基于设计思维的人工智能单元整体教学模式研究——以“我来设计汽车防儿童窒息系统”单元为例

苏凰文 福建省厦门市湖里第二实验小学

随着《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的颁布，人工智能模块的教学迅速受到高度关注。但是，目前在信息科技课堂开展人工智能教育尚缺乏行之有效的教学模式，课堂容易分化为硬件认识与编程学习，忽视了“人”的培养，不利于促进学生的全面发展。因此，笔者尝试将设计思维的EDIPT模型融入人工智能单元整体教学中，意图寻得有效开展人工智能教育的教学模式。

● 基于设计思维的人工智能单元整体教学意义

核心素养的培养需借助台阶才能实现，设计思维就是台阶之一。设计思维是一种创造性解决问题的方案与思路，强调以人为本，基于真实情境，力求创造性解决真实问题。目前，设计思维经典实施流程广泛采用斯坦福大学设计学院开发的EDIPT模型，它包括共情（empathize）、定义（define）、创想（ideate）、原型化（prototype）、测试（test）五个阶段。[1]笔者对比设计思维与单元整体教学，发现两者在教学价值取向上有颇多相似之处：第一，以人为本。设计思维强调以“用户”为中心，学生自主解决真实问题。而单元整体教学以学生为中心，鼓励“做中学”“用中学”“创中学”，凸显学生的主体性。第二，以主题情境为牵引。单元整体教学注重创设真实情境，而设计思维往往用于解决现实问题，两者都与新课标倡导的真实性学习遥相呼应。第三，开展持续性评价。设计思维的EDIPT模型虽是按顺序展开，但在实际教学活动中是迭代循环，强调在“用户”的持续评价中，不断升级迭代作品，这与单元整体教学倡导的持续性评价有异曲同工之妙。

在单元实施环节，设计思维经典的EDIPT实施流程能为人工智能单元整体教学开展提供有迹可循的教学模式。在真实情境的共情下，教师鼓励学生通过小组合作、头脑风暴等方式进行思维碰撞，借助问卷网等可视化平台使得思维清晰外显。此外，教师提供充足的时间实现设计和作品的迭代优化，提供丰富多样、支持个性化选择的学习资源和支架帮助实现技术零门槛或低门槛[2]，有效促进单元整体教学的开展。因此，融入设计思维的人工智能单元整体教学是整合课程内容、实施深度教学、发展核心素养、落实学科育人目标的有效途径。[3]

● 基于设计思维的人工智能单元整体教学模式设计

基于EDIPT的人工智能单元教学模式如下图所示。

基于EDIPT的人工智能单元教学模式

1.以学为基点的单元设计

单元学习主题的确定有多个依据，可以从学科课程标准、学科教材内容、核心素养、学情等方面入手。以学为基点的单元设计，倡导以学生为中心、以学生的学习为中心、以学生会学习为中心。因此，在确定单元学习主题之前，利用问卷网等数据收集平台，探索、分析、选取学生感兴趣的研究内容，并结合学生的知识储备、课程标准、核心素养培养目标等积极构建学生与真实世界联系的单元学习主题。

此外，在主题情境创设方面，为了提升学生的共情力，应尽量避免通过言语简单描述情境的方式，积极使用数字化工具创设情境视频资源，鼓励学生自编、自导、自演与主题相关的故事情境，力求在撰写脚本、表演、欣赏视频中帮助学生“亲身经历”用户生活，为后续的用户需求定义构建良好的情感积淀。

2.基于EDIPT的单元实施

在单元实施环节，笔者采用EDIPT模型开展人工智能单元整体教学。下面，以《我来设计汽车防儿童窒息系统》单元为例展开阐述（如下页表）。

（1）共情——定制情境，促进共情

课前，教师利用课余时间与学生一起撰写故事脚本、布置故事场景，组织学生角色扮演并拍摄成短视频，学生在撰写脚本及角色扮演中初步体验汽车“密闭”状况下的儿童内心感受，促进学生共情体验。课中，教师通过播放短视频与利用固定句提问，如“从视频中你看到了什么现象？造成这种现象的主要原因是什么？”增强学生共情设计思维强调“以人为本”，对教师言语创设的情境学生常常无法感同身受，导致无法准确把握用户痛点和需求，所创作的作品适配度及实用性不足。因此，本研究提倡将主题情境可视化呈现，并将角色扮演的过程拍摄成视频用于课堂授课。引导学生在撰写脚本、角色扮演中以体验促进共情，增加学生的学习兴趣，为教学单元的实施打下基础。

（2）定义——合作探究，定义条件

在课堂中，学生通过合作探究回溯情境细节，分析造成汽车窒息事故的必要条件，包含司机长时间离开汽车将儿童留在车内，而汽车处于停止状态且空间密闭。教师则在巡视环节引导学生思考什么操作会造成汽车密闭、可以使用哪些传感器检测司机及儿童是否离开汽车等情况。当学生的知识及生活经验储备不足时，教师引导学生借助移动终端自主上网获取相应的信息，提升数字化学习与创新的能力。在定义环节，学生由于缺乏汽车驾驶经验，很难凭借已有的生活经验透彻分析项目，进而精确定义核心问题和造成这类事故的条件。因此，教师组织学生通过回溯情境视频，在探究与合作中确定核心问题和造成事故的条件。当学生遇到困难时，应为学生提供多元支持，通过教师的指导、数字化学习及学生的合作探究，提升学生自主分析问题的能力。

基于设计思维的单元整体设计案例：我来设计汽车防儿童窒息系统

（3）创想——问卷助力，创意迸发

教师搭建基于问卷网平台的项目设计单，以问卷为支架引导学生全面思考问题，在交流合作中学会自我诊断想法的合理性和可行性。学生在经过“共情”“定义”环节后，在问卷的牵引下进行头脑风暴，创想解决问题的多种措施，在合作交流中论证各种措施的可行性和响应顺序。在创想环节中，传统课堂中的学生在构思时容易受到其他小组的言语影响。以问卷网为支撑的创意收集与分享方式，更有利于学生集思广益，遴选出最优的问题解决方案，并将创意可视化。此外，问卷网后台的数据能够帮助教师更加全面地了解学生的学习过程，教师还可利用问卷数据诊断学情，更好地发挥教师的引导作用，助力学生的创想与制作。

（4）原型化——微课支架，原型实现

舵机是本单元的新知识，学生希望使用舵机实现汽车门和天窗的开关。但在实际使用和编程时学生容易陷入困境。因此，教师事先提供以二维码形式呈现的微课支架，鼓励学生自主使用移动终端扫码获取微课资源，掌握舵机的使用方法。在原型化环节，学生需要将创想环节提出的解决方案原型化，制作出简单的模型作品。但在将设计思路、模型及程序一体化时，学生常常会遇到超出能力范围的挑战。此时，教师应引入多元数字资源，营造易于学生自主学习与创造的学习场景，帮助学生摆脱依赖，自主解决问题。学生则在运用数字化工具学习过程中，主动构建知识体系，提升自我规划、自我管理、自我评价和问题解决的能力。

（5）测试——多元评价，迭代升级

在课堂中，教师通过作品展示环节模拟“用户”测试。有的学生质疑仅有自动拨打电话功能存在漏洞，万一出现司机手机没电的情况就会造成悲剧。此时，教师不急于评价，而是引导学生广泛交流。有的学生提出，为了安全可以增加多种预防措施，如可以增加自动开启车内空气外循环系统及空调功能，让新鲜空气进入车内；有的学生则提出可以增加自动破窗功能。最后，教师组织学生对多种措施的先后顺序及科学性、可行性进行批判质疑，学生在交流中逐步了解解决问题过程中应遵守的道德规范和科技伦理，形成正确的世界观、人生观、价值观。在作品测试环节，受到课堂条件的约束，教师将学生设定为“用户”进行评价反馈。此时，创作者将设计思路及创意物化作品进行分享。教师与其他学生作为“用户”，就问题是否得到解决以及项目设计思路与实物作品的一致性、可行性、科学性进行评价反馈。在这个过程中，教师创造开放、民主的学习空间，鼓励学生自由辩论，在与“用户”的交流和评价中，学生不断深化批判思维，获取有价值的反馈意见，促进作品迭代升级。

3.基于家校社联动的单元评价

课后，教师将学生的设计思路及作品展示环节，拍摄成视频并以美篇形式分享给家长，鼓励学生带着项目设计理念，同拥有驾驶经验的家长或汽车相关领域的专家分享，引导家长与学生用设计的眼光重新认识这些事物。此时，家长作为“用户”，带领学生走进真实汽车，探索产品的价值与实用性、创新性等，给予学生真实的用户反馈，提出可行性建议。美篇的应用，架起了家校社联动的桥梁，为学生的成长提供助力。

2021年7月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》，意见提出：“进一步明晰家校育人责任，密切家校沟通，创新协同方式，推进协同育人共同体建设。”意见精神希望能增强学生体验，扩展学生视野，促进其成长为德智体美劳全面发展的人。在经历了课堂测试环节后，本研究倡导教师根据主题组织基于家校社联动的单元评价，延伸测试的时间和空间，营造更加专业、真实的“用户”评价环节，促进作品再次迭代。

● 结束语

基于设计思维的人工智能单元整体教学，充分发挥了两种教学理念的特点和优势，使得学生更加关注社会、关注生活、关注“用户”，使得教师从关注“教学目标”转变为关注“学习目标”，使得学习活动更加真实有效，使得课堂从“学科教学”转向“课程育人”，从而更好地落实立德树人的根本任务，培养高速发展的信息科技时代所需的时代新人。但人工智能教学进入信息科技课堂的时间还不长，教学模式还需要继续探索与创新，需要教师对设计思维和单元整体教学有更深入的理解和认识，并能依据学校的实际教学环境和学生的情况进行创新与实践，从而促进人工智能教育的有效推进。