融合人工智能教育的小学科学STEAM船模校本课程实践

许嘉艳　潘镔

《义务教育科学课程标准（2022年版）》新增了“技术、工程与社会”“工程设计与物化”等课程内容。人工智能内容也进入到小学五六年级的信息科技教材。为培养新时代学生发展所需要的人文底蕴、科学精神与实践创新能力，我们在苏教版六年级科学教材“像工程师那样”这一专题学习中，充分挖掘福建船政文化课程资源，依托船模创客班开展一系列跨学科的项目式探究活动，以船模制造为基础，锻炼学生的工程技术与创新能力，并结合人工智能，满足并实现学生在时代发展、技术进步的环境中产生的奇思妙想。

一、沉浸式研学，探秘中国近代船政史

“一座学堂引领一个时代”，这是福建船政学堂的缩影。学生怀着对严复、詹天佑、萨镇冰等船政名人的崇敬和对造船知识的渴望，定期到福建船政博物馆、昭忠祠等地开展沉浸式的参观研学。

1.明确任务，激发兴趣。

在研学前，教师引导学生自由组建学习合作小组，确定组名与口号，领取研学地图与任务单，并明确项目时间与奖励规则，激发学生浓厚的学习兴趣与斗志。

2.合作学习，问题驱动。

教师根据任务单进行小组分工，合理安排组员任务、线路和时间，引导学生综合运用文本阅读、信息搜集、数学计算等方法，进行合理分析与综合判断，协同合作迅速解决任务。如，在一楼展厅获知清朝水师名舰“扬武号”模型的长、宽与型深，以及模型制作比例1∶13等信息，在规定时间内测算“扬武号”实际尺寸。

3.汇报展示，分享评价。

最后的各组汇报展示，全体学员得以分享更多的研学发现，通过梳理任务过程出现的问题，提高小组成员合作学习的能力。

二、跨学科探究，“我是小小船舶工程师”

“双减”政策背景下，我校在课后延时服务课程中增设“编程与船模”创客校本课程、人工智能有机融入船模STEAM研究项目，让“小小船舶工程师”的更多奇思妙想成为可能。

1.建立师生学习共同体，自主学习编程技术。

“编程与船模”创客班师生学习共同体向学生普及编程技术，让学生熟练运用数学思维完成图形化的编程，让项目中的人工智能实现成为可能。我们选择界面简洁、操作简单、教学资源丰富且免费的Mind+编程软件，在国产开源硬件掌控板平台等处选购物美价廉的芯片与传感器，由免费的Easy IOT物联网实现学生的智能项目万物互联。

2.线上线下完美结合，翻转课堂助力学习。

我们创建班级微信群，精选线上人工智能课程资源，整合碎片化时间，打破时空限制，在信息科技课学习简单图形化编程的基础上，课后再利用微信“打卡”小程序推送练习，并在线上学习圈及时分享作业，自主互学互评中有效解决学习中出现的共性高频问题，不断提升图形化编程和各种传感器程序控制能力。

经过线上线下一体化的翻转课堂学习之后，学生在线下自主选择合适的工具、材料来尝试实施奇思妙想，运用多领域知识技能，开展多维度的探究学习。

3.探究实践应用迁移，工程技术实现物化。

“小小船舶工程师”们跃跃欲试，运用自主编程技术，把普通的电动遥控船改装成了利用超声波传感器智能控制的无人避障船。它在水中运行可以智能避开障碍物，自动规划行进路线。这样的作品不再是简单的模型、简单的无线电遥控，而是具有数学运算思维，可智能控制各种传感器、实现科学仿生的航海船模。

三、创新小发明，培育未来科技小创客

通过“小小船舶工程师”的实践，学生锻炼了工程技术与创新能力，同时又掌握了人工智能编程的能力，为后续进一步创新发明打下了基础。

1.大胆质疑确定选题，解决身边实际问题。

在创客班的一次自由讨论中，一名学生提出的生活问题引起大家的关注：他的父亲是一个电动货车司机，小区仅有的几个充电桩停车位常被汽油车给占用，导致无法充电。如何解决这个烦恼呢？能不能把充电桩设计成可以移动的？通过头脑风暴，大家提出：充电停车位可自动识别新能源汽车，自动落锁，阻止汽油车占用新能源专用车位，这样一个充电桩就可以给很多辆汽车充电了。就这样，通过集体智慧，学生锁定了研究方向，并以“船政成功”为“智能移动充电桩”项目命名。

2.制订方案分工合作，开展可行性研究论证。

为调动全员积极参与性，学生分小组进行了合理分工。设计制作组负责设计模型、绘制草图、选材制作、传感器安装调试；编程代码组负责实现项目需求，编写代码并在传感器上测试；观察指导组负责统筹项目过程，遇到问题给出方向。同时，学生开展前期研究，对项目的两个预设功能进行了可行性认定：一是车库通过颜色传感器识别车牌颜色，从而自动识别新能源汽车，落锁放行，避免专用车位被占用；二是充电桩可以利用物联网平台，通过手机控制移库，实现一充多用、高效充电。

3.学科融合完成作品，培養科技创新能力。

“智能移动充电桩”项目从草图到成品由学生全程自主合作完成。他们内心的渴望化为无穷的学习动力，激发出来的潜力和越挫越勇的韧劲令人惊叹。

（1）动手实践设计并物化。

设计制作组先是绘制草图，计算船舵圆盘半径，确定底座的长、宽、高；接着运用数学知识把设计变成实物，利用尺子、圆规、量角器等工具在PVC板上绘制，然后切割组装成型。设计制作过程中，学生经常遇到困难，比如手划破了、皮肤被502胶水黏住了，但他们满腔热情，这就是学习内驱力的魅力。

（2）不断试错解决疑难。

最具挑战的是代码组的修正工作。代码与传感器联动要测试近百次，才能确定最优方案。比如对于颜色传感器识别问题，学生大胆地提出创新思维，直接用电机工作来替代传感器；利用数学原理“速度×时间=路程”，测量出每个车库的宽度来确定移动的路程，程序设定好电机的转速和电机运行时间，如此便能使充电桩精准运行且又省钱。

（3）学科融合方法多样。

在项目研究过程中，学生就像工程师一样，综合运用数学、美术、科学、信息技术等学科知识，在项目中尝试用多种思维方法解决问题，在“问题—修正—新问题—再修正”的不断优化中收获成功。

4.展示交流增强自信，提升综合实践能力。

我们鼓励学生自主设计作品说明书、撰写简介、制作海报、拍摄视频，在学校微信公众号与朋友圈发布成果。展示与交流再一次培养了学生的综合实践能力，使得学生越来越有信心，越来越敢于创新。

经过反复实验研究，最终本专题实践项目作品《“船政成功”新能源汽车智能移动充电装置》参加第22届福建省学生信息素养提升实践活动“创意智造”项目评选，并荣获省级二等奖、福州赛区一等奖的优异成绩。

（作者单位：福建省福州市罗星中心小学     责任编辑：苏少伟）