项目式学习在小学AI编程课程中的实践策略

郭 会（北京市海淀区中关村第三小学雄安校区）

一、小学AI编程课程项目式学习内涵

项目式学习主要是通过问题引发学生对概念的思考和探索，用具有挑战性的任务激发学生的学习动力。老师作为项目学习的设计者和学生学习的引导者，提炼抽象的核心概念并设置不同的驱动问题及学习任务让学生完成自主探索，鼓励学生在真实情境中深入理解概念，引发学生产生超越真实的抽象思维，促进学生对知识的迁移和深度理解。小学AI编程课程项目式学习中，学生通过编程解决现实生活中的问题，进一步拓宽对AI世界的认知。学生作为学习的主体，在老师的引导下，采取小组合作的方式，将学习任务通过不同形式的学习成果展示出来。在这个过程中，学生从一开始就清楚所学的知识是用来做什么的。这样的学习实践更加注重学生学习能力和思维方式的培养，提高学生发现问题解决问题的能力。

二、小学AI编程课程项目式学习的意义

项目学习源于学生对真实问题的深入思考。老师通过学生的提问并筛选，确定本次项目学习要探究的本质问题、核心概念，而后分别从为什么、是什么、怎么做三个角度确定项目学习的驱动性问题。在每个驱动问题下，分布了不同的学习任务，学生可以借助不同的学习形式将学习成果进行展示。

在整个项目的实施过程中，学生的多项学习素养得到了不同的关注和提升。学习能力上，学生从项目开始即慢慢建立起问题意识及探究问题的能力。在理论知识探究学习过程中，学生对于新旧知识如何建立联系以及知识如何与真实情境产生联系的能力增强。展示交流的过程中，关注到了学生的个性化表达，培养了学生基于理论知识的多元化表达能力；在学习品质方面，项目式学习方式大大增加了学生学习的主动性，在好奇心与学习兴趣的驱动下，实践中增添了更多的挑战与冒险品质。

三、小学AI编程课程项目式学习教学实践

（一）项目教学过程的设计与实施

1.项目整体介绍

由于学校的菜园每次都是人工控制浇水时间及浇水量，同学们发现这样不利于植物很好的生长，于是想利用科技方法来解决这个真实的问题，怎么样才能实现自动浇水呢？

为了解决这个真实的问题，老师和同学们一起展开了“智能浇灌系统”的项目学习。首先是学生提出疑问，教师筛选归类，提炼出项目学习的本质问题及核心概念；其次是理论知识的学习；最后再到动手实操环节。通过设置难度不同的驱动问题及学习任务确定此次项目学习的主要内容，然后通过多种形式的学习成果进行展示。

2.驱动问题一：为什么要做“智能浇灌系统”

（1）任务一：我们先以一株植物为例，假如现在让同学们去制作一个智能浇灌器，让它能够实现自动给植物浇水，请问同学们认为要怎么实现呢？你是不是也有很多想知道的问题？

交流讨论：问题筛选归类后选取代表性问题进行讨论，如：我们如何知道土壤缺水了呢？要浇多少水停止呢？就像温度计能感受温度一样，土壤是否缺水需要感受它的湿度，土壤湿度传感器可以知道土壤什么时候缺水及什么时候浇够水。

（2）任务二：通过上网查询了解土壤湿度传感器相关知识，并查询传统浇灌方式与自动浇灌方式都有哪些及他们各自的优缺点，完成相应学习单。

交流讨论：明确为什么要做“智能浇灌系统”。

3.驱动问题二：一个装置如何实现自动控制

（1）任务一：掌握经典控制系统结构原理。

学习活动：结合老师提供的学习支持视频，各小组探讨浇灌装置实现智能控制的原理，并将经典控制系统原理用结构框图表示出来。

（2）任务二：绘制智能浇灌系统功能图

学习活动：结合本项目特点，小组合作将每个成员设计的智能浇灌系统共性部分整合，将结构图画出来，展示小组不同的设计能力。

（3）任务三：搭建浇灌系统硬件系统框架

学习活动：结合老师的硬件清单介绍及焊接工具的使用注意事项，小组成员分工协作，动手将自己设计的浇灌系统各部分实物进行搭建链接，展示小组成员不同的动手能力。

4.驱动问题三：如何控制浇水量

（1）任务一：编写智能浇灌系统软件程序

学习活动：通过运用图像化编程语言，学习如何给硬件编程，并将自己编写的程序成功下载到硬件系统，实现装置自动浇水的功能。

讨论交流：同学们普遍设计的算法思想是：土壤干了——执行浇水——湿度值够了——停止浇水，这种思路测试效果怎么样呢？

（2）优化算法合理控制浇水量

学习活动：通过测试，发现原程序存在的漏洞，进行程序优化，使浇灌装置更加智能。

讨论交流：经过小组讨论，碰撞出不同的程序优化方法，如：土壤干了——执行浇水3秒钟——等待1分钟——读取湿度值——判断是否湿度值够了——决定是否停止浇水。

同学们在一系列驱动问题下，借助老师提供的学习支持，完成了一个接一个的学习任务。

（二）项目教学效果的反思与评价

1.AI源于生活，观察思考多实践

项目的选题非常贴合学生的校园生活，可以充分调动学生的求知欲和探索科技的欲望，学生积极性很高。在这个过程中，学生重新认识科技，感受AI世界带来的魅力，从新的视角接触AI编程。几个任务由浅入深地带领学生逐步完成对知识的探究与获取，采用理论和实践相结合的形式，学生通过自主学习及上网查询等方式，采用思维导图、结构图等不同的学习成果表现形式，多角度激发学生学习兴趣，使学生主动投入学习，并学以致用。

2.释放自由心智，知识转化能力

项目学习每个驱动问题下的学习任务都聚焦了学生的能力成长点。在项目学习中，比获取知识更重要的是，我们希望学生能够释放自己的心智，不要把知识的记忆当做最终目的，而是要把知识当做工具。如何将知识学活，如何用知识解决自己遇到的难题才是项目学习的目的。

3.多维评价体系，探索反思助成长

在项目学习的过程中，我们在每个任务下都设置了不同的评价量表，分别在积极行为、探索创新、包容公正、交流沟通等对学生不同环节的的学习行为进行监督，让学生在心智自由的同时约束自己的行为规范。我们为不同的活动设置分别设置了评价量表：

在项目的测试环节，同学们不断发现问题，并小组讨论解决策略，一次次突破自己的AI编程思维定势，探索新的突破角度，这也将不间断的推动他们开启新一轮的AI学习之旅。