基于智能教室的小學(xué)教育教學(xué)活動實(shí)踐案例

基于創(chuàng)新思維的小學(xué)創(chuàng)客教育教學(xué)活動實(shí)踐探究---以XXX小學(xué)人工智能教室為例在我國“大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)”的大背景下，各地中小學(xué)積極結(jié)合校內(nèi)特色、聯(lián)合校外資源，開展創(chuàng)客教育，順應(yīng)時代潮流。然而，從目前國內(nèi)創(chuàng)客教育的實(shí)際教學(xué)情況來看，學(xué)習(xí)活動設(shè)計重“造”輕“創(chuàng)”，教學(xué)目標(biāo)側(cè)重操作步驟和制作成品，重技術(shù)，在一定程度上限制了學(xué)生的創(chuàng)意想法。多數(shù)創(chuàng)客教育實(shí)踐流于形式，更多的只是為學(xué)生提供了開闊視野、動手實(shí)踐的機(jī)會，與提升學(xué)生的創(chuàng)造力、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新思維的目標(biāo)還存在一定的差距。創(chuàng)客教育亟需一種新的范式指導(dǎo)教與學(xué)，而創(chuàng)新思維對于創(chuàng)客教育具有“引領(lǐng)和指導(dǎo)作用”，引入創(chuàng)客教育教學(xué)實(shí)踐中，可以彌補(bǔ)創(chuàng)客教育中存在的問題，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供指導(dǎo)。一、創(chuàng)客教育開展現(xiàn)狀現(xiàn)階段中小學(xué)的創(chuàng)客教育存在以下幾個問題：學(xué)習(xí)者習(xí)慣于按照教師的步驟，模仿作品，學(xué)習(xí)過程淪為照著做，整個過程重“造”輕“創(chuàng)”；以結(jié)果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計，限制了學(xué)習(xí)者創(chuàng)意想法的發(fā)揮，減少了教學(xué)過程的豐富性；課程教學(xué)中重技術(shù)輕思想，過分關(guān)注技術(shù)的炫酷，為了技術(shù)而教，忽視技術(shù)在具有共性且有意義的生活情境中地遷移與運(yùn)用，忽視了技術(shù)人文價值。以上問題導(dǎo)致創(chuàng)客教育中學(xué)習(xí)者最終完成作品的形式單一、內(nèi)容缺乏特色，對于學(xué)習(xí)者創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不足。學(xué)校中的創(chuàng)客教育流于形式，更多的只是為學(xué)生提供了動手實(shí)踐、開拓視野的機(jī)會，與創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)還存在一定的差距。所以創(chuàng)客教育亟需相關(guān)理念的指導(dǎo)、思想的引領(lǐng)和路徑的指引，改進(jìn)與完善現(xiàn)有的教學(xué)教育教學(xué)活動設(shè)計，指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計和課程開發(fā)。創(chuàng)客教育理論基礎(chǔ)（1）注重動手實(shí)踐，讓學(xué)生在“做中學(xué)”創(chuàng)客教育提倡“做中學(xué)”，讓學(xué)習(xí)者從有意義的活動任務(wù)中獲取有價值的知識。鼓勵學(xué)習(xí)者動手實(shí)踐，設(shè)計制造出能夠解決現(xiàn)實(shí)問題的真實(shí)作品，創(chuàng)造的過程就是學(xué)習(xí)的過程。一個作品的創(chuàng)造往往需要多學(xué)科知識和技能的支持，因此，學(xué)習(xí)者在創(chuàng)造中需要不斷學(xué)習(xí)新的知識，并在實(shí)踐應(yīng)用中將知識內(nèi)化、鞏固和提升。學(xué)習(xí)者不再為知識而學(xué)習(xí)，而是為了解決問題，在動手實(shí)踐中學(xué)習(xí)，通過親身體驗，學(xué)生頭腦中的知識建構(gòu)可以更加自然、更加高效地發(fā)生。（2）從現(xiàn)實(shí)問題出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的問題解決能力創(chuàng)客教育提倡讓學(xué)生回歸真實(shí)的世界，從關(guān)注生活、關(guān)注自己與他人需求的過程中尋找創(chuàng)意設(shè)計靈感，始終堅持從生活中來到生活中去的原則。從現(xiàn)實(shí)的問題出發(fā)，將科學(xué)世界中的知識經(jīng)驗和學(xué)習(xí)者的生活世界相聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對于知識的理解和遷移運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。（3）鼓勵學(xué)習(xí)者發(fā)揮創(chuàng)意，將想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)創(chuàng)客教育的核心理念在于創(chuàng)意與制造，追求創(chuàng)意、創(chuàng)新是其重要價值取向，而制造個性化作品則是表達(dá)創(chuàng)新想法的途徑。鼓勵學(xué)習(xí)者自由發(fā)揮想象，尊重學(xué)習(xí)者的每一個想法，鼓勵大膽實(shí)踐，將想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。創(chuàng)客教育以實(shí)物作品為成果，但這并不是最終目的，作品只是學(xué)習(xí)者創(chuàng)新能力的載體、創(chuàng)意想法的體現(xiàn)，更要關(guān)注學(xué)習(xí)者創(chuàng)新能力的培養(yǎng)情況。因此，創(chuàng)客教育的教學(xué)結(jié)果，不僅要關(guān)注學(xué)習(xí)者的“造”，更要強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的“創(chuàng)”，從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)客教育的價值。（4）強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊合作與分享精神，促進(jìn)全人發(fā)展創(chuàng)客教育通常以項目（主題）為主線，需要學(xué)習(xí)者以小組協(xié)作的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，小組成員相互合作，相互啟發(fā)，充分發(fā)揮自己的特長，有助于相互學(xué)習(xí)，共同成長。在創(chuàng)客教育中，鼓勵學(xué)習(xí)者相互分享自己的創(chuàng)意想法、技術(shù)、知識技能以及創(chuàng)新成果，分享的過程中可以得到其他學(xué)習(xí)者的反饋，從而促進(jìn)創(chuàng)新，同時使學(xué)習(xí)者獲得社會性交往的技能，促進(jìn)全人發(fā)展，從而能夠更好地適應(yīng)未來的社會。三、實(shí)踐思路實(shí)踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)?；趧?chuàng)新思維的小學(xué)創(chuàng)客教育教學(xué)活動需要在實(shí)踐中得到檢驗和啟發(fā)，需要應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)問題并得到反饋修改建議，才能使其獲得真正的實(shí)際意義，才能使其得到持久的發(fā)展。通過對比分析多種典型的設(shè)計思維框架，構(gòu)建了基于創(chuàng)新思維的小學(xué)創(chuàng)客教育教學(xué)活動設(shè)計框架，如圖1所示。那么，在設(shè)計框架指導(dǎo)下的教學(xué)活動對于學(xué)習(xí)者自主發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力有何影響？該框架所指導(dǎo)設(shè)計的教學(xué)步驟是否合理？這些問題需要在教學(xué)實(shí)踐中得到解答，因此，本研究以XXX小學(xué)人工智能教室為例，開展教學(xué)實(shí)踐。四、實(shí)驗對象主要以本校五年級學(xué)生為主，每周2節(jié)課（分單雙周），每節(jié)課時長為40分鐘。另選取本校三、四、六年級部分學(xué)生以開設(shè)興趣小組的形式進(jìn)行，每周3節(jié)課，每節(jié)課時長為40分鐘。五、教學(xué)環(huán)境類別名稱功能和要求單位數(shù)量教學(xué)區(qū)通用裝備基礎(chǔ)裝修1.支持教學(xué)活動的實(shí)驗室環(huán)境，教學(xué)用地面積不小于70㎡；2.配備定制化造型臺、物品存儲和展示柜、投影儀和幕布（或電子白板）、學(xué)生桌椅等教學(xué)設(shè)施。間1無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1.支持教學(xué)活動的無線網(wǎng)絡(luò)、計算等功能，同時支持50路終端接入，可完成移動設(shè)備屏幕無線投射至大屏幕；2.網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11acwave2；3.最高傳輸速率：3Gbps（1733Mbps+867Mbps+400Mbps)；4.頻率范圍：三頻（2.4GHz、5GHz、5GHz）。臺1智能中控系統(tǒng)1.支持投影機(jī)、新風(fēng)、背景音樂、視頻源、燈光、智能家居等AIOT網(wǎng)關(guān)集中控制；2.可通過語音識別對空調(diào)、窗簾、燈光等室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行語音交互控制。套1人工智能專用教學(xué)裝備教學(xué)機(jī)器人1.外觀要求：類人型的機(jī)器人組件，無需拼接組裝（其中教師版高度應(yīng)不低于60cm）；2.材料：ABS塑料，安全環(huán)保材料；3.傳感器：包括測距傳感器、巡線傳感器、陀螺儀、觸摸傳感器；4.交互設(shè)備：包括攝像頭、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器、顯示屏等，可編程控制。臺26教學(xué)平板（教師端）1.安卓操作系統(tǒng)，存儲容量不小于16GB；2.四核處理器,2GB以上運(yùn)行內(nèi)存；3.屏幕尺寸不小于10.1英寸,分辨率不小于1920*1200；4.具有陀螺儀、手寫、多點(diǎn)觸控、投屏等功能；5.網(wǎng)絡(luò)支持：支持WiFi2.4G與5G頻段；6.電池容量：不小于5000mAh鋰聚合物電池。臺1教學(xué)平板（學(xué)生端）臺25人工智能開源硬件（基礎(chǔ)版）1.拼接結(jié)構(gòu)組件:環(huán)保塑料拼接結(jié)構(gòu)件；2.AI組件：包括AI能力開發(fā)板、高清攝像頭、線性麥克風(fēng)陣列等；3.傳感器組件：包括Arduino驅(qū)動板、顏色識別、RGB燈、氣體、超聲波、循跡、光敏、紅外、溫濕度等傳感器和編碼電機(jī)；4.充電電池：符全國家安全規(guī)定，容量不少于2000mAh。套26人工智能開源硬件（進(jìn)階版）1.拼接結(jié)構(gòu)組件:環(huán)保鋁合金拼接結(jié)構(gòu)件；2.AI組件：包括AI能力開發(fā)板、高清攝像頭、線性麥克風(fēng)陣列等；3.傳感器組件：包括Arduino驅(qū)動板、顏色識別、RGB燈、氣體、超聲波、循跡、光敏、紅外、溫濕度等傳感器和編碼電機(jī)；4.充電電池：符全國家安全規(guī)定，容量不少于2000mAh。套26超算服務(wù)終端1.CPU：八核處理器,運(yùn)行頻率不小于3.0GHZ；2.內(nèi)存：不小于32GB；3.硬盤：存儲容量不小于1TB；4.顯卡：存儲容量不小于8GB；5.網(wǎng)絡(luò)：支持WiFi模塊和千兆網(wǎng)卡。臺1六、教學(xué)內(nèi)容基于創(chuàng)新思維的選題原則，我校與XXX教師合作，結(jié)合我?，F(xiàn)有的硬件資源和教學(xué)資源，設(shè)計了適合我校五年級學(xué)生創(chuàng)新思維發(fā)展的校本課程《AI上智慧生活》。該課程以“未來智慧生活設(shè)計規(guī)劃”為主題，由一系列具有挑戰(zhàn)性的真實(shí)生活中遇到的問題組成，課程包含電子電路知識、模塊拼裝、編程等內(nèi)容，學(xué)生需要通過合作學(xué)習(xí)，制作合理的解決方案。在該課程中，學(xué)習(xí)者將通過一系列分解主題的學(xué)習(xí)，如智能臺燈、智能風(fēng)扇等，理解智慧生活規(guī)劃設(shè)計的意義，學(xué)習(xí)掌握生態(tài)生活、智慧生活、可持續(xù)發(fā)展等概念，具體內(nèi)容如圖3所示。課程階段建議授課教師建議課時課程主題課程主題概述預(yù)備階段學(xué)校老師1人工智能課堂先導(dǎo)設(shè)備拆箱及歸類，設(shè)備清單核對AI上智慧生活優(yōu)必選老師/學(xué)校老師2智能臺燈（1）通過完成“智能臺燈”模型的搭建和編程

（2）掌握套盒中積木零件的安裝方法以及uKitEDU軟件的基本操作方法

（3）理解“如果…執(zhí)行…”邏輯，了解聲音傳感器和眼燈的功能，體驗編程的樂趣學(xué)校老師2智能風(fēng)扇（1）通過完成“智能風(fēng)扇”模型的搭建和編程

（2）理解“如果…否則…”的邏輯

（3）了解紅外傳感器的測距原理，并熟練運(yùn)用直流電機(jī)，增強(qiáng)環(huán)保觀念。優(yōu)必選老師/學(xué)校老師2智能響鈴儀（1）通過完成“智能響鈴儀”模型的搭建和編程

（2）理解藍(lán)牙音箱的特點(diǎn)

（3）掌握藍(lán)牙音箱的功能以及代碼塊的使用，增強(qiáng)創(chuàng)造力。學(xué)校老師2我的智慧花園（1）了解亮度傳感器的應(yīng)用

（2）學(xué)會亮度傳感器的使用方法

（3）樹立親近自然、愛護(hù)花草樹木的觀念圖3《AI上智慧生活》教學(xué)內(nèi)容七、學(xué)習(xí)資源學(xué)習(xí)資源是學(xué)習(xí)有效開展的必要保證?；趧?chuàng)新思維的小學(xué)創(chuàng)客教育強(qiáng)調(diào)教師根據(jù)學(xué)習(xí)者的自主創(chuàng)造設(shè)計需求靈活開展活動，環(huán)境與資源的設(shè)計需要堅持開放性的原則，開放性的環(huán)境允許學(xué)習(xí)者和教師隨時隨地提供開放性的學(xué)習(xí)資源，支持學(xué)習(xí)者更好地創(chuàng)新設(shè)計，將想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。教師為學(xué)習(xí)者動態(tài)提供學(xué)習(xí)資源，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)進(jìn)度選擇學(xué)習(xí)資源，如圖5所示。AI上智慧生活課程主題課程參考資料人工智能課堂先導(dǎo)開課前校內(nèi)師訓(xùn)及開課前素材包智能臺燈/VVideoOpen?id=1587&courseId=52&paperId=

教師用書智能風(fēng)扇/VVideoOpen?id=1593&courseId=52&paperId=

教師用書智能響鈴儀/VVideoOpen?id=1632&courseId=52&paperId=

教師用書我的智慧花園/VVideoOpen?id=1607&courseId=52&paperId=

教師用書圖5基于創(chuàng)新思維的小學(xué)創(chuàng)客教育教學(xué)活動學(xué)習(xí)資源八、教學(xué)評價1.作品質(zhì)量評價作品質(zhì)量評價是對學(xué)習(xí)者最終設(shè)計創(chuàng)造的作品進(jìn)行評價，主要包括教師評價和學(xué)生互評。教師評價主要是教師基于自己的專業(yè)知識根，據(jù)創(chuàng)客大賽的評價原則，從創(chuàng)新性、科學(xué)性、實(shí)用性、藝術(shù)性、技術(shù)性5個角度考慮。學(xué)生互評則根據(jù)學(xué)生互評表和用戶意見反饋表進(jìn)行評價。學(xué)生互評表以打星星的形式進(jìn)行評價，主要創(chuàng)新性、科學(xué)性、實(shí)用性、藝術(shù)性、技術(shù)性5個維度進(jìn)行評價，如圖6所示，給的星星越多，評價越好。用戶體驗反饋表，如圖7所示。在其他小組展示作品時，學(xué)習(xí)者可以將自己想象成為用戶，根據(jù)小組成員的對作品的展示介紹，從用戶的角度出發(fā)，為其提供反饋意見。2