基于DBL的小學人工智能課程教學實施

喬婧怡 李錦濤

【摘 要】本文聚焦小學信息科技課程中的人工智能版塊，旨在探究基于DBL的人工智能課程的教學實施，為小學人工智能課程教學提供新的教學模式。

【關鍵詞】基于設計的學習；人工智能課程；課程實踐

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）01-049-02

引? 言

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》強調以數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能為課程邏輯主線，按照義務教育階段學生的認知發展規律，統籌安排各學段學習內容，著力培養學生信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四方面核心素養[1]。基于設計的學習（Design-Based Learning）根植于建構主義，以探究與推理過程為基礎，旨在設計創新與問題解決，其主要包含四個階段：問題理解、信息收集、方案生成與實踐評估。近年來，基于設計的學習被廣泛應用于K-12階段的課程教學當中，其被證實對學生的問題解決能力、批判思維、創造力、協作思維均具有顯著提升作用[2]。為此，本文聚焦小學信息科技中人工智能版塊，選用華東師范大學出版社《AI上智慧生活》教材開展教學實踐，旨在探究基于DBL的人工智能課程教學設計方法及其實施效果。

教學分析

1.教學內容分析

智能晾衣架是“AI上智慧生活”主題活動其中的教學內容，課程通過創設真實問題情境，引導學生利用智能套件搭建智能晾衣架，并運用程序模塊賦予其自動伸縮功能，旨在引領學生探究傳感器的作用與原理，思考條件語句及“與”運算的使用方法，進而提升其算法思維與實踐能力。課程包含三個課時：第一節“厘清任務 設計方案”引導學生將大問題分解為可操作的小問題，結合以往知識設計詳細任務單，發展抽象問題的能力；第二節“程序轉化 自主實踐”引導學生將任務中的描述性語言轉化為程序語言，探究程序中同時滿足兩個條件的方法，提升學生算法思維；第三節“迭代完善 展示分享”引導學生通過小組間的分享活動，聆聽他人設計方案與實踐經驗，迭代完善本組作品，加強協作能力與批判思維。

2.學情分析

本課教學對象為四年級的學生，此前已有創意搭建及程序設計學習基礎，部分學生囿于其實踐能力與知識水平的限制，無法完成綜合性較強的任務，因此在教學設計時，需充分發揮小組合作學習的作用，鼓勵學生以團隊協作形式開展活動。

3.教學目標分析

基于以上分析，本課程將教學目標設置如下：①通過自主探究與搭建活動，了解濕度傳感器的作用及用法；②能夠將描述性語言轉化為程序語言并會閱讀程序；③合作編寫程序，了解條件語句及“與”運算的使用方法；④提升學生實踐能力，發展其計算思維，使其認識到科學技術對社會生活發展的重要意義與價值。其中，教學重點是了解濕度傳感器的作用及用法，能用條件語句以及“與”邏輯完成程序設計，教學難點是“與”運算的作用及用法。

教學設計與實施

智能晾衣架主題項目學習以李幸博士開發的基于設計的STEM+C框架為理論依據，制定教學設計方案（圖1），開展教學實踐活動。

1.創設真實問題情境

新課標倡導真實性學習，引導學生經歷計算思維過程，提升問題解決能力。本課以視頻導入的形式，教師將真實生活化情景呈現給學生，引導其發現使用普通晾衣架時遇到的問題，組織學生探討解決問題的良策，從而揭示主題——智能晾衣架。教師鼓勵學生結合舊知，將“如何使晾衣架智能化”進一步分解為可執行、可操作的小問題。

2.收集信息，細化任務

本階段為學生準備了課程資源包，包含工程搭建類知識、傳感器功能介紹、程序模塊用法等，主要以文字、視頻等多媒體形式呈現。學生在學習完相應內容后，篩選信息，生成與第一環節問題相應的任務清單，如讓晾衣架能夠感知晴雨天、能夠靈活伸縮等，并在此過程中完成對新知的內化。

3.頭腦風暴，設計方案

學生根據第二環節任務清單，以小組協作的方式制定詳細實施方案，如人員分工、所需材料、實施步驟等內容，初步搭建晾衣架，通過組內交流反饋，不斷優化晾衣架結構使其達到靈活伸縮的效果。

4.算法編程，構建原型

根據智能晾衣架主要功能，即如是雨天晾衣架縮進，如是晴天晾衣架伸出，鼓勵學生將描述性語言轉化為程序語言，使用“如果...那么...否則...”語句、亮度傳感器獲得的亮度值、濕度傳感器獲得的濕度值、執行動作模塊完成程序結構設計，思考滿足兩個條件的程序設計方法，強調“與”邏輯符的使用。

5.迭代完善，改良作品

通過模擬不同天氣，學生測試程序能否實現智能晾衣架的基本功能，記錄成功或失敗時的參數設置，各小組分析數據并找到最佳設計方案。

6.評價反饋，分享展示

本階段以小組展示活動形式開展班級分享活動，交流小組成功經驗或解決問題的方法。在分享過程中，學生取他人之長，補自身之短，完善作品的同時進一步提升其協作能力。

教學效果測評

本研究采用張屹教授設計的“我國小學生計算思維量表”實施問卷調查，采用單組前后測的方式衡量教學效果。該量表從問題解決能力、批判性思維、創造力、算法思維以及協作能力五個維度，全面檢測學生的計算思維水平，問卷采用李克特五級量表設計。調查結果顯示，學生學習本課程后，在問題解決能力、批判性思維、創造力、算法思維以及協作能力方面都發生了變化，五維度能力上的后測均值均高于前測均值。其中，創造力、問題解決能力和算法思維三維度上，顯著性（雙尾）值分別為 0.025、0.028 和 0.037，均小于 0.05，表明三維度能力顯著高于學習前能力水平。

總? 結

本研究以基于設計的學習模式為理論框架，開展小學人工智能課程教學設計，創設真實生活情境，讓學生在解決問題的過程中完成對新知的意義建構，體會人工智能技術為社會發展帶來的價值與意義。采用問卷調查法評估課程教學效果，對后期K-12階段人工智能的設計與實施具有一定的參考價值。但研究還存在著一些不足，如研究樣本較少、課程實踐周期較短及自陳量表具有一定局限性等，后期將開展進一步深入研究。

參考文獻

中華人民共和國教育部. 義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S]. 北京：北京師范大學出版社，2022.

李幸，張屹，黃靜，等. 基于設計的STEM+C教學對小學生計算思維的影響研究[J]. 中國電化教育，2019（11）： 104-112.