跨學科項目式學習視域下的小學人工智能教學實踐

周曉園

摘要：作者以uKit AI“交警小助手”為例，探討了在小學信息科技課堂上以跨學科項目式學習推動人工智能教學的可行之法，以期能夠讓學生感受數字化學習的樂趣，在活動中提升素養。

關鍵詞：跨學科項目式學習；人工智能；信息科技

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）09-0052-03

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“標準”）明確提出提升學生數字素養與技能。面向數字素養與技能的信息科技教育，相較于以往的信息技術教育更注重引導學生在數字化環境中理解人、信息科技、社會三者之間的關系，合理使用信息科技解決問題，擔負起相應的社會責任，實現從“數字原生代”向“數字公民”的轉變。“標準”中倡導以跨學科項目式學習的方式開展教育教學活動，以落實核心素養的培育。那么，結合我國人工智能技術和產業的發展，如何在小學信息科技課堂上以跨學科項目式學習活動推動小學人工智能教學呢？下面，筆者以uKit AI“交警小助手”為例，探討在小學信息科技課堂上以跨學科項目式學習推動人工智能教學的可行之法。

項目背景

在上下學時間段，校門外十字路口區域車流量大且交通擁堵情況嚴重，給上下學的學生帶來了極大的不便和安全隱患。針對此問題，筆者指導學生開展了以交通安全為主題的跨學科項目式學習，以期在探尋問題解決之法的過程中，提高解決問題的能力，促進核心素養的提升。學生經歷了階段性的實地調查、數據統計后認為，除在校內外加大交通安全宣傳教育外，可以增加一個“交警小助手”緩解道口交警的指揮壓力，進而提出利用uKit AI設計一款模擬交警指揮交通的“交警小助手”模型。

項目實施

跨學科項目式學習是一種包含（多學科）知識、行動、態度的實踐性活動，本項目從教師支持和學生活動兩個部分展開論述。

1.觀察生活，基于真實需求制訂合理目標

教師引導學生針對每日上下學道口的擁堵問題開展主題為“安全記心中 平安校園行”的跨學科項目式學習。在項目前期，學生經歷利用統計學知識進行數據統計及數據分析、有目的地了解《中華人民共和國道路交通安全法》、通過修圖軟件設計藝術宣傳板報等活動，對道口交通問題有了較為全面的認識，認為除加強安全宣傳以外，還需為道口交警配備“小助手”以緩解指揮壓力。

教師支持：基于學生真實生活場域的情境創設——驅動問題：針對項目活動過程中發現的道口交警指揮壓力大的問題，你能利用信息化的手段幫助緩解道口的指揮壓力嗎？圖片或視頻呈現道口交通情況及道口俯視圖。提供項目活動計劃書（如表1）：小學中年級學生對跨學科項目式學習活動的理解尚處于入門階段，所以提供的計劃書較簡單，主要用于協助學生梳理活動過程中可能遇到的問題，并引導學生對主要問題進一步分解。

學生活動：根據項目需求自由組隊，每隊人數不超過4人；根據項目活動計劃書，完成初始化設計猜想。

傳統的信息科技課堂常采用任務驅動的方式，學生只能根據教師提供的任務要求完成任務，缺乏主觀能動性。在本項目活動中，學生經過實際調查對道口交通情況有了深入的了解，針對道口的交通指揮也有了自己獨到的見解。在十字路口什么位置可以擺放“交警小助手”以及“交警小助手”需具備怎樣的功能，都需要學生經過調查評估后團隊合作完成，不同團隊的見解不同，物化的成品也不同。直觀真實的情境給予學生沉浸式體驗，在完成任務的過程中，學生能夠真切感受到通過自己的努力能對現實世界產生影響，進而刺激學生的探索欲望，提升其主動求知的熱情。

2.手腦并用，于反復迭代中設計創意作品

教師支持：視頻展示交警指揮交通時的手勢指令集合，引導學生針對視頻剖析分解手勢指令，轉化為舵機可實現的動作指令（根據手勢指令，完成動作指令最少需要4個舵機，“右轉彎”手勢指令各舵機參考角度如表2所示）。提供必要的資源，如道口俯視圖、道口3D模型、uKit AI相關套件（包含UCode平臺）、《中華人民共和國道路交通安全法》相關條例等。

學生活動：團隊合作突破重難點，邏輯清晰有觀點地交流自己的想法，選擇適合自身設計的所需的硬件；在團隊的力量下分解動作指令，手腦并用完成硬件的拼搭和代碼的編寫；能夠自行與其他團隊交流研討，取長補短。

反復迭代完成作品設計：根據團隊選定的目標挑選制作過程所需的材料（拼搭“交通小助手”的硬件可以在已發的資源包中選取，也可以與其他團隊交換或找老師補給。拼搭的過程中如遇困難可以找他人協助）；利用交通指揮視頻設計自己的作品，在實踐中根據需要反復迭代修改作品，直到作品能夠滿足預期目標；在肯定自身作品的同時能夠悅納他人創意，適時為他人提供力所能及的幫助。

學生在團隊合作中對焦點問題進行抽象、分解、建模，在反復迭代、模擬、驗證解決問題的過程中，優化解決問題的方案，逐步養成利用信息化手段解決問題的意識和能力，在協同完成學習任務過程中形成應用信息科技進行合作的意識。

3.交流評價，在多元評價中反思改進設計

學生的評價不是只在項目后期，而是貫穿于整個活動過程中，評價主體也不單是師生，還包含學生自評、生生互評和第三方評價（如道口交警、UCode平臺）等。

教師支持：評價標準前置（如表3），項目活動之初引導學生理解評價指標，便于學生理解項目活動的目的，并能利用評價標準約束、規范活動過程的表現。利用各種信息化手段協助學生記錄活動過程的關鍵表現，如指導學生利用成長記錄袋記錄自身活動過程，提供課堂展示、UCode平臺、家校聯系等平臺，增加學生的展示機會，盡可能擴大項目活動成果的影響面。

學生活動：在團隊合作中完成作品設計，并能有選擇地吸納他人意見改進自己的作品，在完成作品的過程中反復修改完善項目活動計劃書；在交流展示環節愿意展示自己的作品，敢于向他人展示自身的創意，有意愿吸納他人優秀的經驗，并根據需要改進自身作品。

在人工智能時代，未來社會發展的不確定性要求學生有更多元的發展，有更高的素養，能夠在數字化學習環境中學習，主動采用信息化問題解決的手段解決問題。這就需要采用更多元的評價方式，以實現“教—學—評”的一致性，同時提倡學生采用多樣化的方式呈現學習成果，提升數字化學習與創新的能力。

總之，跨學科項目式學習的學習方式拓寬了學生學習的場域，給予學生更多自主探索的空間，使其有機會通過數字化學習的手段，在真實的情境下探索，尋求問題解決的方案，能夠感受到運用人工智能解決方案相較于傳統解決方案更具優越性，體會到人工智能技術對人類社會的深刻影響，建立對人工智能應用的正確認識。

本文系福建省教育科學“十四五”規劃2021年度立項課題“基于項目式學習的計算思維能力培養研究”（課題編號：FJJKZX21-697）、2021年度福建省中青年教師教育科研項目（基礎教育研究專項）“基于STEAM教育理念的小學機器人校本課程建設研究”（課題編號：JSZJ21060）、廈門市教育科學“十四五”規劃2021年度立項課題“學科融合視角下的小學編程教學實踐研究”（課題編號：21137）的研究成果。