莫莉姣 陳嵐鑫 鐘柏昌

摘要： 人工智能+STEM教育是當(dāng)前人工智能教育發(fā)展的一個新方向。二者的結(jié)合不僅有利于學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也有利于提高學(xué)生跨學(xué)科解決真實問題的能力，并能激發(fā)他們學(xué)習(xí)的主動性。“智能分類垃圾桶”就是人工智能+STEM教育的一個典型項目。本文在分析現(xiàn)有教學(xué)項目的基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化方案，并結(jié)合結(jié)構(gòu)創(chuàng)新型教學(xué)模式設(shè)計了相關(guān)教學(xué)活動，為人工智能+STEM教育的開展提供鮮活的案例。

關(guān)鍵詞：智能分類垃圾桶;垃圾分類;STEM教育;人工智能

一、研究背景

STEM教育起源于美國，是科學(xué)（science）、技術(shù)（technology）、工程（engineering）、數(shù)學(xué)（mathematics）四門學(xué)科的簡稱，強調(diào)多學(xué)科的交叉整合，并形成有機(jī)整體，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力^[1]。STEM教育中包含的“技術(shù)”領(lǐng)域，其本質(zhì)在于將技術(shù)與科學(xué)、工程和數(shù)學(xué)等知識有效融合，促進(jìn)學(xué)生形成生成性成果，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力^[2]。隨著人工智能技術(shù)的快速普及，全方位提高學(xué)生對人工智能的整體認(rèn)知和應(yīng)用水平迫在眉睫。2017年，國務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》要求實施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。同年，教育部頒布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將“人工智能初步”列為選擇性必修模塊。在國家政策積極扶持的背景下，如何借助計算機(jī)視覺、人機(jī)交互、機(jī)器學(xué)習(xí)等新興人工智能技術(shù)創(chuàng)新STEM教育項目的設(shè)計，促進(jìn)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)真正的跨學(xué)科融合，成為當(dāng)下課程與教學(xué)研究的重要內(nèi)容^{[3] [4]}。一些學(xué)校和一線教師已經(jīng)行動起來，開始嘗試在STEM教育和創(chuàng)客教育等跨學(xué)科課程中探索人工智能的應(yīng)用。尤其是在垃圾分類這一社會熱點議題下，“智能分類垃圾桶”作為典型的人工智能+STEM教育項目，吸引了眾多學(xué)校的關(guān)注。遺憾的是，從實踐層面看，其設(shè)計與實現(xiàn)方法依然老套，缺少新意，未能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

二、現(xiàn)有“智能分類垃圾桶”教學(xué)項目價值分析

智能分類垃圾桶已逐步走進(jìn)人們的生活，其蘊含的科學(xué)原理也具備一定的探究價值。其教學(xué)項目的開發(fā)與制作過程不僅能讓學(xué)生體驗人工智能技術(shù)的應(yīng)用，也能讓學(xué)生參與到垃圾分類的實踐活動中，有效提升他們的創(chuàng)新實踐能力和問題解決能力。

（一）智能分類垃圾桶的分類

智能分類垃圾桶的工作原理是將人工智能技術(shù)應(yīng)用于垃圾的收集和分類環(huán)節(jié)，進(jìn)而幫助人們完成垃圾分類工作。總的來說，學(xué)生制作的智能分類垃圾桶可分為輔助型和全自動型兩種。

輔助型智能分類垃圾桶通常是圖像識別技術(shù)與分類垃圾桶的結(jié)合，用戶使用微信小程序或配套App掃描垃圾后，系統(tǒng)識別垃圾并將其自動匹配到相應(yīng)的垃圾收集箱，用戶再手動投放垃圾。此類作品僅在垃圾識別與分類這一環(huán)節(jié)發(fā)揮人工智能的輔助作用，未能實現(xiàn)自動投放垃圾的功能。全自動型智能分類垃圾桶則是將人工智能技術(shù)應(yīng)用于垃圾識別、分類、自動投放的全過程。用戶只需將垃圾放置在投放口，系統(tǒng)便能自動掃描識別其類型，并自動分類和傾倒垃圾。但受功能所限，目前多數(shù)全自動型智能分類垃圾桶只能實現(xiàn)單件垃圾的單次投放。

（二）以智能分類垃圾桶為主題的教學(xué)探索

目前，以智能分類垃圾桶為主題的教學(xué)通常以項目式學(xué)習(xí)的方式開展?？偟膩碚f，可以分為面向設(shè)計思維的STEM課程、創(chuàng)意智造類STEM課程和面向人工智能技術(shù)的實踐類課程等。

面向設(shè)計思維的STEM課程，通常是由教師定義一個具有操作性的問題，學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴激發(fā)其設(shè)計想象，再經(jīng)過簡單的工程設(shè)計過程，最終完成項目的制作。此類課程主要面向低年級學(xué)生，教學(xué)中對作品的功能不宜做過多要求，而是從思想教育和實踐操作兩個方面培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識和初步物化的能力，注重學(xué)生思維的發(fā)展和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，學(xué)習(xí)難度較小。例如在“創(chuàng)意DIY分類小助手”項目中，學(xué)生通過想象、設(shè)計、制作等步驟，創(chuàng)作出簡易的“隱形”垃圾桶、“懸浮”垃圾桶、“階梯”垃圾桶等^[5]。

在創(chuàng)意智造類STEM課程中，學(xué)生通常需要結(jié)合Arduino等開源硬件和各類傳感器進(jìn)行實踐，項目制作過程需要綜合運用編程知識和其他學(xué)科知識。例如，在“環(huán)保小能手——智能垃圾桶”項目中，教師基于STEM理念指導(dǎo)學(xué)生綜合運用Arduino編程知識和舵機(jī)模塊、觸摸傳感器、超聲波傳感器等完成了智能垃圾桶的原型設(shè)計 ^[6]。又如，為實現(xiàn)金屬垃圾的再利用，張祿、周靖皓等人設(shè)計制作了一款基于Arduino的金屬垃圾回收系統(tǒng)，以實現(xiàn)金屬垃圾與非金屬垃圾的自動分類^[7]。

在面向人工智能技術(shù)的實踐類課程中，教師通常更關(guān)注人工智能技術(shù)的應(yīng)用和學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。為帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)一步體驗人工智能技術(shù)的應(yīng)用，教師通常會選擇需要模型訓(xùn)練的人工智能技術(shù)。例如，為使學(xué)生掌握計算機(jī)視覺技術(shù)和語音識別技術(shù)，北京市十一學(xué)校的校本課程“人工智能技術(shù)與應(yīng)用”以“AI助力垃圾分類”這一真實項目為載體，運用Teachable Machine工具教會機(jī)器識別廢紙、塑料瓶，讓學(xué)生對訓(xùn)練分類器有更加深入的認(rèn)識^[8]。

（三）對當(dāng)前教學(xué)實踐研究的反思

從以上案例可知，“智能分類垃圾桶”教學(xué)項目在中小學(xué)階段有著較為豐富的實踐應(yīng)用，但大多側(cè)重于讓學(xué)生簡單模仿已有的教學(xué)產(chǎn)品，導(dǎo)致新技術(shù)的使用和功能的實現(xiàn)都存在較大的局限性，從而出現(xiàn)作品雷同、缺乏個性和創(chuàng)造性的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為以下方面。

一是人工智能技術(shù)應(yīng)用的淺層化。圖像識別確實是計算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展得最為成熟的技術(shù)之一，但現(xiàn)有的智能分類垃圾桶項目，尤其是創(chuàng)意智造類STEM課程仍局限于圖像識別的應(yīng)用，且多以識別圖片垃圾為主，就過于淺顯了。圖片垃圾的體積和重量都無法比擬真實垃圾，難以增加“溢滿判斷”的功能。為提升人工智能技術(shù)的應(yīng)用水平，我們建議應(yīng)盡量使用真實垃圾或“立體垃圾”。

二是項目的功能單一化。目前出現(xiàn)在中小學(xué)實踐項目中的智能分類垃圾桶，多數(shù)只能實現(xiàn)自動“分類”和“開蓋”的過程，無法將“扔”“識別”和“投放”等過程整合起來，需要用戶在其識別垃圾后手動投放垃圾。顯然，這難以真正體現(xiàn)人工智能的優(yōu)勢。作為一個教學(xué)項目，帶領(lǐng)學(xué)生全面體驗人工智能的優(yōu)勢并激發(fā)其對未來美好生活的向往，是人工智能教育的一個重要訴求。

三是外觀設(shè)計的定式化?，F(xiàn)有智能分類垃圾桶在外觀造型上多以并排的四個分類垃圾桶為主，分類垃圾桶的并排式分布已然成為思維定式，這明顯不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。另外，分類垃圾桶分類標(biāo)志不明顯，只在顏色和基本標(biāo)志上有所區(qū)別，并沒有明確的分類圖示或語音提示，尚缺乏進(jìn)一步的創(chuàng)意挖掘。

由上可見，當(dāng)前的教學(xué)應(yīng)用沒有充分挖掘人工智能技術(shù)在中小學(xué)教育中的價值，甚至一些實踐者尚未意識到人工智能技術(shù)在中小學(xué)STEM教育中的潛力。在未能充分感知技術(shù)應(yīng)用價值的前提下，教育者和實踐者往往難以實現(xiàn)對技術(shù)的充分利用，即使有所探索，其教學(xué)效果也會大打折扣^[9]。

三、對“智能分類垃圾桶”教學(xué)項目的創(chuàng)新設(shè)計

根據(jù)上述分析，我們針對“智能分類垃圾桶”項目提出了進(jìn)一步的創(chuàng)新優(yōu)化方案，并設(shè)計出了一款全自動、低成本的智能分類垃圾桶。

在材料選擇上，我們選用了Kendryte K210處理器為核心開發(fā)的人工智能攝像頭模塊（以下簡稱人工智能攝像頭）作為圖像識別設(shè)備，Arduino UNO控制板作為整個系統(tǒng)的控制核心，同時搭配超聲波傳感器、舵機(jī)模塊、紅外感應(yīng)器、LED燈帶、MP3模塊等共同完成工作。各個部分的傳感器協(xié)調(diào)配合工作，實現(xiàn)了全自動智能垃圾分類的功能，同時還具備一定的“人—桶”交互功能（如圖1）。

（一）整體功能的創(chuàng)新設(shè)計

本項目從自動感應(yīng)、圖像識別、全自動投放、溢滿判斷和語音播報五個方面對智能分類垃圾桶進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。項目的工作流程如圖2所示。

1.自動感應(yīng)

為解決垃圾桶的異味問題，我們在垃圾桶的投放口增加了一個紅外感應(yīng)門，使用紅外感應(yīng)器判斷是否有人靠近。當(dāng)用戶靠近垃圾桶時，紅外感應(yīng)器感應(yīng)到人，舵機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動感應(yīng)門，打開垃圾桶蓋，用戶便可投放垃圾。其中，位于垃圾桶上方的托盤供用戶放置垃圾。較之傳統(tǒng)的腳踩開蓋式垃圾桶，自動感應(yīng)開蓋能為用戶帶來更好的使用體驗。

2.圖像識別

我們將圖片垃圾替換成實物垃圾或由3D打印制作的“立體垃圾”，以最大限度地模擬真實使用場景。我們在使用人工智能攝像頭進(jìn)行圖像識別時，增加了模型訓(xùn)練的過程，即先采集所有垃圾的圖像，再標(biāo)記數(shù)據(jù)集，經(jīng)過多次迭代訓(xùn)練，人工攝像頭便能自動識別出垃圾的類型。在教學(xué)中，教師若能以該方式引導(dǎo)學(xué)生探索體驗計算機(jī)識別圖像的整個過程，學(xué)生必然會認(rèn)識到數(shù)據(jù)對結(jié)果的重要性，進(jìn)一步掌握圖像識別原理。

3.全自動投放

在智能垃圾桶的投放功能上，我們創(chuàng)新性地使用兩個舵機(jī)控制托盤的左右和上下移動：通過左右移動，將垃圾運載到相應(yīng)的垃圾收集箱上方;通過上下移動傾倒垃圾，從而自動、精準(zhǔn)地投放垃圾。全自動投放是本作品最主要的功能，也是最大的創(chuàng)新點。它已初步實現(xiàn)了對單個垃圾從“扔”到“分類”再到“精準(zhǔn)投放”的全自動過程。教學(xué)項目中若增加類似的功能，不僅能創(chuàng)新項目的功能，還能更加貼合實際需求，幫助學(xué)生進(jìn)一步體會人工智能技術(shù)給生活帶來的便利。

4.溢滿判斷

內(nèi)置在托盤底部的超聲波傳感器可對“溢滿”狀態(tài)進(jìn)行判斷。在用戶每次投放垃圾之前，也就是托盤移動到相應(yīng)的垃圾收集箱上方時，該傳感器能夠判斷各垃圾收集箱是否溢滿。若有一個垃圾收集箱已經(jīng)裝滿，用戶再向垃圾桶投放相同類型的垃圾時，系統(tǒng)將停止“投放”，并給出語音提示。

5.語音播報

在智能分類垃圾桶識別到垃圾后，會語音播報識別結(jié)果，包括垃圾名稱和所屬類型，便于用戶確認(rèn)自己投放的垃圾是否被正確識別。如果某垃圾收集箱的狀態(tài)為溢滿，智能分類垃圾桶會亮起紅色LED燈，同時伴有語音播報，提醒用戶及時清空垃圾桶，以保證系統(tǒng)正常運行。

（二）外觀形狀的創(chuàng)意設(shè)計

智能分類垃圾桶的造型設(shè)計應(yīng)簡潔、直觀，為保證其易識別性，不宜做過多修飾。學(xué)生可通過垃圾桶的桶身結(jié)構(gòu)、圖示、文字等要素引導(dǎo)用戶正確投放垃圾。為改進(jìn)現(xiàn)有智能分類垃圾箱外觀設(shè)計上的不足，我們將垃圾箱制作成一個大的立方體結(jié)構(gòu)，內(nèi)置四個垃圾收集箱，分別對應(yīng)干垃圾、濕垃圾、可回收垃圾和有害垃圾，以“田字格”的形式分布在其中，實現(xiàn)了空間利用的最大化。此外，人們通常將舵機(jī)安裝在每個垃圾收集箱的桶身和桶蓋連接處，通過四個舵機(jī)的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)垃圾桶的自動開蓋。這樣的控制方式既浪費材料又缺乏新穎性。我們則將四個舵機(jī)簡化為兩個舵機(jī)，使其配合工作實現(xiàn)“精準(zhǔn)投放”垃圾。為增強提示效果，我們還在垃圾桶頂部設(shè)置了帶有四個LED燈的燈帶，作為溢滿的信號提示（如圖3）。用戶可根據(jù)燈帶提示，及時清理溢滿的垃圾收集箱。

四、基于結(jié)構(gòu)創(chuàng)新型教學(xué)模式的“全自動智能分類垃圾桶”教學(xué)設(shè)計

為將全自動智能分類垃圾桶用于教學(xué)中，教師需要對其進(jìn)行針對性的教學(xué)設(shè)計。以前，STEM項目采用的教學(xué)方法較為單一，如要求學(xué)生從零開始設(shè)計與制作項目，教學(xué)周期長，開發(fā)過程存在較多局限性，不適用于強調(diào)迭代設(shè)計與創(chuàng)新開發(fā)的智能分類垃圾桶項目。本團(tuán)隊曾將逆向工程方法引入機(jī)器人教育、創(chuàng)客教育和STEM教育，提出了逆向工程教學(xué)模式的“燈籠模型”。該模型包括四種具體的教學(xué)模式^[10]。其中，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新型教學(xué)模式（如圖4）適用于對現(xiàn)有產(chǎn)品（作品）進(jìn)行改造或改良的教學(xué)，強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的微創(chuàng)新能力。這一模式與上述智能分類垃圾桶項目強調(diào)通過優(yōu)化產(chǎn)品來培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的目標(biāo)十分契合。因此，筆者將以結(jié)構(gòu)創(chuàng)新型教學(xué)模式為例，介紹如何在初中階段開展“全自動智能分類垃圾桶”項目的教學(xué)。

在設(shè)計學(xué)習(xí)活動之前，教師需要進(jìn)一步明確教學(xué)目標(biāo)。本項目的教學(xué)目標(biāo)可以表述為：學(xué)生在了解了智能分類垃圾桶產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行分解與觀察，結(jié)合新的科學(xué)知識和人工智能技術(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，再設(shè)計出富有創(chuàng)新性與個性化的產(chǎn)品，通過多元化評價促進(jìn)學(xué)生反思學(xué)習(xí)過程，進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力和問題解決能力。參考結(jié)構(gòu)創(chuàng)新型教學(xué)模式的基本流程，整個教學(xué)過程可分為試用與感知、分解與觀察、結(jié)構(gòu)再造與測試、評價與總結(jié)四個環(huán)節(jié)。

（一）試用與感知

該環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生全面體驗現(xiàn)有的產(chǎn)品（作品），對產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)等形成初步的認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生的興趣。在教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位試用前述全自動智能分類垃圾桶，體驗產(chǎn)品的使用方式、結(jié)構(gòu)組成等，并為學(xué)生提供學(xué)習(xí)工作紙，以便學(xué)生記錄產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)。

（二）分解與觀察

分解與觀察是指讓學(xué)生結(jié)合逆向思維推測產(chǎn)品的設(shè)計方法和過程，對產(chǎn)品進(jìn)行自主解構(gòu)和復(fù)原。在教學(xué)中，教師需要為學(xué)生提供全自動智能分類垃圾桶的相關(guān)說明性文件（包括程序的解釋說明、產(chǎn)品功能介紹等）。學(xué)生對其進(jìn)行分解與觀察，同時描述硬件的拆分過程，包括拆分的順序、零件名稱和位置等，以便產(chǎn)品結(jié)構(gòu)再造時參考。

（三）結(jié)構(gòu)再造與測試

結(jié)構(gòu)再造與測試是教學(xué)實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它需要學(xué)生依據(jù)改進(jìn)策略重新選材，進(jìn)行產(chǎn)品的“再設(shè)計”，尤其要注重完善產(chǎn)品的形式與功能。在教學(xué)中，學(xué)生小組需要根據(jù)已有的智能分類垃圾桶設(shè)計方案，思考其他方案，同時說明每一項修改的原因或理由，最終確定一個比較完整的再設(shè)計方案展開制作，突出創(chuàng)新性。

值得注意的是，結(jié)構(gòu)再造強調(diào)“再設(shè)計”。這對學(xué)生的要求較高，教師應(yīng)及時評估學(xué)生設(shè)計方案的可行性、創(chuàng)新性等，并提出建設(shè)性的指導(dǎo)意見，鼓勵學(xué)生形成迭代意識，不斷完善產(chǎn)品。

（四）評價與總結(jié)

評價與總結(jié)通常包括學(xué)生自我評價和教師評價兩個方面。小組成員需要展示自己的智能分類垃圾桶作品，將再設(shè)計后的作品與原產(chǎn)品進(jìn)行比較，從功能與結(jié)構(gòu)、技術(shù)與創(chuàng)新等方面進(jìn)行自我評價;教師則需要通過課堂觀察，記錄學(xué)生的表現(xiàn)以及小組合作的情況，并結(jié)合學(xué)習(xí)工作紙和再設(shè)計方案等，對學(xué)生的設(shè)計過程進(jìn)行評價。

需要說明的是，以上只是基于結(jié)構(gòu)創(chuàng)新型教學(xué)模式對“全自動智能分類垃圾桶”教學(xué)項目給出的教學(xué)建議。教師在教學(xué)實踐的過程中，應(yīng)避免簡單的模仿，而要參悟其中的設(shè)計思想，結(jié)合實際的教學(xué)條件和經(jīng)驗，從人工智能技術(shù)和STEM教育的特點出發(fā)，不斷完善教學(xué)項目。另外，在教學(xué)實踐中，為使項目的整體設(shè)計更加直觀，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用繪制草圖、流程圖等方式，將設(shè)想的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為視覺形象，并通過討論、質(zhì)疑等方式優(yōu)化設(shè)計方案，最后深度使用新興技術(shù)并參與實踐創(chuàng)新行動。

五、總結(jié)與展望

整體而言，對于人工智能+STEM教育的有效落實，一方面需要教師全面把握人工智能和STEM教育的內(nèi)涵;另一方面需要設(shè)計具有可操作性的教學(xué)項目作為連接二者的橋梁。本文以“智能分類垃圾桶”教學(xué)項目為例，探討了人工智能+STEM教育的實施方式。與過往實踐案例相比，本文提出的設(shè)計方案具有以下四個特點：一是面向真實場景，實物垃圾的識別以及自動投放功能的實現(xiàn)等均與實際生活場景高度相似;二是實現(xiàn)完整功能，從“自動開合”到“智能分類”再到“精準(zhǔn)投放”，該垃圾桶完整實現(xiàn)了高度自動化的垃圾分類功能;三是優(yōu)化組成結(jié)構(gòu)，“田字式”分布結(jié)構(gòu)占用空間小，側(cè)開門收取垃圾的方式也更便于垃圾清理;四是節(jié)約制作成本，僅用兩個舵機(jī)便完成了自動投放垃圾的工作，極大地滿足了低成本、高效率的開發(fā)需求。在教學(xué)實踐中，還應(yīng)注意以下問題。

第一，項目功能要體現(xiàn)智能化的思想。新技術(shù)支持下的產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)該注重功能的創(chuàng)新。從傳統(tǒng)技術(shù)到數(shù)字技術(shù)，再到人工智能技術(shù)，我們可以運用的技術(shù)越來越先進(jìn)，能夠創(chuàng)新的方向自然也應(yīng)更豐富。例如，制作智能分類垃圾桶，需要考慮到用戶對垃圾分類和自動投放的完整需求。實際上，無論是投放到市場的商品還是用于教學(xué)的項目，都要全方位考慮用戶的實際需求，使人工智能真正發(fā)揮出其智能的本領(lǐng)。人工智能時代背景下，項目的開發(fā)不能僅停留于傳統(tǒng)的手工制作，而要利用更加現(xiàn)代化的技術(shù)手段，朝著更加智能化的方向發(fā)展，更好地落實創(chuàng)意物化的目標(biāo)。

第二，設(shè)計大單元或?qū)ｎ}化學(xué)習(xí)活動。STEM教育向來強調(diào)項目式學(xué)習(xí)的方式，垃圾分類作為一個社會熱點問題，教學(xué)中絕不能僅局限于智能分類垃圾桶這一應(yīng)用，還可以將其擴(kuò)展成一個大的專題活動，增加多樣化的探究項目。例如，教師可結(jié)合“為什么要做垃圾分類”“垃圾的回收與利用”“智能分類垃圾桶的設(shè)計制作”“垃圾的無害化處理”等活動，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行全面的探究，通過系列項目的深化探究，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

第三，探索更多的教學(xué)模式。就教學(xué)而言，新的產(chǎn)品與項目層出不窮，但常常受限于單一、傳統(tǒng)的教學(xué)方法，使其難以出現(xiàn)在課堂上。這也是難以實現(xiàn)人工智能+STEM教育的原因之一。因此，在充分理解和掌握現(xiàn)有教學(xué)項目的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)該積極探索更具有針對性的教學(xué)模式，使具有教學(xué)價值的項目得以有效落地。本文以結(jié)構(gòu)創(chuàng)新型的逆向工程教學(xué)模式為例，設(shè)計了“全自動智能分類垃圾桶”項目的教學(xué)活動，我們希望以此激發(fā)教師在探索人工智能+STEM教育的過程中不斷嘗試更有針對性的教學(xué)模式。

注：本文系2021年度華南師范大學(xué)哲學(xué)社會科學(xué)重大培育項目“促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的跨學(xué)科教育模式研究”（ZDPY2104）的研究成果。

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（作者莫莉姣和陳嵐鑫系華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院研究生;鐘柏昌系華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，本文通信作者）

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