核心素养视域下小学人工智能课程项目式学习教学实践

陈国忠 徐国华

[摘   要]随着教育改革的不断深入，教育逐步从“知识本位”向“素养本位”转变。在此背景下，河北省唐山市教育局高度重视学生核心素养提升，深入开展创客教育、人工智能教育的教学方式改革与创新，在课堂实践中摸索出了适合小学人工智能课程开展的基于项目学习的教学方式。

[关键词]人工智能课程;核心素养;项目学习

《新一代人工智能发展规划》明确指出，人工智能将成为国际竞争的新焦点，应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程[1]。随着教育改革的不断深入，教育逐步从“知识本位”向“素养本位”转变。未来教育强调教学内容、教学模式、教学评价的改革创新，更多关注学生核心素养的培养。

人工智能课程是一门以培养适应智能社会发展的未来公民，实践驱动问题解决促进能力发展，构建多元评价体系推动学习创新为目标，培养学生终生学习技能，包括沟通能力、合作能力、批判性思维、创造力和问题解决能力[2]，提高学生自我认知和职业构想的课程;是一门融合数学、物理、信息科学、逻辑学等多门学科的综合性课程，让学生通过实践感受、理解、掌握人工智能的原理和方法，能够解决实际问题的实践型课程。

项目学习是指在一段时间内，对真实项目进行规划分解，使用多种手段持续探究、协作实施，创造性地实现项目，形成公开成果并进行思维迁移的学习方式。项目学习可以促进学生深度学习，使学生的认知向高阶发展;项目学习近似于一种做事的流程，可以训练工程思维;项目学习的过程，是一个做中学、学中思、思中创并不断迭代的过程，有利于创新，有利于学生自身的发展[3][4]。

从概念上讲，项目学习是一种教学方式或者方法，人工智能是课程内容组成形式，人工智能课程是跨学科开展的。项目学习有助于人工智能课程的有效开展。

一、人工智能课程的项目学习路径

根据项目学习的定义，可将课堂教学的项目学习流程以模拟计算机处理问题的过程简化为四要素（见图1），以便于教学实践。现对四要素进行以下说明。

一是情境，对应于计算机输入。从生活、工作及自然情境中感知信息，提炼问题，构成项目，并让学生保持持续的兴趣和激情。二是内容，包括知识体系，如知识、技能、方法;还有项目体系，如规划、创新、实施等。三是活动，包括探究与合作，作用于规划中、创新中、实施中。以上的内容与活动，对应于计算机的处理。需要学习者经历一系列探究、协作活动，获得解决问题、实现项目的知识、技能和方法。教师要注意依据学习目标和“最近发展区”理念，围绕探究学习和合作学习设计课程，引导学生“跳一跳可以摘到果实”，或者通过合作“搭建梯子”获取所需。四是结果，相当于计算机输出。结果是指项目成果，包括研究报告、项目作品以及学习过程中产生的成果，其中“习得必备知识，培养关键能力”是项目学习中的最大成果。教师要注意引导学生分享学习过程，反思创作经历，迭代优化项目作品。

二、人工智能课程的项目学习教学设计

在项目学习中，教师是设计者、引导者和创新者。教师的作用主要是围绕学生必备知识的学习和关键能力的培养，引导并指导学生进行项目学习。同时，在对学生的指导和与学生的合作中，创造性地开展教学活动，与学生共同成长。

项目教学的关键在于创造情境、搭建脚手架、开展多元评价。教学设计主要是完成课堂项目学习四要素的前两部分，即情境和内容。具体包括：构建课程主题情境，提炼驱动问题;搭建教学脚手架，构建学生需要通过课堂掌握的知识及能力，公布项目作品的形式;创建适合课堂教学的项目学习评价体系。

课程需要通过项目范例创设引人入胜的情境，调动学生情感，激发兴趣和动机，让学生产生创作冲动和激情，然后引导学生通过头脑风暴的方式，将想法变成具有可行性的项目主题。而所设置的情境，应是学生能够认识感知并能产生兴趣的，并来源于现实生活。

在开始课程之前的教学设计中，教师必须研读课程标准，明确培养目标，做好构思项目的准备工作。项目学习的课堂教学要注重学科素养及知识能力。要让学生通过课堂教学习得必备的知识要点，培养面向未来的关键能力，规劃制作项目作品，进而提升核心素养。

有效、合理的评价既能发展学生的兴趣，也能让学生学会评价。教师在建立评价体系时要注意评价的多元化，包括评价标准、评价主体、评价内容等。例如，本研究在人工智能课程中按照项目学习的流程制定了相关的评价表，教师通过评价，引导学生将项目学习的方法、项目学习过程中的收获，进行纵向和横向的迁移或拓展，让学生始终保持学习兴趣，发展创新思维。以《编程控制机器人》一课为例，其教学设计如表1、表2所示。

三、人工智能课程的项目学习课堂实践

对应前面所述的课堂项目教学四要素，人工智能课程的课堂教学分为选定主题、制定计划、探究制作、展示评价四个环节。

1.设定主题

在项目教学的课堂上，学生能否产生跃跃欲试的创作冲动和激情，能否主动积极地开始自己的项目，在很大程度上取决于教师示范项目的吸引力，取决于真实情境入项的感染力。教师应注意尽力为学生提供与真正的研究环境相同或相似的氛围，创设真实的项目学习情境。教师范例作品的创作过程，既是对项目规划及其探究、实施的验证，验证项目构思的正确，说明通过反复的迭代尝试、修订，最终可以实现项目，创作作品;也是对学生项目学习指导的预演或路演。教师应及时将范例作品创作过程中的经验、教训，要补充的知识、技能、方法等记录在案，以便更好地指导学生开展项目学习。当学生有了想要创作的冲动，教师要趁热打铁，通过布置任务、运用头脑风暴、思维导图等方式，及时引导学生将想法转化为项目主题。

以《编程控制机器人》一课为例，教师设置的情境是“通过小飞机器人向客人介绍学校”的情境，需要利用“小飞”制作一段语音介绍学校大门景观布置的程序，进而提出本节课要解决的驱动问题“如何让小飞向客人介绍我们的学校”。演示前，引导学生以小组为单位，利用平板电脑边看边记录，培养学生的观察能力。作品演示过程中，还要引导学生将自己的想法提炼为主题，并通过小组头脑风暴的形式确定小组主题，之后再安排1至2组学生分享小组想法。该环节控制在5～6分钟左右。

2.制定计划

在学生制定计划阶段，教师要引导学生通过头脑风暴的方式，利用思维导图构建项目框架，运用表格制订出项目计划，然后组织方案交流，引导学生通过权衡与比较，最终确定一个既切实可行又有一定挑战性的项目方案。学生则通过项目规划，进一步厘清思路，提升逻辑思维。

以《编程控制机器人》为例，在每个小组确定主题之后，教师引导学生按照本组主题制定计划，包括要解决的问题、需要学习哪些知识才可以解决问题、如何协作分工、预期成果。引导学生从可行性、可操作性、挑战性等多个角度讨论交流，并优化小组计划，之后安排了2组学生分享他们的方案。表3是《编程控制机器人》一课教师为学生设计的项目计划单。该环节控制在8～10分钟。

3.探究制作

在学生项目的探究制作阶段，要充分发挥“以学生为中心”这一中心思想，教师的主要任务是通过设计一系列的教学活动，引导学生进行探究学习与合作学习，进而解决那些具有挑战性的问题，最终不断完善项目作品。同时，对学生的项目要按照计划进行督导、监控和管理，引导学生朝着项目目标逐步推进。该环节要通过动手实践掌握课程涉及的知识点，以培养学生的批判性思维、创新创造能力、合作能力。

如《编程控制机器人》一课，知识学习包含两部分：一是体验“小飞”的能听会说，二是编程控制机器人入门知识。通过探究过程中的知识学习和对程序的修改操作，实现通过语音控制“小飞”的目标。知识点在教师做范例演示及制定计划前已经告知学生，以便学生了解这些知识可以解决何种问题。引导学生按照小组计划进行合作学习，让学生发挥各自的优势，真正做到既分工又协作，通过学习解决项目规划中的问题。教师在探究过程中指导学生组装调试作品，并不断完善改进作品。该环节控制在18～20分钟。

4.展示评价

展示和评价都是促进学生学习的手段。有效开展成果展示和反思评价的课堂教学，不仅能够促使学生做得更好，而且有利于学生向更加宽广、更加深入的方向迁移学习。如《编程控制机器人》一课中，教师选择了一组优秀作品进行全面展示，包括作品和创作过程所经历的困难和挫折。由于时间限制，教师安排前几个环节未展示过的小组做简要展示，最后引导学生以书面形式完成评价单，总结经验，吸取教训，并通过平板电脑分享到全班。该环节4～6分钟。

四、总结与展望

以上介绍的人工智能课程项目教学模式是聚焦学生核心素养提升的主题之下，通过理论学习及课堂实践摸索出的适合小学人工智能教育开展的课堂教学模式。《编程控制机器人》只是一个课时的项目学习教学案例，教师还可以从大单元入手、从大项目入手，开展多课时的人工智能项目课程，将以上所述课堂项目教学的四个环节合理分配课时后加以实现。

参考文献

[1]国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/QL].（2017-07-08）[2022-04-07]. http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_ 5211996.htm.

[2]姜乃强.培养学生核心素养，来自全球的建议与行动[J].教育家. 2016（6）：42-45.

[3]夏雪梅.項目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践[M].北京：教育科学出版社，2021：53，57.

[4]夏雪梅.以学习为中心的课堂观察 [M].北京：教育科学出版社，2012：25-29.

作者简介：陈国忠，河北省唐山市教育局电化教育馆馆长，E-mail：tscgz@sina.com（河北唐山，063000）

徐国华，河北省唐山市丰润区教育局电教仪器站副站长，E-mail：xghua@163.com（河北唐山，063000）