巧用UMU平臺創新人工智能課程教學模式*
——以《智能桌椅》項目教學為例

項慧芳 陳 琦 陳 旎

（廈門市思明區觀音山音樂學校，福建 廈門 361000）

《義務教育信息科技課程標準（2022 年版）》正式將“人工智能與智能社會”納入7～9 年級的課程內容體系中。作為一線的信息科技教師，人工智能是一門新興技術，如何在普及型大班化的課堂中開展好該課程的教學，這是我們信息科技教師亟待研究和探索的課題。2020 年廈門市啟動“人工智能進百校”項目，作為試點校，我們積極開展普及型人工智能教育的實踐探索。

一、人工智能課程教學模式變革緣起

《中小學人工智能課程開發標準》明確了人工智能課程目標就是要培養適應未來智能社會的關鍵能力，包括人工智能意識、技術應用能力、實踐創新思維和智能社會責任。如果在人工智能課程教學中還是采用傳統的課堂知識傳授型的教學模式，必定會極大地限制學生技術應用能力和實踐創新思維的培養。基于此，我校信息技術備課組面向智能時代人才培養需要，落實立德樹人根本任務，聚焦課堂變革，深化科技賦能，積極探索人工智能課程教學模式的變革方向，嘗試利用UMU 平臺（以下簡稱UMU）創新人工智能課堂教學，實現“線上+線下”的新型混合式人工智能教學模式。

二、基于UMU的混合式教學模式變革的可行性

UMU 是一種網絡互動教學平臺。它提供空間，允許教師自建課程，可以將課堂教學的每個環節所涉及的微課、視頻、圖片、文檔等相關學習資源添加到該網絡課程中，方便學生自主學習；同時該平臺還提供討論、提問、作業、拍照上傳、考試等互動功能，如果將這些互動環節設計到網絡課程中，應用于課堂教學，可以使課堂教學互動形式更加多樣化，學生參與的面更廣，教師更加快捷地獲得學生學習情況的反饋，適時調整教學進度和教學策略。

人工智能課程在專用教室上課，該教室裝備了整套的人工智能相關套件，覆蓋無線網絡，學生們2 人一臺筆記本電腦，可以保證隨時訪問互聯網資源。同時，筆記本自帶的攝像頭和麥克風，也方便學生將創意設計制作的作品拍照或錄像上傳，及時地分享到平臺上，保證每個作品都能得到展示，不因課堂時間有限而限制絕大多數同學分享展示的機會。因此在人工智能課堂上可以較好地利用UMU 實現教學模式的變革。

三、基于UMU的混合式教學模式實踐

以“智能桌椅”項目為例，具體介紹基于人工智能混合式課堂教學的具體實施過程。

（一）課前準備，搭建數字學習環境

《智能桌椅》項目活動主題來源于學生實際生活情境，人工智能教室是專用教室，配置著較多的設施設備，如果學生們上完課后不及時收納整理，不僅使整個教室看起來雜亂無章，更影響到下一個班同學的學習。激發學生是否可以使用學校提供的Ukit Explore 套件，設計一款可以自動提醒學生下課后及時做好收納整理工作的課桌椅。在授課前，教師在UMU 中創建新課程，將Ukit Explore 套件中相關傳感器的學習資源以微課、視頻、課件或網站鏈接等多種形式按授課的流程一一呈現。同時提供Ukit Explore 積木件的基本搭建方法以及課桌椅模型的基本設計思路等資源，引導學生根據自己設計的課桌椅功能，選用合適的傳感器，設計搭建課桌椅，并編寫好相關的控制程序。學生在課堂授課的自主學習環節，根據自己的設計思路，自主選擇所需選擇合適的學習資源，有效地管理學習過程。

（二）課堂教學，構建協作學習環境

為更好地推進人工智能啟蒙教育，實現教學目標，針對我校人工智能教學的環境、目的以及學情，在日常的人工智能課堂教學中，我校人工智能備課組以項目式學習為抓手，采取“吸引、探究、解釋、拓展和評價”的“5E”教學法。

下面以主題為“智能桌椅”的項目教學為例進行說明。

1.吸引：創設真實情境，引入項目主題

照片導入：人工智能教室上課前后狀況對比，提醒學生要養成及時收納整理的衛生習慣。

驅動性問題：如何幫助教師設計一款“智能桌椅”，使它可以及時提醒學生上完課后及時收納整理？

UMU 平臺使用：學生在上課初始先登錄UMU 平臺，查看本節課的學習目標，了解本節課的學習內容和項目成果的評價標準，做到有的放矢。

人工智能課程是實踐性極強的課程，通過該課程的學習培養學生技術應用能力和創新思維能力。只有將所學知識和技能用于解決生活中的實際問題，才能更好地激發學生探究欲望和學習興趣。因此本項目以學生日常生活學習中經常見到的問題作為驅動，基于真實情境開展學習活動，在實際問題的解決過程中激發學生創新意識和問題解決能力。

2.探究：問題鏈驅動，激發學生深度學習

教師提出一系列的層層遞進的探究問題鏈，激發學生深入思考并培養主動學習的精神。

探究問題1：如何感知設備或椅子沒有正常歸位？需要用到什么傳感器？

探究問題2：該“智能桌椅”要使用到哪個執行器或裝置實現提醒功能？

探究問題3：該“智能桌椅”在什么情況下發出提醒？如何設計程序？

探究問題4：該“智能桌椅”如何搭建，在結構設計上應注意哪些問題？

UMU 平臺使用：在UMU 提供課程中添加“討論”的互動環節，創設“如何感知設備或椅子沒有歸位？”“可以采取什么方式進行提醒？”“桌椅搭建應注意什么？”等探究問題進行討論，使用線上討論的方式，可以讓更多的學生參與到問題的思考過程中，而不是傳統課堂教學中，因時間有限，僅一兩個學生闡述觀點的弊端。同時，通過實時呈現學生觀點并及時反饋，激發學生的好勝心理和表現欲望。

3.解釋：檢驗是否真正理解所學內容

環節一：眼燈的工作原理，如何編程驅動其使用。

環節二：為什么紅外傳感器和超聲波傳感器都可以測距？

環節三：紅外傳感器和超聲波傳感器的區別。

UMU 平臺使用：學生通過自主學習UMU 中微課視頻和課件，掌握相關傳感器的工作原理、課桌椅結構設計要求以及積木件搭建的基本技能技巧。教師針對學生自學中提出的疑問和困惑進行實時解答。引導學生結合自己對智能桌椅功能的設計，選擇合適的傳感器，并動手搭建課桌椅模型。

這一階段是課堂教學的中心環節，采取線上自主學習和線下教師及時點撥釋疑的方式，讓學生獲取知識，掌握技能。在實踐過程中，學生是主體，教師的作用是引導和幫助。學生根據自己的學習節奏和認知特點以及作品功能設計，利用UMU，合理地篩選需要的學習資源，進而有效地解決問題，實現數字化學習。

4.拓展：學以致用促進知識和概念轉化

教師展示個別小組的作品，引導學生分析同伴的創意設計，并提出拓展問題：“智能桌椅除了具有桌椅收納提醒功能以外，還可以增加哪些智能功能？”在學有余力的情況下，可以對自己的作品進行改造提升。

UMU 平臺使用：學生在完成作品之后，利用筆記本電腦的“相機”功能將本組作品以視頻的形式錄制并且上傳提交到UMU 平臺。同時可以在平臺上查看其他小組的創意作品。利用線上提交作品的方式，可以讓每組作品都能得到展示，解決因課堂授課時間有限而無法展示所有作品的問題，激發學生的學習熱情，充分體驗了學習的挑戰性和成就感。

5.評價：多維評價，多人評價

知識技能評價：如何通過編程實現紅外傳感器、超聲波傳感器獲取數據結果的條件判斷，如何驅動眼燈或蜂鳴器使用？

思維提升評價：總結完成“智能桌椅”項目的主要步驟？

情感態度評價：小組是如何分工？每個人分別擅長什么工作？

UMU 平臺使用：教師組織學生通過UMU 的“評價”功能來對提交的項目成果做出評價。引導學生對自己的作品從知識技能、思維提升、情感態度等維度進行自評，對其他小組的作品從功能實現、創意設計、結構穩定等維度進行互評。

（三）課后拓展，促進知識鞏固提升

人工智能是多學科融合的課程，在課堂上，教師不可能將相關知識都講透講細。因此，放在平臺上的相關資源就可以讓學生在課后深入學習和探究，這些資源會長期保存在UMU 上，便于學生隨時調用進行個性化學習。UMU 能自動、精準、完整地記錄學生參與各項內容的學習情況，以便教師及時了解學生的學習。UMU 提供“課程積分榜”“課程達成榜”“卓越學習榜”和“積極學習榜”等排行榜，教師只要在下一次課堂教學前，展示各積分榜情況，就能很好地促進絕大多數的學生進一步地參與到相關課程的學習中，推動和保持學生持續學習和探究的熱情。

四、實施效果

運用UMU 將“線上+線下”學習有效地融合，整堂課既保留了傳統人工智能課堂中師生互動的熱烈氣氛又有線上自主探究學習能力的提升，學生對于人工智能學習的積極性大幅度提高，取得了良好的教學效果。

1.解決個性化教學的需要

個性化教學就是要根據學生的興趣和偏好，以及所掌握的知識程度來設計針對性的教學方案，包括課程設計、課程表現形式、課后作業、課外知識補充等方方面面的內容。原來教師資源過于失衡，教師完全不可能針對眾多的學生來個性化設計課程。運用UMU 互動學習平臺能夠獲取足夠多的課堂教學中的學生數據，甚至校外生活的數據，方便教師針對每個學生設計一個個性化的教學方案。這給教學帶來巨大的變革，給每個個體帶來適合自身成長的教育之路，也為教學公平鋪平了道路。

2.滿足多學科多層次知識問答需要

當代學生被稱為智能一代，同時，由于數字媒體信息傳播的豐富、全面和快速的特點，也造就了這一代學生的學習渠道多樣及知識面廣泛的特點。而相對年齡差距較大的教師則由于先天的成長經歷造成的知識結構，很難滿足這一代學生的知識需求。運用UMU 互動學習平臺，把學生課程及所延伸的知識，按照所涉及的人、事、地、物和組織來構建知識圖譜。同時結合其他人工智能技術，形成智能問答，智能推薦和智能引導的智能學習輔助體系，從而滿足學生的數字化學習，以及多學科、多層次的知識問答和學習的需要。

3.精準掌握學生學業成長

傳統的學生檔案記錄是片面的和斷點的，未能反應一個學生的真實學習情況，更無法真實掌握學生的生理和心理成長情況。為此，運用UMU 互動學習平臺可搜集學生全過程學習數據。通過人工智能對各方面樣本數據進行訓練，形成多維度的人工智能識別能力，從而有效解釋與預測學生的學習表現。同時，教師也能根據掌握的學生狀況來確定學科教學目標，優化教學過程，調整教學策略。當然，除了學業數據，如果能利用各種智能穿戴設備、語音識別設備和眼球追蹤設備來收集更多學生的生理和心理行為數據，那么就能掌握學生的情感狀態和心理狀態，挖掘學生深層次的行為數據，從而更全面地掌握學生的學業和生活，有效促進學生的成長。

五、結束語

經過近兩年的實踐探索，學生人工智能的意識和能力都有極大的提高,特別是在創意物化上，學生搭建人工智能的應用模型，嘗試解決生活中存在的問題，創新思維得到提升。學生們全國、省、市、區各級人工智能相關賽事中均取得一、二、三等獎的好成績。因參賽人數多，獲獎獎項高，學校還多次獲得優秀組織獎。學校備課組在教學過程中積累了一套較完整的人工智能課堂教學資源。教師得到快速成長，備課組成員多次在省、市、區開設主題講座，發表多篇CN 論文。學校科創教育案例《智能桌椅》也在中國教育學會年會上展示推廣。

實踐證明，傳統的課堂教學模式已經不能適應信息時代背景下學生的需求，而一味地像疫情期間那樣完全實施線上教學，因無法實時關注到學生的學習狀態，也讓一線教師深感其局限性。因此，線上和線下兩種教學模式結合的混合式教學模式，可充分挖潛各自教學方式的優勢，必將成為未來學校教育教學的主要模式。在這種新的教學模式下，師生的信息素養得到不斷提升。