[摘? ? 要]我國中小學(xué)人工智能教育尚處于探索實(shí)踐的起步階段。人工智能課程注重學(xué)生的體驗(yàn)與探索，而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和5E教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，能夠較好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，有助于人工智能課程的開展。研究者以“語音識(shí)別之智能小屋”為例，嘗試將項(xiàng)目學(xué)習(xí)法和5E教學(xué)法進(jìn)行融合，通過5E項(xiàng)目教學(xué)法探索一種適合人工智能通識(shí)課程教學(xué)的單元設(shè)計(jì)框架，著力培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新能力，追求有深度的生本課堂。

[關(guān)鍵詞]5E項(xiàng)目教學(xué)法;人工智能;單元設(shè)計(jì);生本課堂

2017年，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，并在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）》中將“人工智能初步”列為選擇性必修模塊。人工智能教育的發(fā)展得到了國家的重視。[1]2020年，廈門市為全面貫徹落實(shí)國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》精神，深入實(shí)施《廈門教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，促進(jìn)中小學(xué)人工智能應(yīng)用和普及水平穩(wěn)步提升，開展了“人工智能課程進(jìn)百?！苯逃圏c(diǎn)工作，使人工智能課程作為科普課程（獨(dú)立學(xué)科），納入廈門市中小學(xué)必修課程。在國家政策大力支持的背景下，在新課程新課標(biāo)的“雙新”指導(dǎo)下，人工智能課程注重體驗(yàn)與探索的教學(xué)策略，讓學(xué)生親身參與并感受技術(shù)給人們生活帶來的改變，從而激發(fā)其對(duì)人工智能的興趣。身處科技飛速發(fā)展的時(shí)代，學(xué)生要如何認(rèn)知這個(gè)世界，如何將課堂所學(xué)知識(shí)遷移到多元領(lǐng)域中？為此，本研究致力于生本課堂的構(gòu)建，基于“大單元視角”，依托5E項(xiàng)目教學(xué)法，堅(jiān)持以“ 學(xué)生為中心、情境為載體、探究為手段、發(fā)展為目標(biāo)”，追求有深度、有生成、有意義的課堂教學(xué)。

一、核心概念界定

1.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

美國巴克教育研究所把以課程標(biāo)準(zhǔn)為核心的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Standards-Focused PBL）定義為“一套系統(tǒng)的教學(xué)方法，它是對(duì)復(fù)雜、真實(shí)問題的探究過程，也是精心設(shè)計(jì)項(xiàng)目作品、規(guī)劃和實(shí)施項(xiàng)目任務(wù)的過程，在這個(gè)過程中，學(xué)生能夠掌握所需的知識(shí)和技能”[2]?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)真實(shí)性學(xué)習(xí)，以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過程、計(jì)算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識(shí)，提升問題解決能力[3]?；陧?xiàng)目的學(xué)習(xí)作為一種教學(xué)方法，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體參與性，在教師引導(dǎo)下，學(xué)生在一個(gè)動(dòng)態(tài)、開放、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中，發(fā)揮小組合作的力量，借助各種信息化手段，收集、整理綜合信息，在知識(shí)的探尋中找到解決問題的方法，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

2.5E教學(xué)法

5E教學(xué)法最早起源于生物學(xué)科教學(xué)，是一種基于建構(gòu)主義的教學(xué)模式，后因其完備的實(shí)用性受到教育界的高度關(guān)注，是美國科學(xué)課堂的主流教學(xué)方法。1989年，美國的生物科學(xué)課程研究（Biological Sciences Curriculum Study）項(xiàng)目組成員拜比（Bybee）等人對(duì)“學(xué)習(xí)環(huán)”進(jìn)行了修改和完善，將其教學(xué)過程劃分為5個(gè)緊密相連的階段，依次為“參與（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、精細(xì)化（Elaboration）、評(píng)價(jià)（Evaluation）五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)”，簡(jiǎn)稱“5E”教學(xué)模式。[4]每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都有特定的功能，一方面有助于教師的連貫性教學(xué)，另一方面充分挖掘?qū)W生的主體地位，激發(fā)學(xué)生親身參與、主動(dòng)探索、建構(gòu)新概念，加深對(duì)新知的理解，突出知識(shí)的創(chuàng)新和應(yīng)用。[5]這將更有助于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)、學(xué)科知識(shí)的理解、探究能力的提升、合作意識(shí)的養(yǎng)成。它與深度學(xué)習(xí)理念有著異曲同工之妙，不僅為人工智能教育提供了啟發(fā)和借鑒，也促進(jìn)了深度學(xué)習(xí)的落地和學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)（見圖1）。

3.5E項(xiàng)目教學(xué)法

由于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種動(dòng)態(tài)的教學(xué)方法，在具體教學(xué)過程中，有些過程比較冗余，操作起來會(huì)比較復(fù)雜，這使項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在有限時(shí)間內(nèi)不易開展。因此，本研究基于課時(shí)問題、人工智能課程實(shí)施的特點(diǎn)，借鑒生物學(xué)科的5E教學(xué)法，將一般項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程進(jìn)行了改進(jìn)，圍繞生本課堂，從“引入—探究—釋疑—延伸拓展—評(píng)價(jià)”五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成了既具有人工智能課程特點(diǎn)，又具有個(gè)人教學(xué)創(chuàng)新的“5E項(xiàng)目教學(xué)法”。這樣可以簡(jiǎn)化項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的操作過程，實(shí)現(xiàn)在有限課時(shí)內(nèi)圍繞核心任務(wù)逐一完成子任務(wù)，提高課堂效率。重構(gòu)后的“5E項(xiàng)目教學(xué)法”（見圖2）反映了2022年版新課標(biāo)的課程理念，注重以生為本，突出用信息科技解決學(xué)習(xí)、生活中的問題，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主、合作、探究的學(xué)習(xí)情境，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能。

4.單元設(shè)計(jì)

在課程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用整體觀點(diǎn)，以課標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，解讀教材中的單元內(nèi)容，整合單元知識(shí)，與上下章節(jié)的內(nèi)容建立聯(lián)系，將零散的知識(shí)點(diǎn)以大單元、大項(xiàng)目活動(dòng)的形式圍繞同一主題串聯(lián)起來，從而使知識(shí)系統(tǒng)化、條理化。圍繞單元目標(biāo)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，有利于以更高的視角和站位，挖掘?qū)W科本質(zhì)，整體把握知識(shí)結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)教學(xué)問題，開展高效教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，是滲透教學(xué)價(jià)值、發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑。

二、人工智能語音識(shí)別課程的單元設(shè)計(jì)框架

以廈門市海滄區(qū)所采用的威盛創(chuàng)造栗人工智能教學(xué)設(shè)備為例。該設(shè)備有三種主題類型，分別是語音識(shí)別、圖像識(shí)別和無人駕駛。在實(shí)際教學(xué)開展過程中，先使用了語音識(shí)別套件進(jìn)行教學(xué)。接下來將以“語音識(shí)別之智能小屋”進(jìn)行單元設(shè)計(jì)（見圖3）。

三、5E項(xiàng)目教學(xué)法

在單元設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下，以5E項(xiàng)目教學(xué)法指導(dǎo)人工智能課程的具體實(shí)施，形成“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的5E項(xiàng)目教學(xué)流程圖（見圖4）。教師通過創(chuàng)設(shè)問題情境，吸引學(xué)生進(jìn)入課堂，協(xié)助學(xué)生進(jìn)行任務(wù)探索，引導(dǎo)學(xué)生形成解決問題的思路，啟發(fā)學(xué)生追求更有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)，最后通過多元評(píng)價(jià)的方式，幫助學(xué)生進(jìn)行自我反思和提升。

四、5E項(xiàng)目教學(xué)法指導(dǎo)下的智能門鈴實(shí)踐過程

根據(jù)上述構(gòu)建的“人工智能5E項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施流程圖”指導(dǎo)單元課時(shí)的落實(shí)，確保每個(gè)課時(shí)的子任務(wù)內(nèi)容圍繞核心任務(wù)逐步深入并逐漸完善，使學(xué)生既能完成整體項(xiàng)目，又能獲得連貫性的知識(shí)與技能（見圖5）。

1.情境引入，學(xué)習(xí)激趣

在起始環(huán)節(jié)，通過介紹生活中的門鈴視頻案例創(chuàng)設(shè)生活情境，貼切生活實(shí)際，讓學(xué)生說說自家門鈴的實(shí)現(xiàn)效果，使學(xué)生參與到活動(dòng)中。緊接著根據(jù)學(xué)生的介紹對(duì)門鈴所需的硬件設(shè)備及其功能進(jìn)行追問，使教學(xué)任務(wù)和原有知識(shí)建立聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)當(dāng)前活動(dòng)內(nèi)容進(jìn)行思考。再用人工智能硬件對(duì)思考內(nèi)容逐一進(jìn)行匹配，用程序進(jìn)行演繹，由此激發(fā)學(xué)生的探究熱情。

2.問題探究，嘗試制作

在中心環(huán)節(jié)，從“快速完成簡(jiǎn)要拼裝，實(shí)現(xiàn)門鈴效果”直接且簡(jiǎn)單的探究任務(wù)入手，并以此為教學(xué)主線，通過依次設(shè)置有層次、有梯度的探究任務(wù)展開學(xué)習(xí)。在探究過程中，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突，教師要鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探究精神。

3.探究釋疑，深度互動(dòng)

在關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要基于探究任務(wù)存在的問題，進(jìn)行難點(diǎn)突破。在該環(huán)節(jié)，教師鼓勵(lì)學(xué)生說出發(fā)現(xiàn)的問題，闡述解決問題的思路和想法，以此為基點(diǎn)，帶領(lǐng)學(xué)生一起分析問題，借助流程圖找到問題的源頭，進(jìn)行真相揭秘，解析學(xué)生程序設(shè)計(jì)存在的問題，突破本節(jié)課的重難點(diǎn)——條件語句結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生用流程圖將問題具體化，從而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，形成解決問題的思路，知其然而后再知其所以然。本環(huán)節(jié)還涉及程序優(yōu)化，即本節(jié)課的重點(diǎn)知識(shí)循環(huán)語句結(jié)構(gòu)。教師以進(jìn)階任務(wù)“如何實(shí)現(xiàn)按1次按鈕響3次門鈴的效果”，促進(jìn)學(xué)生掌握并鞏固舊知。

4.創(chuàng)意拓展，分層挑戰(zhàn)

在延伸環(huán)節(jié)，由于學(xué)生的智力發(fā)展水平和個(gè)體特征不同，對(duì)同一事物的理解程度也存在差異。因此，教師通過進(jìn)階挑戰(zhàn)項(xiàng)目“特色智能門鈴”實(shí)現(xiàn)分層，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)新知識(shí)進(jìn)行遷移或擴(kuò)展，通過深度學(xué)習(xí)理解學(xué)科本質(zhì)。進(jìn)階挑戰(zhàn)項(xiàng)目的設(shè)置為學(xué)生提供了挑戰(zhàn)自我的機(jī)會(huì)，可滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力，實(shí)現(xiàn)與任務(wù)的深度互動(dòng)。

5.多元評(píng)價(jià)，學(xué)習(xí)診斷

總結(jié)評(píng)價(jià)可以發(fā)生在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，方式也應(yīng)該多種多樣。[6]本例的教學(xué)評(píng)價(jià)發(fā)生在教學(xué)結(jié)尾，學(xué)生通過評(píng)價(jià)量規(guī)完成自評(píng)，通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成小組評(píng)價(jià)，這有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、反思和改進(jìn)，建立新舊知識(shí)的連結(jié)（見表1）。評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)使教師能夠從宏觀到微觀地全面了解學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成情況。

五、總結(jié)

在人工智能課程教學(xué)中，教師容易陷入“以活動(dòng)為中心”的陷阱，如只是簡(jiǎn)單堆疊活動(dòng)而缺乏整體性和系統(tǒng)性，這可能導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)零散、思維不連貫、解決問題缺乏邏輯性等問題。而單元設(shè)計(jì)可以通過始終關(guān)注學(xué)生對(duì)問題理解層面的深化，關(guān)注學(xué)生解決實(shí)際問題的思維過程而避免這樣的陷阱。為了幫助學(xué)生解決核心任務(wù)中的問題，本研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的子任務(wù)，五個(gè)子任務(wù)逐步讓學(xué)生深刻掌握三種常見的程序結(jié)構(gòu)，從而建立基礎(chǔ)編程思維。單元設(shè)計(jì)是對(duì)整個(gè)課程的把握，而教學(xué)方法的應(yīng)用則可以更好地助力單元學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成。因此在“智能門鈴”案例中，依托“5E項(xiàng)目教學(xué)法”，將項(xiàng)目學(xué)習(xí)冗余的活動(dòng)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)約化至每一節(jié)課都能應(yīng)用的教學(xué)模式，有清楚的教學(xué)環(huán)節(jié)與階段可循，不僅讓教學(xué)者能遵循每個(gè)階段的特點(diǎn)，完成教學(xué)設(shè)計(jì)并進(jìn)行反思，還以學(xué)習(xí)者為中心，使人工智能課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)更明確，學(xué)習(xí)效率更高效，在保證通識(shí)教育的基礎(chǔ)上，更好地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性解決問題的能力。

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作者簡(jiǎn)介：蘇秀萍，福建省廈門市海滄中學(xué)教師，E-mail：695922347@qq.com（福建廈門，361026）

基金項(xiàng)目：廈門市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題“深度學(xué)習(xí)視域下信息技術(shù)大概念單元設(shè)計(jì)研究”（編號(hào)：21018）;廈門市名師工作室課題“基于核心素養(yǎng)的綜合實(shí)踐STEM課例研究”（編號(hào)：XMMS2020023）