指向创新思维能力培养的信息科技项目式学习

张佳

创新是人类社会发展的不竭动力。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）将以往习惯使用的“信息技术”改为“信息科技”。课程名称的改变体现了教育思想和教学思维的重大变革^[1]。随着课标逐步落地，以“创新”为基因的义务教育信息科技学科坚持目标、问题、创新导向，明确要求“跨学科”教学占总课时不少于10%^[2]。推进“跨学科”探索，项目式学习无疑是教师的优先选择之一。但是，当前推行基于课标的义务教育信息科技项目式学习存在五大难题。一是与生活结合不够。教师在设计项目时局限于书本知识与虚拟场景，缺乏与真实生活场景的结合，导致学习内容脱离实际。二是与实践结合不够。教学中，常常因为时间及设计问题无法形成解决问题的闭环，忽视了培养学生解决实际问题的能力，导致学生应用能力薄弱。三是学生效能感不强。在没有系统支持的情况下，教师极易忽视个别学生，造成其学习价值感与个人成就感偏低。四是缺乏对多维评价的关注。教师在落实课标过程中，还存在评价体系滞后且单一，太過偏重于冰冷的“0”与“1”，忽视学生创新能力、团队合作能力培养等问题。五是缺乏对信息责任的关注。在信息科技教学中，教师往往缺乏对学生信息伦理的教育，对学生引导不够，容易产生运用技术侵犯隐私、违反法律等问题^[3]。这些难题的存在不仅制约了学生全面发展，而且影响信息科技人才队伍培养质量，与国家信息化战略和社会发展的要求不相适应。为破解这些难题，笔者以“智能天气播报员”项目式学习为例，梳理创新思维能力的六大子思维，设计课中“过程学习单”、课后“思维评估单”及教学流程，将“学”与“教”同学生创新思维相对应，并展示在智能学习环境支持下，教学流程与创新思维螺旋上升的过程，使多学科知识有效转化为学生解决问题的创新思维能力。

一、注重真实，设置项目基点

（一）思维创新，明确主题

学生创新思维能力指学生在学习过程中，能够以自己的思维方式独立思考问题、发现问题、解决问题的能力。本课，笔者以第二学段（三至四年级）数据编码探秘“用数据讲故事——智能天气播报员”为主题设计教学活动。“用数据讲故事”，即处理数据，让数据更加生动，更易于服务生活。笔者将本课与人教版《义务教育教科书  数学 四年级 下册》第8单元“统计”相关内容有机结合，以练习22“记录本地一周的气温，再计算出一周平均最高气温和最低气温”为教学基点，结合应用“小飞机器人”的逻辑计算与声纹识别技术，引导学生“用数据讲天气的故事”。

（二）问题闭环，确立目标

在“智能天气播报员”项目式学习过程中，学生以“创新性地闭环解决问题”为总目标，创造性迁移运用声纹识别等技术。在总目标下设立三个子目标：教师情境创设，引导学生用人工智能技术解决实际问题，增强学生人工智能意识；用实践任务驱动学生学习，提升学生运用“小飞机器人”计算及语音代码块的能力，启发其实践创新思维；基于语音代码块与天气预报内容设计的综合应用，增强学生社会责任感。

（三）层层梳理，找准痛点

教学重点：一是“小飞机器人”计算代码的应用；二是“小飞机器人”语音代码的应用，特别是对唤醒与休眠功能、讲解功能和听到语音命令词并回答的功能进行测试与评价；三是天气预报内容的设计与表达。

教学难点：一是根据情境，引导学生综合运用“小飞机器人”计算、语音等代码解决实际问题；二是利用学习单，引导学生设计“小飞机器人”表达内容，使其具有结构性、逻辑性。

（四）智能支持，创设环境

除了使用教学课件、学习单之外，笔者在本课教学中还使用了“小飞5号机器人”和平板电脑。“小飞5号机器人”是一款可编程机器人，它的头部与底部都配有可交互传感器（如图1），支持类似于摸头的拟人交互。同时，此机器人还集成多种人工智能相关传感器。教师、学生使用安卓系统的平板电脑登录App通过无线网络控制可编程机器人，可实现图像识别、语音识别和人机对话功能。“小飞机器人”还提供可编程接口，方便学生调用和实验。

二、力求多元，实施多维评价

按照教学评一体化的思想，笔者开课伊始展示过程学习单与作品评估单，将“智能天气播报员”项目成效评估前置，让学生在学习之初即明晰脉络，进行系统思考。

（一）课上“过程学习单”支撑思维过程显现

项目式学习强调“过程性”评价，以课堂流程与思维显现为主。笔者将思维细化为目标思维、计划思维、算法思维、批判思维、评价思维和多维思维六项，设计“过程学习单”及题目，总分100分，题型以单项选择题、多项选择题、简答题、连线题为主，实现学生学习过程呈现多元化、思维发展可视化。

（二）课后“思维评估单”助力学生阶段自为

笔者实施“终结性”评价，除了考量“创新思维”外，还包括“项目流程”及“小飞机器人”。笔者根据小学三年级学生的理解能力，以描述问题的形式设计评估题目（见表1），随评估单开展自评与组评，呈现学生学习表现。其目的是引导学生增强合作意识，调动学生参与的热情，在小组项目式学习中找到价值感和成就感^[4]。

三、聚焦进阶，促进能力发展

学生创新思维能力指学生在学习过程中，能够以自己的思维方式独立思考问题、发现问题、解决问题的能力。笔者结合国内外学者对创新思维能力培养的研究，将学生创新思维能力的发展分解为目标思维、计划思维、算法思维、批判思维、评价思维和多维思维在项目式学习中的具体达成。在“智能天气播报员”项目式学习活动的教学中，笔者将教学环节与创新思维能力培养对应：确定问题对应目标思维；规划方案对应计划思维；尝试实践对应算法思维；修改优化对应批判思维；展示交流对应评价思维；扩展延伸对应多维思维（如图2）。

（一）确定问题

教学活动：某天，一群特殊的客人来到学校参观，他们当中有一位盲人。他们来到学校的计算机实验室，想让机器人“小飞”向他们介绍一下最近一周的天气情况。客人希望与“小飞”互动，让“小飞”显示或者说出最近一周的平均气温、最高温度和最低温度。

设计意图：设计真实情境，引导学生明确问题。这一环节是本节课的开端，帮助学生明确“为什么”，后面的所有环节都紧紧围绕这个“为什么”展开。教师引导学生确立目标，有助于提升学生的目标思维，从而激发其观察与思考。

（二）规划方案

教学活动：“明确目标后，到底怎么做才能达成目标呢？”这时笔者利用流程图，帮助学生厘清“做什么”。在笔者的引导下，学生自行绘制目标分解图，分组讨论寻找最优解。随后，学生梳理出达成目标的路径，并把它写在学习单上。规划路径如下：第一步，找寻最近一周的天气数据表，对变量进行存储与计算；第二步，明确“小飞”的触发任务，即由学生点击控制，用语音唤醒；第三步，编写代码实现两种触发下，从数据处理到语音表达的过程；第四步，优化表述内容，体现人文关怀，提升表现力。

设计意图：逐层分解问题，引导学生梳理流程。学生通过这一环节的训练，学会运用计划思维将场景目标细分为具体的操作步骤，绘制流程图，为接下来“怎么做”提供思路。

（三）尝试实践

教学活动：本环节分为尝试与实践。在尝试部分，根据规划方案的四个步骤，笔者为学生演示“变量”“运算”“AI技能”“起始”板块的代码基本功能，并组织学生讨论“每一步需要哪些代码做支撑”。学生两人一组进行观察与讨论后，在学习单上将代码板块粘贴到步骤位置。然后，笔者根据学生回答情况，帮助学生再次将计划与实践通过代码链接起来。在实践部分，笔者将代码演示视频作为微课发送到平台上，供学生个性化学习时参考使用。学生根据个人节奏与掌握情况，两人一组进行编程实战（如图3）。在学生编程过程中，笔者观察各组情况，收集共性问题，并适时指导。

设计意图：尝试应用，鼓励学生反复试错。在这一环节，教师并不是将代码直接教授给学生，而是带领学生思考计划与实施的关系、每步与哪些代码相关、如何实现等问题，唤醒学生自我学习的主动性，帮助学生运用算法思维从问题出发，从功能切入，从代码中找方法，逐渐靠近目标。

（四）修改优化

教学活动：针对上一环节收集的共性问题，笔者选择典型问题组织学生讨论，并提出建议。接下来，聚焦最后一步——“优化表述内容，体现人文关怀和提升表现力”，即进行语音唤醒休眠和“小飞”语言表达的优化。笔者带领学生深入分析客人情况，针对性设计表达环节，组织学生开展小组优化代码活动。学生在小组活动中可选择不同的声音、语句、表达方式，以及设置唤醒及休眠内容来个性化地达成目标。

设计意图：优化目标并引导学生个性化达成。在此过程中，学生根据对优化呈现效果的需要，对“小飞”语音唤醒休眠和语言表达的技术进行学习。在优化中，笔者鼓励学生个性化表达，不再用一把尺子衡量所有学生，而是运用批判思维唤醒学生对内容与形式进行辩证思考，让学生在设计中学会分辨、分析与选择，进而创造性提出个性化的解决方案。

（五）展示交流

教学活动：首先，筆者引导学生分享展示各自小组的作品，明确展示要求。学生以小组为单位，展示自己小组设计的“智能天气播报员”。然后，笔者展示并介绍评价量表，引导学生使用评价量表。最后，学生分组展示，提出“自赞”与“他赞”并填写评价量表。

设计意图：分组展示交流，进行正向评价。本环节锻炼学生分享表达能力，引导学生对作品进行正向的自评与互评，培养学生多角色的评价思维能力，以评价促进学生提升作品的整体观感并丰富优化策略。

（六）扩展延伸

教学活动：笔者引导学生思考还可以用更智能的方式实现“天气播报员”智能播报，并组织学生讨论、分享。接着，播放视频：用云计算、大数据、人工智能技术解决天气预测问题的最新方式与成效。其后，引导学生在以后的学习和生活中，按照自己的想法设计更智能的“天气播报员”。

设计意图：出示延伸材料，扩展学生思维边界。课标对七至九年级信息科技跨学科主题课程提出了以“在线数字气象站”为主题的教学建议。本环节，笔者将“课堂之终”作为“思维之始”，运用多维思维引导学生思考解决问题的空间多维、方式多维与形式多维等，从而唤醒学生对改造与创新世界的无限期待。

在“智能天气播报员”项目式学习中，学生在教师的引导下通过确定问题、规划方案、尝试实践、修改优化、展示交流、扩展延伸六个环节的推进，螺旋地将目标思维、计划思维、算法思维、批判思维、评价思维、多维思维显性化，为创新思维能力整体提升拓展空间。课后，被学生赋予天气预报功能的“小飞”走进了学校人工智能教室。每当师生及嘉宾与“小飞”互动关于天气的命题时，智能活泼的“小飞”都会给其带来惊喜。这些将深化学生对课堂学习的价值与个人劳动的意义的认识，为其下一步探索与创新提供动力。

参考文献

[1] 任友群，黄荣怀，熊璋.从信息技术到信息科技：关于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的对话[J].课程·教材·教法，2022（12）：21-31.

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准：2022年版[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[3] 张彬，桑国元.项目式学习中的驱动性问题：学科差异与质量提升[J].北京教育学院学报，2023（5）：8-15.

[4] 王爱胜.引导学生自塑数字素养，构建在线学习新形态：对义务教育信息科技课程实施的思考与建议[J].中小学数字化教学，2022（8）：19-22.