驱动问题
“AI”创造美好未来
——《智能声控台灯》项目化学习案例
绍兴市柯桥区秋瑾中学 葛菁
【项目背景】
人工智能属于专业性很强的学科领域，对应很多个专业课程。2017年7月，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确提出：在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。《规划》的颁布为我国在基础教育领域**“人工智能教育”提供了政策上的保障并指明了方向。近年来，人工智能教育越来越受到重视，各国都开始在中小学教育阶段加入人工智能课程内容，以培养适应智能时代的创新型人才。
在“双减”大背景下，国内形形色色的人工智能和机器人兴趣班遍地开花，给学生提供了更多学习的机会。“人工智能”走进校园、走进课堂也势在必行。那么怎样实现人工智能课堂的深度学习？如何在人工智能教学中提升学生的核心素养？这是作为一线教师在实际的人工智能教学中，亟待思考和解决的问题。
项目式学习是一种动态的学习方法，强调从传统教师的以教为主，变为以项目为主线、教师为引导、学生为主体的师生合作模式。它能极大地调动了学生的学习积极性，培养学生的核心素养，对计算思维和数字化创新能力有很大的促进作用。
项目式学习赋能人工智能教学，让学生的参与度、学习兴趣及合作意识等方面都得到增强。学生在教师引导下不断完善、实施方案，充分锻炼了分析解决问题的实践能力。
一、 项目概述
为积极响应“双减”政策，给学生提供更优质的课后服务，我校成功开设了多门社团课程。其中“AI社团”是一个信息技术学科特色明显，有助于培养学生核心素养的常态化课程。社团成员利用“未来派I”和“小飞机器人”开展项目式学习，在解决问题的过程中既增强了兴趣爱好又拓展了课堂知识，让计算思维和创新能力得到有效的提升。
“未来派I”是一套适合初中段学生使用的人工智能实验教具，可实现各种模型及场景的智能化编程教学。学生通过积木结构套件+AI能力开发板的拼搭创造出多种多样的机器人或物件，再使用平板编写程序，赋予机器AI的技能。
项目名称：智能声控台灯
项目对象：七八年级“鲁外AI社团”学生
项目周期：4周，每周2课时
一、设计情境，问题导学
教师先开门见山，用一个问题引发学生思考：我们的学习和生活中都要用到台灯，在人工智能如此发达的今天，大家是否能设计一个智能化的台灯？继而以准备好的视频素材创设情境，提出第二个问题：各种智能台灯五花八门，怎样的才算好？同学们经过探讨和网络资料的查找，会发现根据自己的需求设计一个智能台灯的必要性。由此顺理成章的提出项目的总问题：根据所学理论知识，利用手中的软硬件，制作一个智能台灯。
这种问题导学的方式以生活小事为起点，层层递进，不仅可以引发学生持续的思考，也可以激发学生主动探究的学习兴趣。很多同学认为，制作一个智能声控台灯，可以在保留按键控制的同时，当用户双手忙碌无法启动触碰开关时，只用语音命令来开关、升降台灯。如：声音响时灯亮，再次响声时灯灭，实现解放双手，让光亮听声可及的目的。
二、项目目标：四个核心素养
明确任务，规划方向
实施开展项目之前，首先要确立一堂课的学习任务。教师需要帮助学生把各种奇思妙想归纳提炼，转变为切实可行的教学目标。本课作为未来派I学习的基础项目，要求学生掌握的知识技能目标有：
1、了解和认识未来派I中的AI开发板、驱动器、DC马达、LED和各种连接模块等硬件；
2、学会硬件的搭建和各模块的连接；
3、用平板完成配对和虚拟电路连接，在“畅言智AI”平台上编程，实现智能声控台灯的制作。
三、项目实施过程
主要采用“项目—子任务—活动”三层结构的项目式学习架构
项目 | 子任务 | 活动形式、内容 | 具体过程 |
智 能 声 控 台 灯 | 1、情境体验 | 问答形式 观看视频并思考 | 教师引入“智能声控台灯”主题，学生观看“形式多样的智能灯”视频，并分组探讨交流，填写《项目任务单》 |
2、了解硬件 | 对“未来派I”硬件进行探究 | 教师引出子任务，学生借助教材、微课视频等文件资源，观察“未来派I”硬件盒，对应《项目任务单》中的硬件图片，填写名称和功能 | |
3、设计搭建 | 小组合作，积极探索尝试完成搭建任务 | 学生借助教材、微课视频等文件资源，填写《项目任务单》中“智能声控台灯设计及功能”一栏，利用各种连接模块完成硬件的搭建 | |
4、电路连接 | 小组合作，对搭建好的硬件进行虚拟和实体连接 | 教师引导学生发现“连接”子任务，学生用连接线将驱动板、AI开发板和硬件连接，并用平板完成配对和虚拟电路连接 | |
5、编程操作 | 小组合作，编程并验证程序 | 学生借助微课等文件资源，在“畅言智AI”中编写程序并不断改进；教师对循环、分支重难点命令进行讲解 |
四、项目成效
（1）项目学习者评价
学生对自己小组的智能声控灯作品进行进行实物展示，具体阐述设计思路、制作过程和功能实现等情况。这不仅加深了他们对人工智能的理解，而且在分享过程中使计算思维不断地升华。
（2）项目成果评价
大部分作品整体结构稳定，零件安装牢固。部分组将团队自己的想法融入到作品中，结构设计创意新颖、造型美观。所有作品基本都能实现预定的功能。
本项目的最终任务是：创作一个智能声控台灯。在教师的引导下，学生将这一总任务分解为多个子任务。通过完成各项子任务，学生自然地学习未来派的组件搭建，利用平板“畅言智AI”平台编程并解决了实际问题。从提出问题、抽象建模，再到设计算法，形成解决问题的方案，这一系列活动充分训练了学生的计算思维。学生在各环节中计算思维能力都有不同程度地提高。
1.从真实情境出发，以现实问题为导向，引导学生分析和解决现实生活中的真实问题。学生根据已有认知、资料，提出感兴趣、有价值的问题，这是计算思维提高的第一步。
2.项目设计中，学生通过分组合作，围绕着明确的学习任务和目标，根据需求确定设计方案，构建产品模型。通过讨论、互助等形式，人与人之间的思维碰撞出火花，不仅提高了团队合作意识，也有效实现了问题的解决。这是计算思维提高的第二步。
3.项目实施中，学生面临新问题，需要将已有知识和从教学资料、指导教师那里学到的新技能迁移运用到项目中，通过进一步的探索和实践，解决新问题。这是计算思维提高的第三步。
4.项目评价中，学生通过评价自己和他人项目的优缺点，可能会萌生更多更好的想法，让作品改进和提高。反思和分享，能够持续地升华计算思维，促进计算思维的不断深化理解和内化生成。这是计算思维提高的第四步。
参考文献：
[1]*******教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[M].北京,2022.
[2]余燕芳. 基于计算思维的项目式教学课程构建与应用研究——以高中信息技术课程《人工智能初步》为例[J].远程教育杂志,2019(11):102.
[3]任友群,隋丰蔚. 数字土著何以可能?——也谈计算思维进入中小学信息技术教育的必要性和可能性[J].中国电化教育,2016(1):38-41.
