人工智能課程中創客教學模式的開發與實踐

郭金杰 裘國永

陜西師范大學 計算機科學學院 陜西 西安 710119

1 研究背景與問題的提出

隨著科技的進步與發展，各國都將培養創新型人才作為教育戰略發展的主題。中國已將創造力與問題解決能力同列為學生發展的核心素養[1]。同時，《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》中也提出了國家要大力培養創新型人才，認為我國教育改革的重點應當放在加強創新型人才儲備上[2]。

2017年7月，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，文件中提出要加強對中小學生的人工智能教育，開設人工智能課程，培養中小學生的編程思維[3]。在此背景下，各地中小學都在積極開發出具有校本特色和符合學生發展的課程。目前創客教育也正逐步進入中小學課程體系，由于長期受應試教育的影響，創客教育實踐活動仍存在“高分低能”的現象。而傳統的人工智能課程缺乏創新創造與設計思維，教學模式陳舊。如何在切實促進學生全方面發展的基礎上，在人工智能課程教學中培養學生的創新創造能力、動手實踐能力是一個值得探討的問題。

基于以上因素，筆者考慮在人工智能課程中進行創客教學模式的開發與實踐，希望這種形式可以在培養學生創新思維發展的基礎上，也提升學生的創新創造能力。本研究將基于創客教育背景來構建人工智能課程，依托人工智能項目案例進行課程設計并開展教學實踐。

2 創客教育與人工智能課程融合的路徑設計

2.1 創客教育與人工智能課程融合的基礎

2.1.1 創客教育與人工智能課程的契合點。創客教育與人工智能課程都強調實踐性與創造性。學者們認為“創客”產生于西方的DIY文化。“DIY理念”（即：Do it Yourself）就是培養學生動手創建的造物精神[4]，它注重學生的體驗與實踐過程，在創作過程中內化學科知識以及學會使用工具的方法[5]，這一點與人工智能課程所倡導的創新、設計思維也不謀而合。創客教育以“創造中學”的理念作為支撐，基于真實的問題情境親身實踐，用創造性的想法來分析、解決問題，發掘學生的創新能力；人工智能強調學生進行深度思考與思維創新，在推進深度學習中提高知識與技能，提升學生的實踐能力與設計思維。

2.1.2 人工智能課程與創客教育的互補性。兩者在強調創造性與實踐性的同時又各有側重。創客教育更加強調學生的實踐與創造，包括一些技術性、創造性的元素；與創客教育相比，人工智能更注重開發學上的智力、培養學生的計算與設計思維，強調理論的創新。人工智能既豐富了創客教育的內涵，又為創客教育教學模式設計提供了新思路。兩者融合的教育實踐活動，能夠增強學生的理論知識，提高學生的實踐能力，實現以知促行、以行促知、知行合一。

2.2 理論依據

做中學理論。“做中學”是在合適的學習環境中基于學生主觀認知與客觀事物相互作用，使其通過實踐行動掌握具體知識與使用方法以踐行知行合一的教育理念[6]。這是杜威倡導的一種理念，他認為學生要在實際經驗中獲取知識與能力，“做中學”以具有實操特性的案例為主線實施項目，使學生在探索實踐中發現科學真理，在創新造物的過程中感受文化魅力。“做中學”既符合創客教育創新創造的理念，又保證了信息技術教育中實踐的特性[7]。因此，教師在課堂上要注意引導學生進行自主探究，通過自己動手操作來理解概念，掌握規律，并運用到實踐當中去，從而獲得真知。

創新教育理論。以祝智庭、楊現民為代表的我國學者在論文中提到我國創客教育模式是培養各類青少年創新人才的創新教育模式。這表明學者認為我國目前開展的創客教育就是創新教育，為了培養具有創新意識、創新思維、創新技術、創新情感的創新人才[8-9]。創新教育理論為創客教育的實施提供了充分的理論支持，創客教育豐富與發展了創新教育理論的內涵。

3 人工智能課程中創客教學模式的構建

3.1 教學模式設計

人工智能課程中創客教學模式的構建以人工智能為核心，以項目案例為主線，以創客教育為支撐，將“創設情境、引入實例—知識講解、布置任務—啟發引導、協同實踐—創意構想、鼓勵設計—分享作品、反思遷移”五個教學環節與創客教育有機融合，讓學生在“做中學、學中做、做中創”中生成創新技術型產品。所構建的教學模式如圖所示：

圖1 人工智能課程中創客教學模式構建

3.2 課程設計

本課程強調加強學生的應用創新與實踐，據此設計了一些項目活動案例，在大主題的引導下，學生還有許多可以自由發揮的空間。表1是整個教學過程設計的項目案例。

表1 課程教學設計

為展示融入創客教育的信息技術課程具體教學環節與開發和應用實踐過程，我們將深入闡述“智能臺燈”項目活動案例。

創設情境，引入實例。臺燈可以在平時的學習中使用，能夠提高看書效率，保護同學們的眼睛。有的臺燈還可以根據同學們的需求智能調節亮度，方便我們完成不同的任務。今天我們要做的智能臺燈就是一種可以調節亮度，切換讀書模式與夜讀模式的臺燈。引入項目情景可以激發起學生完成任務的興趣和動機，讓學生將生活實際問題與所學知識緊密聯系，發現學習的樂趣與實用性，從而開發出更有意義的知識與技能，投入到更加有深度學習活動中去。

知識講解，布置任務。如果我們想實現開關并切換讀書模式和夜燈模式，那么我們的臺燈至少需要有全亮、暗、熄滅這三個亮度檔位。LED通電之后需要一定時間才能達到最高亮度，LED斷電之后也需要一定時間才會完全熄滅。盡管這個時間非常短暫，但我們可以利用LED的這個特性，以很高的頻率對LED進行通、斷電控制，達到控制LED亮度的目的。

啟發引導，協同實踐。在學習了基本知識后，學生可以協同完成本次課程任務。任務的完成包括圖形化編程與硬件搭建兩個方面。同學們可以分工合作，理論邏輯思維較好的同學可以完成編程任務，動手實踐能力較強的同學可以完成硬件搭建。在圖形化編程中，小組同學合作思考臺燈亮燈的邏輯，合理分配工作任務，同時教師要注意啟發引導，提示學生重難點。硬件搭建的流程包括：將主控板與擴展板堆疊起來；揚聲器的音頻線接與主控板音頻接口相連；將揚聲器電源線與擴展板任意的三針管腳連接；將LED模塊與擴展板的D3管腳連接；使用數據線連接主控板與電腦；編程環境識別到主控板后，點擊上傳按鈕，將程序上傳到主控板中。

創意構想，鼓勵設計。學生完成臺燈制作的基礎任務后，教師要引導學生從主題和功能等多方面積極探索創新視角，給學生展示已有的富有設計與創新的相似作品，打開學生的腦洞，啟發學生進行頭腦風暴，完成更具有挑戰性的任務。例如鼓勵學生改寫程序，為智能臺燈增加更多亮度檔位或增加一盞燈。將創意與技術相結合，在這個過程中充分調動學生的想象力與創造性，鼓勵學生們做出有創意的作品。

分享作品，反思遷移。學生合作完成作品之后，教師要鼓勵各小組成員上臺展示任務成果，與其他小組分享交流自己的心得體會，反思自己的不足，充分體驗到創客與人工智能的無限樂趣，發現更多的可能性。教師可以讓各小組把作品提交到班級平臺，進行展示、互動、交流，增強學生的成就感。

4 結束語

在本次實踐活動中，融入創客教育的人工智能課程大大增強了學生的創新意識、動手實踐能力以及設計思維。完整的項目實施要經過確定主題、方案策劃、方案實施、項目優化等

過程，需要嚴謹的思路、創新創造的精神與熟練的動手實踐能力。同學們之間的集思廣益與頭腦風暴也營造出一種輕松、創新、合作的學習氛圍。在成果展示與交流過程中，學生也學會了從多維度的意見和建議來認識與理解項目，增強了學生的交流表達能力。

創客教育與人工智能教育的結合推動了教育教學模式的轉型與升級，有助于突破重理論輕實踐的傳統教育模式，既推動學生的創新思維的發展，又符合學習者學習的興趣，為人工智能教育提供了一種新型范式。