小学人工智能校本课程跨学科融合的设计与实践

如何培养适应未来智能社会的人才，基础教育阶段进行的人工智能教育对此起到了关键性作用。提出有关小学人工智能校本课程跨学科融合设计与实践的研究，以“盲人无碍有声自动门”为例，旨在探索人工智能教学实施模式和评价方式，期待为中小学人工智能教育的实际应用提供有益借鉴。

开展小学人工智能校本课程的背景

由人工智能引领的商业变革正在缓缓拉开序幕。从语音助手到无人驾驶，紧接着再到面部识别和智能家居，人工智能已经悄悄渗透到日常生活的方方面面。当前，中小学人工智能教育备受关注，由于人工智能课程的结构和内容错综复杂，中小学人工智能教育仍处于不断尝试阶段。

人工智能教育是一种教育范式，其目标是通过充分利用人工智能技术，改善和丰富传统教育过程，提升学生的学习效果和教育质量。这一领域涵盖了多个方面，包括教学方法、教育工具和学习环境的智能化，这些助手能回答问题、提供实时反馈，并模拟真实场景，帮助学生应对学科挑战。

在跨学科融合中，不同学科的专业知识被整合和交叉应用，以创造新的见解、理念或解决方案。这种融合通常超越传统学科边界，促使学生在合作中跨足多个学科领域，以培养学生的批判性思维、创新能力和综合素质。

人工智能教育在小学阶段向着有利的方向发展，在具体课程实施和教学资源建设方面取得了显著进步。国内中小学人工智能教育依然存在课程定位不明确、教学内容分散、课程体系与资源杂乱等问题。通过全面规划和有效管理人工智能课程，培养学生的信息素养和创新能力，这是一个有效且可行的实施路径。

人工智能教育的目标是通过创新性教学手段和工具，提供互动性和实践性更强的个性化学习体验，从而推动教育质量的不断提升。

小学人工智能校本课程跨学科融合的设计

需求分析：通过深入解读《新一代人工智能发展规划》，以及《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，明确小学人工智能校本课程跨学科融合的路径（见图1）。我们注重考虑小学生的认知水平和学科特点，以确保课程内容既能够充分调动学生的兴趣，又符合其发展阶段的学习需求。

分析人工智能教育需求，我们理解到教育者需要综合考虑不同学科的整合，促使学生在数学、科学、信息科技等学科全面发展。通过跨学科融合，学生能够在实际问题中应用人工智能技术，促进他们的综合思考和创新意识。这些项目可能涉及环境保护、社会伦理等实际问题，引导学生在团队合作中运用人工智能概念解决现实挑战。

教育标准对齐。数学课程标准：将人工智能概念融入数学课程，对齐数学教育标准，确保涉及的数学知识与小学数学教学大纲一致。科学课程标准：将人工智能融入科学课程，对齐科学教育标准，确保涉及的科学概念与小学科学教学大纲一致。语文课程标准：在语文课程中引入人工智能概念，对齐语文教育标准，确保涉及的语言技能与小学语文教学大纲一致。信息科技课程标准：跨学科融合中涉及计算机编程和技术应用，需要对齐信息科技课程标准，确保学生能够使用计算机工具和软件来实现人工智能概念。

在对齐这些课程标准时，需要综合考虑小学生的认知水平、学科特点，以及教育体系的整体要求，以确保融合的人工智能课程既符合学科教学的标准，又能够激发学生的兴趣和创造力。

课程实施步骤。确定学科整体目标：确定每个学科在整合中的角色和任务，这有助于确保整合计划的一致性和协调性。确定主题：确定一个核心主题，内容涵盖数学、科学、语文等多个学科，确保主题能够引发学生的兴趣，同时与人工智能概念相吻合。

教学策略设计：制定跨学科教学策略，采用灵活的教学方法。学科教师合作：在项目实施过程中，学科教师需要定期召开会议，共同讨论教学进度、学生表现和可能的调整。

反馈机制：包括个体反馈、课程反馈、学科知识反馈、同伴反馈、即时反馈，这些反馈机制的结合可以促使学生更全面地理解和改进他们的学习过程。学科知识评价：评估学生在项目中对学科知识的应用，是否能够有效将理论知识转化为实际应用。技能发展评价：评估学生的编程技能发展可通过观察其在编程任务中的表现来衡量，此评估还涵盖对学生在使用信息技术工具和软件方面的熟练程度，包括与人工智能相关工具的考察。创新能力评价：让学生展示设计的项目，自评其中的创新点。如果有创意作品的要求，可以评估学生的艺术性和创意表达能力。合作能力评价：对整体团队合作进行评估，考察学生在分工、沟通和协作等各方面的整体表现。

小学人工智能校本课程跨学科融合课程重构

课程目标与主题。在课程标准的指导下，我们明确了本课程的总体目标：课程旨在让孩子在实践项目的情境中，运用跨学科知识，设计并实现人工智能应用，从而提升学生在实践探索中的关键素养。

在确定总体目标后，选择“盲人无碍有声自动门”为课程的主题。通过这一主题，我们将科学、美术、信息科技、语文等多学科知识融入课程，以设计助力盲人的智能产品情境为核心。这个主题不仅提供了一个有趣而实际的背景，更为学生提供了一个实际问题的解决场景，使他们在课程中能够真实运用所学知识。

课程内容。本课程以一个引人入胜的《盲人无碍有声自动门》项目开篇，旨在通过这个项目让学生深入了解智能时代的社会生活，并在初步设计中，引导学生初步认识相关技术，同时激发学生对人工智能技术的理解和兴趣，同时培养对其社会责任的认知和社会伦理的影响。

人工智能跨学科融合课程实施与评价

课前，前置作业，亲身到装有感应门的场所体验自动门，并将正常通过自动门及闭眼通过自动门的感受记录下来。接着上网查阅相关资料，了解自动感应门的不同类型以及基本原理，并对有疑问之处进行标记。

课中，激趣导入，引入主题。通过提问的方式，让学生分享自己正常以及闭眼通过自动门不同状态时的感受。提出本课程的主要任务，为提高盲人在社会中的参与度和生活质量，消除盲人面临的各种障碍，以实现更广泛的社会包容和平等。那么如果盲人要想到公共场所活动，是否可以顺利通过自动门呢？通过自身体验引起学生利用人工智能技术解决实际问题的兴趣，增强其社会责任感。

关于新授，学生进行资料收集时，已了解自动感应门主要类型以及基本原理，接下来让学生了解micro：bit开源硬件中各个模块的作用以便在本项目中应用。学生通过小组合作讨论，精选三大主要模块，运动传感器模块模拟自动门的感应装置，主控板是处理输入输出信号，接收来自传感器或输入设备的信号，并进行数据处理后输出控制指令，舵机模块是动力的传输进行自动门的开合。

通过运动传感器的使用，从而得知自然界中所有物体都会根据温度的高低在不断辐射各种强度的红外线。接着分析设计micro：bit自动门，当有人经过时，运动传感器感应到人体发射的红外线，通过主控板给舵机发送信号，舵机摆臂摆到100度模拟自动门打开，主控板上显示“爱心”图形，那么为了解决盲人通过自动门问题，学生在作品中加入录音以及喇叭模块，利用声音引导盲人顺利通过自动门。当无人经过时摆臂摆到5度模拟自动门关闭，主控板显示“X”图形。

小组合作。四个同学为一个小组，由于是混龄教学，根据学生各自擅长的领域进行分工，1号同学将所需要的硬件做好准备，2号同学把舵机组装起来，并且连接所有的硬件设备，3号同学负责编辑程序，以及开源硬件的测试，4号同学负责观察并在记录表上记录数据。同学们在实践过程中会遇到各种各样的问题，教师要及时辅助进行指导并且进行即时评价。

根据自己的分工各司其职，如果发现错误，4号同学及时记录并且报错，组内其他成员及时修改，再次测试。通过多次调试获取成功，锻炼同学们的专注力，迎难而上、不折不挠的精神，并且让小组同学们之间的合作更加密切。这种学习方式注重学生积极参与知识形成的过程，激发他们口头表达、实际动手、思维运用的能力，鼓励团队协作，取长补短，共同进步。小组合作学习有助于因材施教，弥补了教师在大班授课中难以关注每个学生的弊端，实现了每位学生都能体验成功并且参与实践的发展目标。也使学生不再把人工智能视为独立的学科，而是将其融入各个学科，实现跨学科融合，拓宽了学生的学科视野。

课后，分享交流。最后小组之间进行展示分享，每个小组从创意、表达、合作等方面进行阐述，并且进行他评、自评以及师评，汲取他人的意见取长补短，继续构思创作本组的作品，在同学们充分体验项目之后，小组内总结通过本项目学到的知识，提高团队合作能力。

知识总结。本项目涉及多个学科的内容，舵机摆臂过程中涉及角度方面的数学知识，在合作交流过程中涉及语言表达方面的语文知识，了解人体在不断发射红外线，以及测试记录观察上涉及科学知识，在编辑程序以及测试开源硬件过程中涉及信息科技方面的知识。通过本项目学生可以灵活运用各学科知识并进行整合，实现了运用跨学科知识设计并实现人工智能应用，解决了社会中实际出现的问题。

教师评价。在自动门测试中，学生需要在多个方面进行装置的优化和改造。首先，对于舵机摆臂无法同步摆动的问题，涉及科学方面知识，学生应检查摆臂的正确安装。编程方面需检测程序错误，确保引脚连接与程序一致。构建感应门时，学生可运用审美、工程和艺术观念，借助乐高积木创造不同样式的大门，使作品更加形象生动。

学科知识评价：教学内容涉及科学、信息科技、数学等多个学科领域，实现了跨学科知识的融合，促使学生更全面地了解和应用相关概念。

技能发展评价：本次教学过程注重实际操作，通过学生亲身感受自动门和进行硬件的组装、调试，提高了学生的实践能力，让他们更深入地理解和应用所学知识。

创新能力评价：引入录音模块，为学生提供了更多创新的机会，促使他们思考问题并找到解决方案。

合作能力评价：小组合作为学生提供了平等的参与机会，增进了学生之间的交流，并培养了团队协作和问题解决的能力。在小组合作中，关注每个学生的个体差异，可以确保每位学生都能够有所贡献，并及时调整小组成员的分工，以提高整体协作效果。

从跨学科角度深入研究中小学生人工智能教育实践。在课程体系和教学实践内容方面仍需继续优化。期待未来人工智能教育在建设完善课程体系的研究中能够有更广泛、更深入的思考，以便提升人工智能教育的有效性。

（作者单位：兰州东方学校）