郭君芳

近年來，針對如何使“人工智能應用”走進課堂的問題，筆者所在學校的專業(yè)教師不斷地進行頭腦風暴，制訂方案，實驗探究，最終結(jié)合STEAM教育理念創(chuàng)設了“喵星人的智能家”系列項目，把情趣教學模式與嚴謹?shù)脑煳镞^程和生活藝術的審美觀念進行了恰當?shù)娜诤希筍TEAM創(chuàng)智課堂情智相間、趣味盎然。

案例設計

該項目起源于學生的一項課外實踐活動——如何安頓流浪貓？它是從日常生活中遇到的問題入手，聯(lián)系家庭飼養(yǎng)寵物貓咪及星球萌寵喵星人（視頻資料）的生活習性，基于STEAM教育理念，以智能物聯(lián)開發(fā)板為載體，運用工程、信息技術、藝術、數(shù)學等綜合技術開展的學生自主實驗探究活動。

該項目采用90分鐘的長課時實施，充分考慮項目式教學的特點，運用STEAM學科融合的教學方式，把人工智能與學生科技實驗探究相結(jié)合，從而實現(xiàn)了課堂中的“智能造物”。

確定項目

學生在影片賞析課堂上對《喵星人》這部電影的精彩片段進行分享。此次影片分享為麥島小學四年級二班學生發(fā)現(xiàn)“有研究價值”的問題埋下了一顆魔力種子，引發(fā)了該班級學生對飼養(yǎng)家庭寵物貓咪的密切關注。同時，結(jié)合課外實踐活動——如何安頓流浪貓？課堂內(nèi)外他們激烈探討，暢所欲言，樂此不疲，探討貓咪的各種趣事，連鎖反應引起了相關教師的注意，于是在師生共同謀劃下創(chuàng)造性地使人工智能應用與飼養(yǎng)貓咪活動進行了一次完美的“牽手”，創(chuàng)設研發(fā)了“喵星人的智能家”項目。

項目實施

1.平面設計

小學四年級的學生從未接觸過類似設計圖形的專業(yè)軟件，對他們談具體的平面設計，很多人都認為是天方夜譚。為了降低項目難度，便于實踐操作，教師先從實物模型設計開始，讓學生對房屋外殼有個整體的認知。

首先從家庭飼養(yǎng)寵物貓咪的生活經(jīng)驗入手，通過調(diào)查問卷、訪談、檢索信息資料等方式，對貓咪的生活習性有了基本的了解；掌握了搭建喵星人的家的特質(zhì)——結(jié)構(gòu)堅固、自由出入、遮風擋雨、透光性較好、溫暖舒適、衣食無憂等；以小組為單位繪制喵星人智能家的思維導圖結(jié)構(gòu)，使學生在積極參與實踐的過程中，明確該項目能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。然后各小組積極策劃討論小屋的外形結(jié)構(gòu)，利用各種廢舊環(huán)保材料（紙殼、卡紙、海綿紙、揉搓紙、冰糕棒、磁力片、磁力柱），借助熱熔膠槍、膠帶、螺絲釘、3M膠等固定成基本的房屋外殼。同時，邀請專業(yè)教師介紹房屋的基本建模知識，簡單學習專業(yè)軟件Photoshop或AutoCAD的基本使用方法，使學生繪制出房屋的基本平面，然后通過激光雕刻機切割房屋的各個部分。

在實踐操作過程中，學生們的興趣異常濃厚，遇到問題積極尋求解決辦法，改進相關設計，再實踐，在這個過程中，學生的計算分析能力、工程設計能力、邏輯判斷能力、團隊合作能力得以潛移默化地提升。

2.程序設計

如何讓“喵星人的家”更加方便智能呢？通過對市面上各種硬件設備的調(diào)查與論證，最終筆者選擇了智能物聯(lián)開發(fā)板，互聯(lián)各種傳感器，實現(xiàn)喵星人家的“智能化”管理。通過Python編程軟件，使學生初步感知軟件編程的魅力，結(jié)合硬件，更為直觀地了解代碼的具體實現(xiàn)路徑。

“喵星人的智能家”具有一個貼心的“房屋小管家”，它能實時感知喵星人的信息，及時照顧喵星人的飲食起居。當它吃飯、喝水、睡覺、玩?；蛏r，“小管家”隨時獲知信息，第一時間為它們提供服務。師生對這一情境進行仔細分析，明確所需解決的任務：監(jiān)測是否有貓咪進入，定時定量投喂食物；監(jiān)測貓咪體溫并發(fā)出生病警報。完成這兩項任務所需要的硬件主要有智能物聯(lián)開發(fā)板、紅外測物傳感器、溫濕度傳感器、蜂鳴器、繼電器、顯示屏，利用Python軟件進行編程控制，從而實現(xiàn)智能家的“智能互聯(lián)”。通過作品程序設計，使學生體驗編程研發(fā)的過程，形成批判性思維，養(yǎng)成團隊合作與創(chuàng)新的習慣。

3.拼裝搭建

通過前面兩個環(huán)節(jié)的實踐，學生已經(jīng)制作出了房屋的外殼，實現(xiàn)了智能控制的裝置，如何將二者合二為一，整合成喵星人的智能家呢？我們充分考慮了每一個硬件的大小尺寸、功能、美觀等方面，不斷地進行小組研討，調(diào)整完善每一個小組設計的房屋。

例如，紅外測物傳感器，主要是檢測是否有貓咪進入，它放置的位置必須在門口的位置，有的小組雖然也放到門口，卻始終檢測不到貓咪的進入，或者檢測不靈敏，學生通過不斷地實驗發(fā)現(xiàn)燈的朝向問題也會影響到測物的力度。

而溫度傳感器，在這種場景中主要用于檢測貓咪的體溫，貓咪的體溫通常是27度，當超出這個溫度時，蜂鳴器就會發(fā)出警報聲，用于提醒人類此刻貓咪身體異常，需要找寵物醫(yī)生給予及時的幫助。

4.成果匯報

最后是項目的成果匯報環(huán)節(jié)，分享展示相關成果（如左圖）。

小組創(chuàng)設情境，幫助喵星人解決了各種后顧之憂，暢談遇到的問題是如何解決的以及仍然存在的問題。隨著一個個問題的解決，學生解決問題的能力也在潛移默化地提升。筆者創(chuàng)設了各種展示平臺，鼓勵班級小組走出去展示團隊風采，同時采用多元評價方式，不僅注重學生展示的作品的美觀及功能的評價，更注重學生在項目實踐的過程中遇到的困惑及解決問題的方法、團隊分工協(xié)作的具體實施，以及在實踐中形成的情感態(tài)度與價值觀。我們采用自評與他評（同伴評、教師評、家長評）相結(jié)合的評價方式，形成多元化的課程評價體系，正確導向?qū)W生的成長性思維模式。

項目反思

剛開始接觸STEAM、人工智能應用時，我們感覺一切都是新鮮的，茫然無措。信息技術教師、科技教師及綜合實踐教師來了個綜合組的集體頭腦風暴，積極策劃了這個跨學科的整合項目。我們在實踐過程中不斷嘗試、調(diào)整、探究，在學科融合式的情趣教學模式引領下，逐步推進學校的STEAM教育教學工作的開展。

在探索STEAM教育的道路上，我們一路前行，“智”造未來，“慧”創(chuàng)生活。我們不斷聚焦學生科學素養(yǎng)，借助智能物聯(lián)開發(fā)板，共享智慧滋生情趣，嘗試使學生的想象、經(jīng)驗完美著陸，為其搭建人工智能實踐的平臺。