“AI小導游，帶你智游校園”活動中的探究性學習

戴好

〔摘? ? 要〕? 隨著人工智能（AI）技術的快速發展，近年來，在國家相關政策的大力支持下，我國中小學人工智能教育從無到有，正在逐步進入快速發展時期。人工智能技術應用廣泛，本文將以“AI小導游”為例，利用語音模塊、紅外傳感器和視覺傳感器等模塊帶領學生開啟智慧游覽的設計與功能實現，主要以探究性學習方式開展，從而激發學生在人工智能應用方面主動探索、勇于實踐、不斷創新的精神。

〔關鍵詞〕? AI小導游；人工智能課堂；探究性學習

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 12? ? 043-045

一、探究性學習，人工智能技術融入推進

（一）人工智能的研究背景

人工智能（簡稱AI），是計算機科學的一個分支，主要研究讓機器能夠像人一樣會聽、會看、會行動和會思考等。近幾年，我國頒布多項政策推動人工智能的發展，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》的通知，提出在中小學階段設置人工智能相關課程，建設人工智能學科，培養復合型人才。在《教育信息化?2.0?行動計劃》中指出：人工智能技術迅猛發展，將深刻改變人才需求和教育形態。這些政策的出臺和落地，讓中小學信息科技課堂開設了人工智能課程。

（二）探究性學習人工智能技術的研究意義

在2022年版的科學課程標準中，雖然人工智能模塊的學習是設置在第四學段（7～9年級），但在人工智能技術快速發展的現階段，在第三學段（5～6年級），學生已經掌握了算法及編程的基礎后，也可以讓他們嘗試接觸人工智能的相關技能。我校在積極創建人工智能學校的同時，信息教師們也編寫了適用于小學階段的人工智能校本課程，主要讓學生掌握機器人技術和語音識別、視覺識別、機器學習和人機交互等技術。本文的課例中主要應用了人工智能的視覺識別（屬計算機視覺類）和語音識別兩大技術，以“AI小導游”為主題，用探究性學習方式帶領學生開啟智慧游覽的綜合應用。

探究性學習又稱為研究性學習，是指設置真實的、學術研究的情境，讓學生通過合作的形式主動發現、實踐操作并解決問題，從中獲取相關知識，培養學生的探索與創新能力。人工智能技術是信息科技基礎教育的一個重要板塊，也是多學科交叉的課程，涉及科學、數學、語言、邏輯學等眾多領域，知識點較多，內容抽象不易理解。小學生自主學習難度較大，若采用探究性學習，則更能激發學生的學習興趣和合作探究欲望，讓其能又好又快地輕松掌握人工智能技術，并應用于實際生活。

二、探究性學習，人工智能課堂精彩紛呈

隨著人工智能技術的不斷發展，越來越多的學校開始關注人工智能教育。我校正積極申報創新教育基地校，以“人工智能”為主要研究對象，信息教師們也積極投身人工智能校本課程的研究中，主要使用了優創未來套裝開展人工智能社團課程。如何讓復雜、抽象的人工智能課堂變得有趣、精彩呢？我們從創設真實情境、引導合作交流和鼓勵大膽猜想三個方面組織開展探究性學習，喚醒、激發、培養學生的探究欲望、思維和精神，讓探究性學習成就精彩紛呈的人工智能課堂。

（一）創設真實情境，激發學生探究欲望

蘇格拉底說過：教育不是灌輸，而是點燃火焰。在人工智能教學中，創設真實、有趣、合理的情境，可以有效激發學生的學習積極性和主動性，喚醒他們求知、探究的渴望。

在《AI小導游，帶你智游校園》一課的導入環節，教師展示了本校學生“小導游團隊”：“今天有客人老師來我們學校，可是有幾位小導游有事請假了。我們邀請了一位特別的小導游，一起來看看吧！”接著，教師展示本節課的主角——“AI小導游”（搭載人工智能技術的機器人）：“歡迎大家來到我們的校園。我是AI小導游，很高興見到你們（機械手臂打招呼），請跟隨我一起參觀校園吧！”教師還制造突發狀況——AI小導游走錯了：“哎呀，這是哪兒？我迷路了，親愛的同學們，快來幫幫我吧！”

在這個環節中，教師創設了“客人老師參觀校園”的真實情境，先展示學校的“金牌導游團”，因學生要上課等情況需要請假，再邀請出“AI小導游”，順理成章地引出本課主題，再由“AI小導游”發出幫助請求，把學生帶入真實合理的情境中，喚醒了學生的探究欲望。

（二）引導合作交流，發展學生探究思維

蘇霍姆林斯基說：學生學習的一個突出特點，就是他們對學習的對象采取研究的態度。合作探究學習方式，是一群人智慧的結晶，教師積極引導學生合作研究，學生通過溝通交流，取長補短，最終將抽象的問題具體化，將復雜的問題簡單化，培養了學生團隊的協作和主動探究精神。

在新授環節中，教師縱觀整節課，帶著學生分析“AI小導游”的正確路線和行為動作。接著，通過“歡迎客人老師光臨”“帶領客人老師游覽”“講解景點特色”和“歡送客人老師離校”幾個項目層層推進，最終實現帶領客人老師智游校園的目的。

在此項目開展前，教師已經將學生分為三人一組，并要求每組人員進行分工，如搭建人員、編程人員、調試人員等。其中，編程環節較難，學生在機器搭建好后，可以一起研討程序的搭建。以“帶領客人老師游覽”這一項目為例，具體闡述如下。

教師提問：如何讓AI小導游沿著規劃的線路行駛呢？

學生分析：?在“AI小導游”上，?有兩個紅外傳感器，?左邊的是ID2，?右邊的是ID3，?兩個傳感器分別在黑線的兩邊，?在紅外線距離地面1厘米時，??一般紅外線檢測到白色顯示的距離值是?0～1，檢測到黑色顯示的值是4～6。

學生通過合作探究性學習，分析出程序分為四種情況。

當兩個紅外傳感器的值>3時，說明都檢測到黑線，即到達終點，AI小導游停止；

當紅外傳感器ID3<3，即檢測到白色時，說明AI小導游需要左轉；

當紅外傳感器ID2<3，即檢測到白色時，說明AI小導游需要右轉；

當兩個紅外傳感器的值<3時，說明都檢測到白線，即在直行道路上，AI小導游直行。

根據以上分析，編程人員搭建巡線的程序。

在程序燒錄后，調試人員到達場地調試，發現轉速數值較小時，“AI小導游”會調整較慢，但準確度很高；數值較大時，“AI小導游”調整較快，但準確度不高，因此選用了適中的數值60。

在這一環節中，教師引導學生分組并合作探究，明確分工，對于較難的問題分析與實踐，需要三人共同完成。學生間相互幫助，共同學習與探索，有利于培養學生的溝通交流能力、團隊合作意識以及合作探索的能力。

（三）鼓勵大膽實踐，培養學生探究精神

馬克思主義認識論的基本原理強調：實踐是檢驗真理的唯一標準。其實，人工智能的程序編寫與調試是實踐的過程，更是試錯的過程，學生在一遍遍試錯后，最終達到理想的效果，從而使持之以恒的探究精神得到培養。

項目三“講解景點特色”，是本課的重要環節，學生會使用到視覺傳感器和搭載語音識別的主控。如何到達某一景點即可播報呢？學生通過合作交流，考慮到景點圖片內容較為復雜，因此將景點處標上“數字牌”，視覺傳感器將準確地識別到并播報景點介紹。

學生在嘗試過程中發現，若數字牌放在側面的景點處，視覺傳感器無法識別數字，就無法播報景點介紹，若數字字體過小，也很難識別。因此，學生將數字用馬克筆清晰書寫，并豎立在道路上才可識別。我們還需讓“AI小導游”停下來播報景點，可以文字錄入，也可以自己的語音錄入，但因環境嘈雜，學生還是選擇了“文字錄入”。他們在不斷嘗試與實踐中，培養了主動探究精神。

三、探究性學習，人工智能教育助力成長

人工智能教育的開展以探究性學習為主要學習方式，能夠培養學生多種能力和素養，同時，教師也要注意方法和策略，才能更好地助力學生成長。

（一）創設真實生動情境，強化學生探究意識

《義務教育課程方案和課程標準（2022?年版）》中明確指出，要深化教學改革，強化學科實踐，基于真實情境，培養學生綜合運用知識解決問題的能力。本課中，教師創設了“AI小導游”帶領客人老師參觀校園的真實情境，即從“歡迎”到“游覽”再到“歡送”的一系列游覽參觀的過程。如此真實、有趣的情境，激發了學生主動探究的欲望，增強了學生的探究意識。

（二）倡導多元化學習方式，培養學生探究能力

1.自主探究，調動學生學習主動性

探究性學習的第一個特點是自主性，是將學生作為課堂主體開展教學活動。學生以自己的經驗和知識，積極地探索和實踐，通過所學知識解決新問題。在本課中，在第一部分“歡迎客人老師”的環節，播放“歡迎客人老師光臨”的語音，揮動“手臂”向老師們打招呼。這個任務較容易實現，學生能夠通過學過的“控制器播放語音”和“旋轉舵機”實現，自主探究即可解決這一問題。

2.合作探究，培養學生團隊協作能力

新課標強調，探究性學習更關注學習的過程，而不是結果，教師可以通過讓學生實踐實現探究的目的。在本課中，教師讓學生制作“AI小導游”播報介紹語音，學生通過交流合作，討論出需要使用到語音識別和視覺識別模塊。程序中需要使用到“切換到數字識別AI模型”和“控制器播放語音”，再使用邏輯判斷語句搭建程序，實現識別到相應數字即可播報。在合作探究中，學生間互相交流學習，大大提高了學習效率，培養了團結協作能力。

3.數字化合作與探究，發揚創新精神

圍繞學習任務，利用數字化設備解決問題，也是在探究性學習中必不可少的，能夠大大提高學習效率。在本課最后的“歡送”環節，教師設置開放性任務讓學生自己設計，沒有想法的學生可以利用網絡功能開展搜索，拓展了他們的思路和創新精神。

（三）開展實踐探究學習活動，提高學生綜合應用能力

綜合應用能力是指將所學知識和技能綜合運用于實際問題的能力。一般情況下，學生在學習單個知識后能很快掌握，但是在學習多個知識后的綜合應用，更能考驗學生的綜合素養。因此，教師采用了小組合作探究的學習方式，讓學生間能夠取長補短，共同完成一個項目。本節課涉及語音識別、舵機、紅外傳感器和視覺識別等知識點，教師并沒有將這些知識點割裂開來講解，而是將原有知識點靈活應用到實際生活的問題中，調整概括，形成一種能包容新舊知識的更高級的認知結構，鼓勵學生團隊合作，更能激發學生探索綜合應用問題的積極性。

信息科技的革新與發展，讓我們擁抱人工智能。探究性學習，定會讓你的學生愛上這種真實有趣的人工智能課堂！

參考文獻

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