指向幼兒數字經驗培養的算法思維游戲： AI魔法小紅帽

我們一直在關注最前沿的人工智能應用工具，思考如何應用學齡前兒童和AI共同的特征“學習與成長”賦能幼兒思維成長。我們發現通過算法思維游戲的形式，幼兒能在無計算機教學中理解算法原理，獲得基礎的數字經驗，進而促進他們數字素養核心能力的形成。本文以經典故事《小紅帽》為載體，以算法思維游戲的形式，應用AI前沿工具，設計了一條涵蓋多個環節的項目式學習路徑，旨在探索幼兒通過數字技術進行游戲、參與、社交和學習的有效方式，豐富幼兒的數字經驗；通過游戲觀察和記錄分析幼兒在數字環境中知識、技能和態度的養成路徑，以期為后續開展幼兒數字素養培養提供有力的實踐依據和參考。

一、游戲興趣源起

去年10月初一次晨間戶外活動時，楠楠將絲巾包裹在星星的頭上，然后用手勢一邊比畫一邊說：“請眨眼，請左轉，請微笑，您的人臉比對成功，請通過?！彪S后，幾名幼兒自發排起了隊伍，依次通過楠楠的人臉識別閘口，期間還興奮地談論在哪些場所遇到過人臉識別、當時發生了什么事情。之后的閱讀時間，星星和宇宇在一起閱讀《小紅帽》。宇宇說：“小紅帽這么傻，為什么不用人臉識別功能看一看是奶奶還是大灰狼?！毙切钦f：“小紅帽還可以用聲音識別聽一聽是不是奶奶的聲音。”不久，又陸續有其他幼兒加入了討論。后來，教師也適時加入了幼兒的討論，開啟了基于AI技術應用的項目式學習旅程。

二、游戲設計觀察

（一）精讀繪本，梳理AI場景

幼兒在討論過程中，分別表達了可以應用人臉識別、聲音識別、路線規劃等AI功能幫助小紅帽識別大灰狼，從而避開危險。

（二）改編繪本，匹配AI功能

在教師的提示和幫助下，幼兒梳理了故事《小紅帽》中的多個場景，改編成了“AI魔法小紅帽”，并請機器人老師匹配了相關AI功能，詳見表1。

通過精心設計的場景對應表，我們將傳統故事與現代AI技術進行了巧妙結合，激發了幼兒的創新思維和學習興趣。

三、游戲實踐觀察

（一）任務分工—— 分配角色

游戲設計確定了5個游戲角色，每個角色都有其特定的任務和職責，通過角色扮演，幼兒能更好地理解和應用AI技術。

主角1（小紅帽）：參加所有場景的游戲，使用人臉識別、語音識別AI技術甄別大灰狼和奶奶；和媽媽一起規劃路線，挑戰大灰狼。

主角2（大灰狼）：參加場景三、四、五、六、七，偽裝聲音、喬裝奶奶，和小紅帽開展追逃路線圖設計和技術實現。

配角1（媽媽）：參加場景一，和小紅帽一起刷人臉并討論和記錄結果；參加場景二，和小紅帽一起討論和規劃從小紅帽家到奶奶家的線路。

配角2（奶奶）：參加場景一，送小紅帽；參與場景五、六，進行人臉和聲音的識別。

配角3（樵夫）：參加場景七，營救小紅帽，完成報警裝置的技術實現。

（二）實踐驗證 —— 技術實現

1.人臉和聲音識別

利用樂高積木中的AI模塊，幼兒通過以下步驟完成了人臉和聲音識別的技術實現。一是數據采集：使用現成繪本里的角色圖片，或者通過AI繪畫模型生成圖片，采集小紅帽、奶奶、大灰狼和媽媽的人臉數據。二是模型訓練：通過簡單的機器學習模型，將采集到的圖片和聲音數據輸入AI模塊中，訓練模型識別不同角色。三是實操驗證：幼兒通過模仿聲音和展示圖片，測試模型的準確性，并調整數據集以提高識別率。

2.巡線任務

該任務是本項目的重要組成部分，在完成基礎的角色識別后，我們需要幫助小紅帽規劃一條安全且高效的路線。地圖設計是實現巡線任務的關鍵環節，它不僅要符合故事情節的需要，還要滿足機器人運行的技術要求。設計過程要充分體現“玩中學”的教育理念，既保持游戲的趣味性，又實現算法思維的培養目標。通過實踐和優化，幼兒能夠逐步建立起對空間、路徑和算法的基本認知。

（1）地圖設計

流程一：確定基礎框架

一是定關鍵點：使用特制的指令卡片在地圖上標記起點（小紅帽家）和終點（姥姥家）。二是建立坐標系：用黑色記號筆將空白區域劃分為等距的田字格，這樣的網格化設計有助于精確定位每個場景節點的位置，便于后續編程時計算移動距離和轉向角度，培養幼兒的空間思維能力。

流程二：設計關鍵節點

一是障礙物區域：標記大灰狼可能出沒的危險區域，設置需要繞行的自然障礙（如大樹、石頭），在危險區域周圍預留足夠的安全距離。二是特殊地點：采摘野花和野果子的休息站，設置補給點和安全屋，預留與其他角色互動的空間。

流程三：路徑規劃

設計多條可選路徑以應對不同情況，在關鍵位置設置決策點，標注路徑優先級。

流程四：場景美化

一是視覺元素：用彩色筆添加森林、花草等景觀元素，設計醒目的路標和提示符號，注意保持路徑線條的清晰度。二是互動區域：設置故事情節相關的互動點，添加適合年齡的趣味性元素，融入STEAM教育元素。

（2）技術要求與注意事項

一是巡線機器人適配：要確保路線寬度符合機器人傳感器的識別范圍，路線轉角需要考慮機器人的轉向特性，在關鍵節點預留足夠的識別和反應空間。二是傳感器布置：需要分別使用光電傳感器（用于識別路徑和障礙物）、距離傳感器（檢測與障礙物的距離）、顏色傳感器（識別不同區域標記）。三是算法思維培養要點：包括邏輯思維（通過路徑規劃培養“If-Then”條件判斷能力）、優化思維（引導幼兒思考如何選擇最優路徑）、分步思維（將復雜路徑分解為簡單路段）、抽象思維（使用符號系統表達路徑信息）。四是教學引導策略：根據故事情節規劃線路，使用工具表編輯腳本后進行圖形化編程，通過巡線機器人開展追逃游戲，驗證地圖的路線是否安全。

3. 編程實現

一是使用圖形化編程工具：設計基礎運動指令，實現執行、轉向、避障功能。二是實際運行：調試傳感器參數，優化運行速度，完善錯誤處理機制。

4.報警裝置

利用樂高積木連接各類傳感器實現定距跟隨、顏色、聲音識別，營救小紅帽。任務情景實現路徑如下：

（1）啟動任務：小紅帽聲呼救觸發機器人任務啟動（聲音傳感器檢測）。

（2）路徑跟隨：機器人沿指定路線行進，檢測顏色標記（顏色傳感器）；紅色標記：定位目標，停止前進并啟動報警器提示；藍色點：安全標志，停止報警并執行“營救任務”。

（3）定距跟隨任務：機器人完成任務后，在小紅帽附近保持定距跟隨。

（4）返回起點：機器人識別綠色標識（回歸路線），返回任務起點。

（5）任務總結：機器人完成救援任務開啟勝利信號（播放預設音樂或亮燈）。

（三）討論優化—— 成果合成

以上游戲以項目式學習的方式開展，歷時兩個月。期間遇到了角色交換、AI模塊更新、新的小伙伴加入等挑戰，兩個游戲小組分別承擔了AI技術實現和角色形象設計的任務，經過3輪預演排練，合成了1.0版本的有聲電子書《AI小紅帽》。

（四）分組交流—— 成果展示

其他班級的教師和幼兒觀看了項目組的展示后紛紛要求加入“AI小紅帽”的游戲，至此游戲從一個班級延伸到了整個年級。到了今年3月，項目組已經應用AI工具，將游戲成果迭代到了2.0版本動畫版的AI游戲教學視頻“AI小紅帽”，并研發了相應的學習資源和操作材料包。

四、游戲經驗總結

經過兩輪游戲的實踐觀察，可以得到以下經驗：

在游戲中引入算法思維，讓幼兒參與游戲的設計、推進，在實踐中感悟和理解算法原理，能引導幼兒自主選擇多元學習模式，支持幼兒在無計算機教學中發展計算思維。幼兒在設計游戲過程中能鏈接日常生活場景，設計多樣化的主題；在游戲的推進過程中能大膽假設，演化迭代游戲場景；在游戲復盤時能自主進行認知加工，鏈接之前的游戲經驗，優化算法模型。

在路徑規劃游戲過程中，幼兒能通過抽象符號“↑”，完成對“→、←、↑、↓”四個方向的直行指令信息的高階加工，是值得推廣的新知加工模式。這個意外的觀察，說明大班幼兒已經能使用抽象符號表示方向，既簡化了記錄的煩瑣，也展示了認知加工能力的提升，這是高階思維的品質表現。

在游戲中應用最前沿的AI繪畫模型工具有利于發展幼兒的想象力，豐富面向未來的數字經驗。下一步可以跟幼兒共同探討優化游戲記錄量表，進一步從兒童視角出發，可視化呈現幼兒的思維過程，還原游戲過程，觀察幼兒自主選擇學習模式和自我修正的過程，從而真正賦能幼兒的學習與成長。

基于AI模型與幼兒共同的學習與成長特征，如何應用AI最前沿的技術，提取幼兒游戲中有意義的經驗，搭建屬于幼兒自己的思維結構，賦能思維成長，我們邁出了第一步。隨著人工智能技術的發展，我們將應用AI智能進一步拓展學齡前兒童數字素養教學和策略支持的外延。

*本文系“基于AI的學齡前兒童‘學習與成長’核心經驗模式實踐與創新”（課題編號：2024ETC111）的階段性研究成果。