基于微项目化学习的人工智能教学实践研究

闫妮

摘要：本文以微项目化学习为方法，按照相关步骤设计并实施人工智能教学，让学生理解人工智能的技术和原理、提升人工智能意识和素养，并结合实践分析了设计人工智能微项目化学习需关注的要点。

关键词：微项目化学习；人工智能；无人驾驶

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）11-0056-03

人工智能教学现状与实施策略

1.现状分析

目前，基础教育阶段的人工智能教学处于探索发展阶段，部分地区的学校开设了人工智能校本课程，借助平台为学生创造体验和实践人工智能的机会，也有部分中小学将人工智能教学视作纯粹的编程课，让学生学习如何做一个模型、写一段程序。然而，全面提升中小学生的信息素养以及适应AI时代的基础能力，不是将“知识点”作为学生学习的对象，而是要将人工智能学科思维与相关核心素养的提升作为最终教育目标。

2.实施策略

中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会2021年发布的《中小学人工智能课程开发标准（试行）》中，对人工智能课程给出了具体的实施建议，主要有3点：

①突出应用体验。②项目化教学设计。③避免不必要的编程知识。根据以上3条建议，笔者结合学校现有资源和学生情况，对人工智能校本课程进行了教学实践。由于每周只有一节课，为了确保项目的完整性，笔者采用微项目化学习的形式组织活动。

实施流程

下面，笔者以六年级《无人驾驶》一课为例对每个环节的要点进行说明。本文中的微项目化学习是以课时为单位，通过相关环节，让学生在实践体验、内化吸收、探索创新中获得完整和具体的知识与技能。具体过程和内涵如下页图1所示。

（1）项目导入——感知体验。项目导入是通过真实情境引出问题，让学生感知问题需求。通过“感知体验”唤起学生已有经验，拉近学生与学习内容的距离，便于形成利用人工智能应用解决身边问题的意识和能力。

在《无人驾驶》一课中，笔者采用“视频+图片+回忆”的方式导入。首先，观看“无人配送车工作”的视频，接着提问：“是否见过无人配送车，能否说出其名称？”“你还见过哪些类型的无人车？”结合学生回答，出示无人车应用在多种场景的图片。通过全方位的感知体验，学生体会到无人驾驶已经运用于多种领域，并直观感受到无人驾驶带来的便利。

（2）项目分析——原理剖析。项目分析是从效果出发分析实现过程与方法，将大任务拆分成不同层次的小任务，是对项目的宏观分析。人工智能教学，侧重于分析实现原理和交互过程。在《無人驾驶》一课中笔者通过提问引导学生剖析无人驾驶的含义和过程（如图2）。

（3）项目实施与评价——分层探究。项目实施是将原理进行拆解，把每个环节转化为具体的任务，是学生对原理的内化过程。因此，项目实施具有系统性、探究性、具体性等特征。系统性可以理解为完整性，是对人工智能工作原理的完整再现，也是对人工智能效果的完整体验。探究性是指从原理出发探究每个环节背后的实现机制，教师要结合真实情境引导学生分析问题，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。具体性是指通过软硬件将每个环节中涉及的机制进行模拟或还原。鉴于这些特征，同时结合微项目化学习的课时限制，教师要对内容进行取舍，思考哪些是人工智能教学中的探究重点、如何提炼任务间的关联等。

在本课中，笔者借助Robosim虚拟机器人平台，从无人驾驶的过程“感知—判断—行驶”入手，设置了三个任务：认识AI视觉传感器、智能沿路走、智能识别路口。由于平台中的原有地图较复杂，教师结合三个任务重新设计了虚拟地图（如图3）。学生观看地图后可以得出无人小车在驾驶中要处理的道路情况，如如何沿着路走、识别路口、识别路标等（让学生从整体上理解问题，建立原理与问题之间的关联）。

接着，从“沿路走”的任务开始，分析如何进行感知、感知到的信息怎么作为判断的条件，不同条件下小车怎么行驶。在具体实施中，笔者先通过视频让学生认识AI视觉传感器采集道路信息的方法，引导学生在模拟场景中去“测一测”，并通过自然语言“说一说”不同的值对应小车怎样的行驶状态。再从自然语言回到编程语言，分析分支逻辑框架怎么搭建、条件和执行语句怎么表示出小车的行驶状态（如图4）。在编写程序实现效果后，学生通过迁移运用展开探究，解决如何识别路口的问题（AI视觉传感器怎么检测到路口、程序中怎么编写等）。完成基础任务的小组尝试控制小车走到终点，不仅要灵活分析不同路口的条件，还要合理简化程序。

为了推进项目进程，评价需要贯穿始终。本节课中学生采用两人一组的方式进行学习，所以既要有小组评价，也要有自评和师评。评价中要对合作高效的小组进行表扬，还要解决学生遇到的问题或者教师预设的问题。

（4）总结拓展——迁移延伸。在人工智能教学中，课堂上只是对关键原理和过程进行了探究，而现实中往往是较为复杂的系统，所以要引导学生回到真实情境去思考问题，一方面观察学生对原理的迁移能力，另一方面让学生了解更真实的情况。

人工智能微项目化学习设计要点分析

1.合理取舍，保证完整性

完整性是指让学生体验完整的项目探究过程。学生在学习过程中，要经历“感知体验—原理剖析—项目实施”等环节，即要经历自主探究、动手实践、迁移运用的过程，最终呈现项目成果，从而加深对原理的理解和运用，深入感知人工智能应用背后的特征和运行机理。通常，人工智能的知识具有综合性，要经历完整的过程，则要对教学内容进行合理的取舍，提炼突出人工智能内涵的知识，弱化编程知识的训练。

2.以生为主，增强探究性

人工智能的原理较为抽象，活动设计要以学生为主体，从学生的角度去规划任务。在项目实施过程中，给学生更多的探究空间和时间，并提升任务的开放性，提倡问题解决的多样性。此外，任务设计要有梯度，让学生的认知层次在不同的任务中逐步提升，达到知识的迁移运用，实现高阶学习和低阶学习的整合。

3.巧用平台做支撑

为有效推进项目化学习，需要借助数字化学习平台，来组织学生活动、提供学习资源、获取实时反馈等。利用数字化平台可以提升项目的完整性和完成度，并辅助学生理解相关知识、掌握相关原理，是促进学生主动建构知识的保障条件。除此之外，要体验和运用人工智能，还需要相关软硬件平台的支撑。

4.让支架贯穿全过程

在微项目化学习中，不管是项目导入、项目分析还是实施过程，教师都需要提供支架，为学生获取新知搭建关键的桥梁。学习支架可以是视频、学习参考、任务清单、问题链等，还可以设计评价单，对关键概念理解、小组成员分工、合作实践规则进行约定。

综上所述，人工智能微项目化学习为教师提供了一种以课时为基本单位的微项目学习的实施思路。在具体实施过程中，要关注项目的完整性，对重难点进行合理取舍；以驱动性问题激趣，在各阶段融入有意义的学习实践，满足学生的探究需求，达到对原理的感性认识；善于借助各类数字化平台，以丰富的资源让学生充分感知，推进项目的实施；巧設支架，以高效的思维支架提升学生认知深度，提升高阶认知。最终通过做事（项目）与做人（素养）相关联，实现知识的深度理解和核心素养的提升。

参考文献：

[1]中华人民共和国中央人民政府.国务院印发《新一代人工智能发展规划》[DB/OL].http：//www.gov.cn/xinwen/2017-07/20/content_5212064.htm.

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本文系江苏省教育科学“十四五”规划重点立项课题“基于大概念的项目化学习九年融贯式设计与实施研究”（B/2021/02/60）、苏州市陶行知研究会“十四五”一般课题“人工智能校本课程生活化开发的研究与实践”（SZTY21-0246）的阶段性研究成果。