“AI小导游，带你智游校园”活动中的探究性学习

戴好

〔摘    要〕  随着人工智能（AI）技术的快速发展，近年来，在国家相关政策的大力支持下，我国中小学人工智能教育从无到有，正在逐步进入快速发展时期。人工智能技术应用广泛，本文将以“AI小导游”为例，利用语音模块、红外传感器和视觉传感器等模块带领学生开启智慧游览的设计与功能实现，主要以探究性学习方式开展，从而激发学生在人工智能应用方面主动探索、勇于实践、不断创新的精神。

〔关键词〕  AI小导游；人工智能课堂；探究性学习

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  12    043-045

一、探究性學习，人工智能技术融入推进

（一）人工智能的研究背景

人工智能（简称AI），是计算机科学的一个分支，主要研究让机器能够像人一样会听、会看、会行动和会思考等。近几年，我国颁布多项政策推动人工智能的发展，国务院印发《新一代人工智能发展规划》的通知，提出在中小学阶段设置人工智能相关课程，建设人工智能学科，培养复合型人才。在《教育信息化 2.0 行动计划》中指出：人工智能技术迅猛发展，将深刻改变人才需求和教育形态。这些政策的出台和落地，让中小学信息科技课堂开设了人工智能课程。

（二）探究性学习人工智能技术的研究意义

在2022年版的科学课程标准中，虽然人工智能模块的学习是设置在第四学段（7～9年级），但在人工智能技术快速发展的现阶段，在第三学段（5～6年级），学生已经掌握了算法及编程的基础后，也可以让他们尝试接触人工智能的相关技能。我校在积极创建人工智能学校的同时，信息教师们也编写了适用于小学阶段的人工智能校本课程，主要让学生掌握机器人技术和语音识别、视觉识别、机器学习和人机交互等技术。本文的课例中主要应用了人工智能的视觉识别（属计算机视觉类）和语音识别两大技术，以“AI小导游”为主题，用探究性学习方式带领学生开启智慧游览的综合应用。

探究性学习又称为研究性学习，是指设置真实的、学术研究的情境，让学生通过合作的形式主动发现、实践操作并解决问题，从中获取相关知识，培养学生的探索与创新能力。人工智能技术是信息科技基础教育的一个重要板块，也是多学科交叉的课程，涉及科学、数学、语言、逻辑学等众多领域，知识点较多，内容抽象不易理解。小学生自主学习难度较大，若采用探究性学习，则更能激发学生的学习兴趣和合作探究欲望，让其能又好又快地轻松掌握人工智能技术，并应用于实际生活。

二、探究性学习，人工智能课堂精彩纷呈

随着人工智能技术的不断发展，越来越多的学校开始关注人工智能教育。我校正积极申报创新教育基地校，以“人工智能”为主要研究对象，信息教师们也积极投身人工智能校本课程的研究中，主要使用了优创未来套装开展人工智能社团课程。如何让复杂、抽象的人工智能课堂变得有趣、精彩呢？我们从创设真实情境、引导合作交流和鼓励大胆猜想三个方面组织开展探究性学习，唤醒、激发、培养学生的探究欲望、思维和精神，让探究性学习成就精彩纷呈的人工智能课堂。

（一）创设真实情境，激发学生探究欲望

苏格拉底说过：教育不是灌输，而是点燃火焰。在人工智能教学中，创设真实、有趣、合理的情境，可以有效激发学生的学习积极性和主动性，唤醒他们求知、探究的渴望。

在《AI小导游，带你智游校园》一课的导入环节，教师展示了本校学生“小导游团队”：“今天有客人老师来我们学校，可是有几位小导游有事请假了。我们邀请了一位特别的小导游，一起来看看吧！”接着，教师展示本节课的主角——“AI小导游”（搭载人工智能技术的机器人）：“欢迎大家来到我们的校园。我是AI小导游，很高兴见到你们（机械手臂打招呼），请跟随我一起参观校园吧！”教师还制造突发状况——AI小导游走错了：“哎呀，这是哪儿？我迷路了，亲爱的同学们，快来帮帮我吧！”

在这个环节中，教师创设了“客人老师参观校园”的真实情境，先展示学校的“金牌导游团”，因学生要上课等情况需要请假，再邀请出“AI小导游”，顺理成章地引出本课主题，再由“AI小导游”发出帮助请求，把学生带入真实合理的情境中，唤醒了学生的探究欲望。

（二）引导合作交流，发展学生探究思维

苏霍姆林斯基说：学生学习的一个突出特点，就是他们对学习的对象采取研究的态度。合作探究学习方式，是一群人智慧的结晶，教师积极引导学生合作研究，学生通过沟通交流，取长补短，最终将抽象的问题具体化，将复杂的问题简单化，培养了学生团队的协作和主动探究精神。

在新授环节中，教师纵观整节课，带着学生分析“AI小导游”的正确路线和行为动作。接着，通过“欢迎客人老师光临”“带领客人老师游览”“讲解景点特色”和“欢送客人老师离校”几个项目层层推进，最终实现带领客人老师智游校园的目的。

在此项目开展前，教师已经将学生分为三人一组，并要求每组人员进行分工，如搭建人员、编程人员、调试人员等。其中，编程环节较难，学生在机器搭建好后，可以一起研讨程序的搭建。以“带领客人老师游览”这一项目为例，具体阐述如下。

教师提问：如何让AI小导游沿着规划的线路行驶呢？

学生分析： 在“AI小导游”上， 有两个红外传感器， 左边的是ID2， 右边的是ID3， 两个传感器分别在黑线的两边， 在红外线距离地面1厘米时，  一般红外线检测到白色显示的距离值是 0～1，检测到黑色显示的值是4～6。

学生通过合作探究性学习，分析出程序分为四种情况。

当两个红外传感器的值>3时，说明都检测到黑线，即到达终点，AI小导游停止；

当红外传感器ID3<3，即检测到白色时，说明AI小导游需要左转；

当红外传感器ID2<3，即检测到白色时，说明AI小导游需要右转；

当两个红外传感器的值<3时，说明都检测到白线，即在直行道路上，AI小导游直行。

根据以上分析，编程人员搭建巡线的程序。

在程序烧录后，调试人员到达场地调试，发现转速数值较小时，“AI小导游”会调整较慢，但准确度很高；数值较大时，“AI小导游”调整较快，但准确度不高，因此选用了适中的数值60。

在这一环节中，教师引导学生分组并合作探究，明确分工，对于较难的问题分析与实践，需要三人共同完成。学生间相互帮助，共同学习与探索，有利于培养学生的沟通交流能力、团队合作意识以及合作探索的能力。

（三）鼓励大胆实践，培养学生探究精神

马克思主义认识论的基本原理强调：实践是检验真理的唯一标准。其实，人工智能的程序编写与调试是实践的过程，更是试错的过程，学生在一遍遍试错后，最终达到理想的效果，从而使持之以恒的探究精神得到培养。

项目三“讲解景点特色”，是本课的重要环节，学生会使用到视觉传感器和搭载语音识别的主控。如何到达某一景点即可播报呢？学生通过合作交流，考虑到景点图片内容较为复杂，因此将景点处标上“数字牌”，视觉传感器将准确地识别到并播报景点介绍。

学生在尝试过程中发现，若数字牌放在侧面的景点处，视觉传感器无法识别数字，就无法播报景点介绍，若数字字体过小，也很难识别。因此，学生将数字用马克笔清晰书写，并竖立在道路上才可识别。我们还需让“AI小导游”停下来播报景点，可以文字录入，也可以自己的语音录入，但因环境嘈杂，学生还是选择了“文字录入”。他们在不断尝试与实践中，培养了主动探究精神。

三、探究性学习，人工智能教育助力成长

人工智能教育的开展以探究性学习为主要学习方式，能够培养学生多种能力和素养，同时，教师也要注意方法和策略，才能更好地助力学生成长。

（一）创设真实生动情境，强化学生探究意识

《义务教育课程方案和课程标准（2022 年版）》中明确指出，要深化教学改革，强化学科实践，基于真实情境，培养学生综合运用知识解决问题的能力。本课中，教师创设了“AI小导游”带领客人老师参观校园的真实情境，即从“欢迎”到“游览”再到“欢送”的一系列游览参观的过程。如此真实、有趣的情境，激发了学生主动探究的欲望，增强了学生的探究意识。

（二）倡导多元化学习方式，培养学生探究能力

1.自主探究，调动学生学习主动性

探究性学习的第一个特点是自主性，是将学生作为课堂主体开展教学活动。学生以自己的经验和知识，积极地探索和实践，通过所学知识解决新问题。在本课中，在第一部分“欢迎客人老师”的环节，播放“欢迎客人老师光临”的语音，挥动“手臂”向老师们打招呼。这个任务较容易实现，学生能够通过学过的“控制器播放语音”和“旋转舵机”实现，自主探究即可解决这一问题。

2.合作探究，培养学生团队协作能力

新课标强调，探究性学习更关注学习的过程，而不是结果，教师可以通过让学生实践实现探究的目的。在本课中，教师让学生制作“AI小导游”播报介绍语音，学生通过交流合作，讨论出需要使用到语音识别和视觉识别模块。程序中需要使用到“切换到数字识别AI模型”和“控制器播放语音”，再使用逻辑判断语句搭建程序，实现识别到相应数字即可播报。在合作探究中，学生间互相交流学习，大大提高了学习效率，培养了团结协作能力。

3.数字化合作与探究，发扬创新精神

围绕学习任务，利用数字化设备解决问题，也是在探究性学习中必不可少的，能够大大提高学习效率。在本课最后的“欢送”环节，教师设置开放性任务让学生自己设计，没有想法的学生可以利用网络功能开展搜索，拓展了他们的思路和创新精神。

（三）开展实践探究学习活动，提高学生综合应用能力

综合应用能力是指将所学知识和技能综合运用于实际问题的能力。一般情况下，学生在学习单个知识后能很快掌握，但是在学习多个知识后的综合应用，更能考验学生的综合素养。因此，教师采用了小组合作探究的学习方式，让学生间能够取长补短，共同完成一个项目。本节课涉及语音识别、舵机、红外传感器和视觉识别等知识点，教师并没有将这些知识点割裂开来讲解，而是将原有知识点灵活应用到实际生活的问题中，调整概括，形成一种能包容新旧知识的更高级的认知结构，鼓励学生团队合作，更能激发学生探索综合应用问题的积极性。

信息科技的革新与发展，让我们拥抱人工智能。探究性学习，定会让你的学生爱上这种真实有趣的人工智能课堂！

参考文献

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