項目式學習在人工智能課堂教學中的實踐應用

0 引言

人工智能作為引領新一輪科技革命和產業變革的戰略性技術，深刻改變著人類生產生活方式，加快發展新一代人工智能是事關我國能否抓住新一輪科技革命和產業變革機遇的戰略問題。人工智能教育圍繞人工智能構建課程體系，人工智能課堂的內容目標革新與教學方法場景進化正驅動人工智能教育從知識傳授邁向能力建構。人工智能教育進課堂是中學課程改革的發展趨勢。人工智能課程作為一門新興課程，目前還沒有統一的課堂教學方式，各地學校仍在積極探索中。近年來，筆者所在的九年制學校在常態化開設的普及課中嘗試探索項目式學習在人工智能課堂教學中的實踐應用，以提升學生的綜合素養，積極推動人工智能教育發展。

1人工智能教育與人工智能課堂

2017年，國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》指出，完善人工智能教育體系，鼓勵高校在原有基礎上拓寬人工智能專業教育內容，實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程[1]。2024年，《教育部辦公廳關于印發加強中小學人工智能教育的通知》提出，探索中小學人工智能教育的實施途徑，加強中小學人工智能教育[2]。2025年，教育部基礎教育教學指導委員會發布的《中小學人工智能通識教育指南（2025年版）》指出，初中階段強化技術原理認知與基礎應用，通過項目式學習等方式完成簡單數據整理和分析等任務，通過智能體搭建開發完成場景化應用實踐[3]。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》規定第四學段 （7～9 年級）“人工智能與智慧社會”模塊包括“人工智能的基本概念和常見應用”“人工智能的實現方式”“智慧社會下人工智能倫理、安全與發展”三部分內容[4]。人工智能教育需通過課堂實現知識落地，以人工智能技術重塑課堂形態。

2人工智能課堂面臨的問題

2.1人工智能教師跨學科融合意識和技能有待提升

人工智能課堂教學處于探索階段，傳統授課方式側重知識傳授，缺乏與真實問題的聯系，難以平衡知識目標與素養培養。課堂缺乏學科融合深度。信息科技教師往往以搭建與編程技術為主開展教學，或者讓學生借助教師提供的微課視頻進行模仿操作，缺乏對學生思考與解決問題過程的引導。作為信息科技學科的人工智能課程教師，一方面要提升自身的跨學科專業素養、學習力、勝任力，了解人工智能課程體系和深度學習理論，圍繞學生核心素養的培養，分析他們已掌握知識的水平，研究其最近發展區。另一方面要具有創新意識，熟練掌握和運用智慧教學終端和人工智能學習伴侶[5]，更好地促進學生核心素養的發展。

2.2人工智能課堂教學與人工智能教育不適配

目前的人工智能課堂教學未能與人工智能教育適配，更無法進行項目迭代。項目式教學內容既要基于人工智能教材，又要參考不同版本的相關教材，聯系生活實際自上而下統整技術知識，將項目式學習有效應用于人工智能課堂的教學實踐。此外，目前相關研究多孤立討論項目式學習或人工智能教學，缺乏對“技術一教育學”雙向對話的研究。

2.3人工智能課堂教學時間安排不合理

按照省標規定，信息科技課程平均一周只有一節課。學生在人工智能課堂內僅停留在拼塔和編程階段，不能完成深度思考與創作。每節課教學時間過短，容易打擊學習較慢學生的自信心。同時，課程安排不合理，連堂課間隔時間較長，導致學生容易遺忘課堂內容，學習效率打折，不能經歷一個比較全面、完整的項目式學習過程。

2.4人工智能課堂教學評價體系滯后

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》強調，要加強過程性評價，完善終結性評價。但目前人工智能課堂教學評價體系滯后，方式較為單一，側重成果展示，沒有關注學生在學習過程中的成長和進步。教師應借助項目式學習，以學生為中心，用真實情境和案例組織課堂教學，引導學生動手設計、調試與優化，并構建自我評價、小組互評、教師評價等多維度評價反饋機制。

3以項目式學習促進人工智能課堂教學

項目式學習對培養中學生在人工智能領域的核心競爭力至關重要。項目式學習在STEM教育中的應用已有廣泛研究。國內學者夏雪梅[提出，項目式學習需結合真實情境，以提升學生的核心素養；高宇[提出，跨學科整合是項目式學習的核心，但目前中學實證場域脫嵌。2019年6月，中共中央、國務院印發的《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》指出，探索基于學科的課程綜合化教學，開展研究型、項目化、合作式學習[8]。構建項目式學習社會真實性場域，錨定學生認知主體地位，以學生為中心去創造性地解決實際生活中的問題[9]。人工智能課堂教學需要幫助學生置身實際情境中理解與體驗人工智能問題，并創造性解決問題。項目式學習通過確定項目主題、設計項目方案、拆解項目問題、設計項目任務、探究小組項目、反饋項目評價六步課堂教學過程，促進學生計算思維、實踐能力等核心素養的發展。學生全程參與項目，提高了應對實際問題的能力與思維。

4項自式學習在人工智能課堂中的教學實踐

針對上述問題，本研究以搬運裝置項目為載體，通過六步項目式學習教學重構課堂評價體系，探索核心素養導向的實踐路徑。

4.1課堂項目與任務設計

初中人工智能課堂教學的實踐應用側重課堂的理解與體驗，在項目活動中促進學生核心素養的發展。采用華東師范大學出版社《AI超級工程師》主題十一的搬運裝置案例開展項目式學習。項目式學習在人工智能課堂教學中的實踐應用框架如圖1所示。

本次課的教學目標是要求學生學習搬運裝置剪叉式升降結構的知識，完成搬運裝置模型的搭建；編寫搬運程序并完成拓展任務。讓學生通過制作搬運裝置，提高創新思維。借助人工智能教室的高層柜子，教師現場操作套件用于搬運裝置，學生在現實情境中尋找問題，確定項目式學習主題。教師確定搬運裝置主題項目，讓學生完成實際任務，設計項目作品。

4.2項目式學習的具體實施

在項目備課階段，教師對學生已掌握的知識、硬件設備、軟件、套件進行調研。通過問卷數據分析發現，大部分學生具有一定的編程基礎能力和團隊協作能力，對于編程能力相對薄弱的學生可以設置分層項目任務；運用平板Explore軟件進行項目編程內容實踐。

根據學情分析，在真實生活環境中用AI智慧教育平臺搜集項目資料，結合搬運裝置課堂知識點，將課堂內容按項目式學習執行；結合信息科技課程核心素養要求開展項目式學習，提升學生解決復雜問題的能力。搬運裝置主題項目六步教學活動剖析如下。

4.2.1 確定項目主題

【基本環節】情境導入與問題定義

【教師活動】1）模擬真實情境：假如你是書店的圖書管理員，現在面臨著重復上架下架的管理痛點。2）提出問題：如何設計搬運裝置實現智能運輸？如何將貨品放到貨架最高層？3）介紹剪式升降結構、巡線技術與舵機控制原理。

【學生活動】1）任務：設計剪式升降平臺架構和工作機理，集成控制程序完成搬運。2）基于對搬運裝置項目的觀察，發散思維、分組探究真實情境中的需求，繪制搬運功能思維導圖。

【核心素養】信息意識（感知技術與社會需求的關聯）

4.2.2 設計項目方案

【基本環節】方案規劃與任務分解

【教師活動】1）提出問題：如何控制舵機實現平穩升降，編寫巡線程序？2）提供搭建手冊、代碼示例。3）對學生進行分組，引導他們構思人工智能真實課堂場景具體應用與實際解決方案，形成電子或紙質版編程創意構思草圖，并動手設計、調試與優化。

【學生活動】1）分解任務。結構組：搭建剪叉式升降平臺；編程組：編寫舵機控制函數。2）制定甘特圖。

【核心素養】計算思維（系統性分解問題）

4.2.3 拆解項目問題

【基本環節】技術難點突破

【教師活動】1）給學生演示調試舵機角度（-118^°～118^° ），分析剪叉結構力學原理。2）提出問題：如何優化結構承重？

【學生活動】1）仿真驗證關節式、螺桿式、剪式升降機三種結構的穩定性。2）記錄調試日志，優化代碼邏輯。

【核心素養】數字化學習與創新（工具輔助問題解決）

4.2.4設計項目任務

【基本環節】任務實施與協作

【教師活動】1）課前運用AI智慧教育平臺的集控軟件下發分層學習任務單與微課，學生根據前期調查與學習交流，分工分層拼搭符合工程學的搬運裝置。2）分層指導。基礎組：組裝硬件、調試基礎代碼；進階組：引入算法優化巡線精度。3）解釋項目制作，任務驅動，分工合作。

【學生活動】1）結構組：安裝舵機，測試升降功能。任務一：編寫升降功能函數，舵機角度參數自行調節。任務二：編寫自動升降功能函數。2）編程組：編寫巡線函數。任務三：將AGV小車巡線與搬運功能相結合，編寫程序讓AGV小車沿黑線行駛，并在十字路口進行升降。3）聯調軟硬件，解決兼容性問題。

【核心素養】數字化學習與創新（實踐迭代能力）

4.2.5 探究小組項目

【基本環節】原型制作與測試

【教師活動】1）布置模擬倉庫測試，含黑線、障礙物場景。2）觀察調試過程，記錄創新點。3）教師關注學生項目作品創意提升與合作自主探究能力，對制作創新模型、作品解說等進行分項評價。4）開展人工智能課程項目式網絡學習與問卷測評。

【學生活動】1）完成搬運測試。基礎任務：直線搬運貨物；挑戰任務：路徑避障分揀。2）記錄耗時和精度數據。

【核心素養】數字化學習與創新（實踐迭代能力）

4.2.6 反饋項目評價

【基本環節】成果展示與優化

【教師活動】1）組織答辯會，邀請行業專家點評。2）引導反思：如何降低能耗？是否考慮使用環保材料？3）教師評價：從器材管理、拼搭高手、編程高手、拓展創新等方面，通過作品的創意、設計、合作、展示和分享幫助學生內化知識，組織引導學生分享創作感受，達成課堂教學目標。

【學生活動】1）展示搬運過程視頻，匯報技術方案。2）提交優化報告。3）使用量規表互評與自評。

【核心素養】信息社會責任（技術倫理反思）

5項目式學習在人工智能課堂教學中的實踐策略

5.1構建“工程一物理一數學”三維融合項目

項目式學習依托信息科技與STEM學科融合框架，整合工程結構力學建模、物理運動學分析、數學坐標系變換三大核心模塊。在剪叉式升降機設計中，通過力學平衡方程解析杠桿節點受力分布；在巡線路徑規劃環節，構建笛卡爾坐標模型，推導轉角一轉速微分關系式；在工程測試階段，采用模塊化設計策略，對比不同結構的承重極限。具體實施包含：1）物理建模層：基于靜力學原理標注剪式機構關鍵節點的矢量合成方向；2）數學計算層：

運用仿射變換算法求解多坐標系下的最優運動軌跡；3）工程驗證層：開發模塊化可重構載具平臺，進行三次元承重測試。最終成果通過核心素養發展矩陣呈現，形成包含理論路徑偏差分析、動態避障響應時延、物流效率提升系數等參數的跨學科評估報告，并在智慧社區場景中完成三輪實證迭代。

5.2設置“青銅一白銀一黃金”三階挑戰任務鏈

針對動態環境搬運裝置協同系統任務，分層設計任務目標和等級，如表1所示。創建迭代日志，要求學生用日志本記錄每次代碼修改、舵機程序優化過程。收集學生遇到的常見故障和反思的升降不同步等典型問題，形成搬運裝置調試寶典。同時，進一步拓展延伸，模擬真實的菜鳥物流配送場景，引導學生優化搬運裝置路徑，避開突發障礙。

5.3基于AI智慧教育平臺的多維動態評價體系

教師借助AI智慧教育平臺的集控功能實施分層教學。課前，基于平臺學情智能分析，推送剪叉機構動力學、升降原理動畫微課等供學生預習。課中，運用虛擬仿真軟件進行搬運測試與硬件調試實踐。課后，學生提交仿真報告，平臺自動測評算法效能；課程間隙，設置舵機調參闖關任務，讓學生利用碎片時間學習。依托AI智慧教育平臺構建多維動態評價體系，指標含巡線精度 （?90% 為優秀）、算法復雜度（達標0（n））、結構承重（ ?5kg 為合格），評價維度包括：1）自我評價，包含知識深度和搭建創意；2）小組互評，包含協作態度和技術應用；3）教師評價，包含算法優化和作品展示。同時，學生利用平臺代碼工具自動檢測算法效率與邏輯問題，討論區會記錄學生的創意貢獻，形成個性化AI工程師成長報告，構建以學生為中心的數據驅動評價閉環，促進學生計算思維內化。

5.4重塑項目式學習中的師生角色

依據技術教育學理論，建立AI賦能教育的雙向協同進化模型：1）在角色重塑層面，推動教師由知識權威轉向算法協同設計者，教師的信息科技素養與項目效果顯著正相關；2）在課程再造層面，構建涵蓋技術、認知、社會、共同體的四重生態體系；3）在實踐范式層面，研發項目學習支架工具包，整合遺傳算法提升項目效率、推演學習路徑、識別交互模式，最終產出內含教學策略轉換矩陣和生態演化動力學方程的系統分析報告。

6 結束語

基于信息科技核心素養的四個維度，設計課堂問卷并對學生的學習效果進行測試。前測和后測數據的對比分析顯示，學生核心素養顯著提升。在人工智能課題項目式學習的教學過程中，教師應圍繞信息科技核心素養展開教學，依托真實問題情境，融合跨學科實踐與素養培養，提高學生解決復雜問題的能力。在此過程中，既需要超越單純的理論學習或搭建操作，又需要模擬實際物流環境，指導學生完整經歷設計、調試與優化的實踐鏈，使他們能夠設計定制化搬運方案，達成深度學習目標。通過項目式迭代升級和多維評價體系構建，促進學生創新思維與核心素養協同發展。

7參考文獻

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[3]學生做作業直接復制AI生成內容？教育部：明確禁止！[EB/OL].（2025-05-13）[2025-05-20].https：//m.gmw.cn/2025-05/13/content_1304035715.htm.

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[9]李琴.基于項目化學習的初中綜合實踐活動的設計與實施［J].上海教育，2024（增刊1）：97.