跨学科项目式学习视域下的小学人工智能教学实践

周晓园

摘要：作者以uKit AI“交警小助手”為例，探讨了在小学信息科技课堂上以跨学科项目式学习推动人工智能教学的可行之法，以期能够让学生感受数字化学习的乐趣，在活动中提升素养。

关键词：跨学科项目式学习；人工智能；信息科技

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）09-0052-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“标准”）明确提出提升学生数字素养与技能。面向数字素养与技能的信息科技教育，相较于以往的信息技术教育更注重引导学生在数字化环境中理解人、信息科技、社会三者之间的关系，合理使用信息科技解决问题，担负起相应的社会责任，实现从“数字原生代”向“数字公民”的转变。“标准”中倡导以跨学科项目式学习的方式开展教育教学活动，以落实核心素养的培育。那么，结合我国人工智能技术和产业的发展，如何在小学信息科技课堂上以跨学科项目式学习活动推动小学人工智能教学呢？下面，笔者以uKit AI“交警小助手”为例，探讨在小学信息科技课堂上以跨学科项目式学习推动人工智能教学的可行之法。

项目背景

在上下学时间段，校门外十字路口区域车流量大且交通拥堵情况严重，给上下学的学生带来了极大的不便和安全隐患。针对此问题，笔者指导学生开展了以交通安全为主题的跨学科项目式学习，以期在探寻问题解决之法的过程中，提高解决问题的能力，促进核心素养的提升。学生经历了阶段性的实地调查、数据统计后认为，除在校内外加大交通安全宣传教育外，可以增加一个“交警小助手”缓解道口交警的指挥压力，进而提出利用uKit AI设计一款模拟交警指挥交通的“交警小助手”模型。

项目实施

跨学科项目式学习是一种包含（多学科）知识、行动、态度的实践性活动，本项目从教师支持和学生活动两个部分展开论述。

1.观察生活，基于真实需求制订合理目标

教师引导学生针对每日上下学道口的拥堵问题开展主题为“安全记心中 平安校园行”的跨学科项目式学习。在项目前期，学生经历利用统计学知识进行数据统计及数据分析、有目的地了解《中华人民共和国道路交通安全法》、通过修图软件设计艺术宣传板报等活动，对道口交通问题有了较为全面的认识，认为除加强安全宣传以外，还需为道口交警配备“小助手”以缓解指挥压力。

教师支持：基于学生真实生活场域的情境创设——驱动问题：针对项目活动过程中发现的道口交警指挥压力大的问题，你能利用信息化的手段帮助缓解道口的指挥压力吗？图片或视频呈现道口交通情况及道口俯视图。提供项目活动计划书（如表1）：小学中年级学生对跨学科项目式学习活动的理解尚处于入门阶段，所以提供的计划书较简单，主要用于协助学生梳理活动过程中可能遇到的问题，并引导学生对主要问题进一步分解。

学生活动：根据项目需求自由组队，每队人数不超过4人；根据项目活动计划书，完成初始化设计猜想。

传统的信息科技课堂常采用任务驱动的方式，学生只能根据教师提供的任务要求完成任务，缺乏主观能动性。在本项目活动中，学生经过实际调查对道口交通情况有了深入的了解，针对道口的交通指挥也有了自己独到的见解。在十字路口什么位置可以摆放“交警小助手”以及“交警小助手”需具备怎样的功能，都需要学生经过调查评估后团队合作完成，不同团队的见解不同，物化的成品也不同。直观真实的情境给予学生沉浸式体验，在完成任务的过程中，学生能够真切感受到通过自己的努力能对现实世界产生影响，进而刺激学生的探索欲望，提升其主动求知的热情。

2.手脑并用，于反复迭代中设计创意作品

教师支持：视频展示交警指挥交通时的手势指令集合，引导学生针对视频剖析分解手势指令，转化为舵机可实现的动作指令（根据手势指令，完成动作指令最少需要4个舵机，“右转弯”手势指令各舵机参考角度如表2所示）。提供必要的资源，如道口俯视图、道口3D模型、uKit AI相关套件（包含UCode平台）、《中华人民共和国道路交通安全法》相关条例等。

学生活动：团队合作突破重难点，逻辑清晰有观点地交流自己的想法，选择适合自身设计的所需的硬件；在团队的力量下分解动作指令，手脑并用完成硬件的拼搭和代码的编写；能够自行与其他团队交流研讨，取长补短。

反复迭代完成作品设计：根据团队选定的目标挑选制作过程所需的材料（拼搭“交通小助手”的硬件可以在已发的资源包中选取，也可以与其他团队交换或找老师补给。拼搭的过程中如遇困难可以找他人协助）；利用交通指挥视频设计自己的作品，在实践中根据需要反复迭代修改作品，直到作品能够满足预期目标；在肯定自身作品的同时能够悦纳他人创意，适时为他人提供力所能及的帮助。

学生在团队合作中对焦点问题进行抽象、分解、建模，在反复迭代、模拟、验证解决问题的过程中，优化解决问题的方案，逐步养成利用信息化手段解决问题的意识和能力，在协同完成学习任务过程中形成应用信息科技进行合作的意识。

3.交流评价，在多元评价中反思改进设计

学生的评价不是只在项目后期，而是贯穿于整个活动过程中，评价主体也不单是师生，还包含学生自评、生生互评和第三方评价（如道口交警、UCode平台）等。

教师支持：评价标准前置（如表3），项目活动之初引导学生理解评价指标，便于学生理解项目活动的目的，并能利用评价标准约束、规范活动过程的表现。利用各种信息化手段协助学生记录活动过程的关键表现，如指导学生利用成长记录袋记录自身活动过程，提供课堂展示、UCode平台、家校联系等平台，增加学生的展示机会，尽可能扩大项目活动成果的影响面。

学生活动：在团队合作中完成作品设计，并能有选择地吸纳他人意见改进自己的作品，在完成作品的过程中反复修改完善项目活动计划书；在交流展示环节愿意展示自己的作品，敢于向他人展示自身的创意，有意愿吸纳他人优秀的经验，并根据需要改进自身作品。

在人工智能时代，未来社会发展的不确定性要求学生有更多元的发展，有更高的素养，能够在数字化学习环境中学习，主动采用信息化问题解决的手段解决问题。这就需要采用更多元的评价方式，以实现“教—学—评”的一致性，同时提倡学生采用多样化的方式呈现学习成果，提升数字化学习与创新的能力。

总之，跨学科项目式学习的学习方式拓宽了学生学习的场域，给予学生更多自主探索的空间，使其有机会通过数字化学习的手段，在真实的情境下探索，寻求问题解决的方案，能够感受到运用人工智能解决方案相较于传统解决方案更具优越性，体会到人工智能技术对人类社会的深刻影响，建立对人工智能应用的正确认识。

本文系福建省教育科学“十四五”规划2021年度立项课题“基于项目式学习的计算思维能力培养研究”（课题编号：FJJKZX21-697）、2021年度福建省中青年教师教育科研项目（基础教育研究专项）“基于STEAM教育理念的小学机器人校本课程建设研究”（课题编号：JSZJ21060）、厦门市教育科学“十四五”规划2021年度立项课题“学科融合视角下的小学编程教学实践研究”（课题编号：21137）的研究成果。