么樣才能實現自動澆水呢？

為了解決這個真實的問題，老師和同學們一起展開了“智能澆灌系統”的項目學習。首先是學生提出疑問，教師篩選歸類，提煉出項目學習的本質問題及核心概念；其次是理論知識的學習；最后再到動手實操環節。通過設置難度不同的驅動問題及學習任務確定此次項目學習的主要內容，然后通過多種形式的學習成果進行展示。

2.驅動問題一：為什么要做“智能澆灌系統”

（1）任務一：我們先以一株植物為例，假如現在讓同學們去制作一個智能澆灌器，讓它能夠實現自動給植物澆水，請問同學們認為要怎么實現呢？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行討論，如：我們如何知道土壤缺水了呢？要澆多少水停止呢？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）任務二：通過上網查詢了解土壤濕度傳感器相關知識，并查詢傳統澆灌方式與自動澆灌方式都有哪些及他們各自的優缺點，完成相應學習單。

交流討論：明確為什么要做“智能澆灌系統”。

3.驅動問題二：一個裝置如何實現自動控制

（1）任務一：掌握經典控制系統結構原理。

學習活動：結合老師提供的學習支持視頻，各小組探討澆灌裝置實現智能控制的原理，并將經典控制系統原理用結構框圖表示出來。

（2）任務二：繪制智能澆灌系統功能圖

學習活動：結合本項目特點，小組合作將每個成員設計的智能澆灌系統共性部分整合，將結構圖畫出來，展示小組不同的設計能力。

（3）任務三：搭建澆灌系統硬件系統框架

學習活動：結合老師的硬件清單介紹及焊接工具的使用注意事項，小組成員分工協作，動手將自己設計的澆灌系統各部分實物進行搭建鏈接，展示小組成員不同的動手能力。

4.驅動問題三：如何控制澆水量

（1）任務一：編寫智能澆灌系統軟件程序

學習活動：通過運用圖像化編程語言，學習如何給硬件編程，并將自己編寫的程序成功下載到硬件系統，實現裝置自動澆水的功能。

討論交流：同學們普遍設計的算法思想是：土壤干了——執行澆水——濕度值夠了——停止澆水，這種思路測試效果怎么樣呢？

（2）優化算法合理控制澆水量

學習活動：通過測試，發現原程序存在的漏洞，進行程序優化，使澆灌裝置更加智能。

討論交流：經過小組討論，碰撞出不同的程序優化方法，如：土壤干了——執行澆水3秒鐘——等待1分鐘——讀取濕度值——判斷是否濕度值夠了——決定是否停止澆水。

同學們在一系列驅動問題下，借助老師提供的學習支持，完成了一個接一個的學習任務。

（二）項目教學效果的反思與評價

1.AI源于生活，觀察思考多實踐

項目的選題非常貼合學生的校園生活，可以充分調動學生的求知欲和探索科技的欲望，學生積極性很高。在這個過程中，學生重新認識科技，感受AI世界帶來的魅力，從新的視角接觸AI編程。幾個任務由淺入深地帶領學生逐步完成對知識的探究與獲取，采用理論和實踐相結合的形式，學生通過自主學習及上網查詢等方式，采用思維導圖、結構圖等不同的學習成果表現形式，多角度激發學生學習興趣，使學生主動投入學習，并學以致用。

2.釋放自由心智，知識轉化能力

項目學習每個驅動問題下的學習任務都聚焦了學生的能力成長點。在項目學習中，比獲取知識更重要的是，我們希望學生能夠釋放自己的心智，不要把知識的記憶當做最終目的，而是要把知識當做工具。如何將知識學活，如何用知識解決自己遇到的難題才是項目學習的目的。

3.多維評價體系，探索反思助成長

在項目學習的過程中，我們在每個任務下都設置了不同的評價量表，分別在積極行為、探索創新、包容公正、交流溝通等對學生不同環節的的學習行為進行監督，讓學生在心智自由的同時約束自己的行為規范。我們為不同的活動設置分別設置了評價量表：

在項目的測試環節，同學們不斷發現問題，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學習之旅。