《義務(wù)教育課程方案（2022 年版）》突出強(qiáng)調(diào)了跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的重要性，在提出強(qiáng)化課程的協(xié)同育人功能要求的同時(shí)，也要求強(qiáng)化學(xué)科實(shí)踐，積極開(kāi)展主題化、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等綜合性教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、建構(gòu)知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程，提高他們認(rèn)識(shí)真實(shí)世界、解決真實(shí)問(wèn)題的能力^[1]。但是，目前大部分人工智能教育更偏向于學(xué)生技能的培養(yǎng)。學(xué)生更多停留在模仿教師的階段，其應(yīng)用和遷移多學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的能力無(wú)法得到培養(yǎng)。這不利于智能人才的養(yǎng)成。基于STEAM教育理念的跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)，能夠展現(xiàn)出驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題的認(rèn)知過(guò)程和結(jié)構(gòu)分析，讓學(xué)生在連續(xù)的實(shí)踐活動(dòng)中激發(fā)出創(chuàng)造性的思維方式。這有助于學(xué)生建立起一套完整的學(xué)習(xí)機(jī)制，包括發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和拓展應(yīng)用等方面。通過(guò)這種方式，學(xué)生可以掌握一般性的問(wèn)題解決方法，并應(yīng)用于解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，從而核心素養(yǎng)得到培養(yǎng)^[2]。本文以人工智能課程為依托，基于STEAM教育理念設(shè)計(jì)了跨學(xué)科項(xiàng)目“智能皮影戲”，并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，通過(guò)項(xiàng)目主題和真實(shí)性問(wèn)題鏈助力人工智能核心素養(yǎng)的落地。

一、基于STEAM教育理念的跨學(xué)科項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)

（一）綜合跨學(xué)科知識(shí)與技能培養(yǎng)

通過(guò)跨學(xué)科項(xiàng)目，人工智能學(xué)科能夠融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)與技能。這種綜合性的學(xué)習(xí)方式使學(xué)生能夠從多個(gè)角度深入理解人工智能的原理和應(yīng)用，掌握跨學(xué)科的知識(shí)體系。同時(shí)，它也有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力和解決問(wèn)題能力，使他們能夠運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)來(lái)應(yīng)對(duì)人工智能領(lǐng)域的復(fù)雜挑戰(zhàn)。

（二）實(shí)踐與創(chuàng)新能力的提升

在人工智能學(xué)科的跨學(xué)科項(xiàng)目中，學(xué)生可以通過(guò)實(shí)踐探索、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和問(wèn)題解決等活動(dòng)，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中。這種實(shí)踐性的學(xué)習(xí)方式能夠提升學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)他們的創(chuàng)造力和想象力。學(xué)生可以在項(xiàng)目中主動(dòng)探索、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并嘗試解決，從而培養(yǎng)獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，學(xué)生還能夠?qū)W會(huì)如何與他人合作、如何分工協(xié)作以及如何共同完成任務(wù)等技能。

（三） 綜合素質(zhì)與高階思維的培養(yǎng)

基于STEAM教育理念的跨學(xué)科項(xiàng)目設(shè)計(jì)不僅注重學(xué)生的知識(shí)和技能培養(yǎng)，還注重對(duì)學(xué)生情感態(tài)度和價(jià)值觀的培養(yǎng)。通過(guò)參與項(xiàng)目學(xué)習(xí)，學(xué)生可以體驗(yàn)到成功的喜悅和挫折的磨礪，從而自信心、耐心和毅力等綜合素質(zhì)得到培養(yǎng)。同時(shí)，跨學(xué)科的項(xiàng)目學(xué)習(xí)也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和批判性思維等高階思維能力。這些能力對(duì)于學(xué)生的未來(lái)職業(yè)發(fā)展和社會(huì)適應(yīng)能力具有重要意義，可以幫助他們更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的社會(huì)環(huán)境和挑戰(zhàn)。

綜上所述，基于STEAM教育理念的跨學(xué)科項(xiàng)目在綜合跨學(xué)科知識(shí)與技能培養(yǎng)、實(shí)踐與創(chuàng)新能力的提升以及綜合素質(zhì)與高階思維的培養(yǎng)等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。這種教學(xué)模式有助于全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，為他們未來(lái)的職業(yè)發(fā)展和社會(huì)適應(yīng)能力奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、基于STEAM教育理念的跨學(xué)科項(xiàng)目設(shè)計(jì)

（一）跨學(xué)科項(xiàng)目概況

中國(guó)皮影戲擁有超過(guò)兩千年的歷史，文化內(nèi)涵豐富，流行范圍廣泛，是我國(guó)珍貴的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。然而，由于多種因素，皮影戲面臨著傳播與保護(hù)力度不夠、傳承斷代、后繼乏人等多重困境。在本案例中，教師引導(dǎo)學(xué)生以項(xiàng)目小組為單位組建非遺宣傳大使團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目小組需要宣傳我國(guó)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)——皮影戲。為了讓大家更好地了解皮影戲，項(xiàng)目小組首先需要為皮影人物設(shè)計(jì)服飾，將設(shè)計(jì)好的皮影人物打印制作，然后編寫(xiě)皮影故事，同時(shí)準(zhǔn)備在街頭放置皮影戲播放裝置。在本次項(xiàng)目活動(dòng)中，項(xiàng)目小組需要結(jié)合物理、信息科技、人工智能、人文藝術(shù)等學(xué)科中的知識(shí)，通過(guò)知識(shí)的遷移分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，進(jìn)而完成項(xiàng)目任務(wù)。

（二）項(xiàng)目知識(shí)地圖分析與設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目立足于我國(guó)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的宣傳，引入人工智能技術(shù)，通過(guò)人臉識(shí)別實(shí)現(xiàn)皮影戲的智能播放。該項(xiàng)目共5課時(shí)，參與對(duì)象為七年級(jí)學(xué)生，他們已經(jīng)具備一定的編程和人工智能學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。項(xiàng)目中涉及的跨學(xué)科知識(shí)地圖如圖1所示。

（三）項(xiàng)目目標(biāo)

本跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)需確定兩個(gè)方面的目標(biāo)：一是社會(huì)遷移目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移應(yīng)用能力，并激發(fā)學(xué)生對(duì)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的興趣和熱愛(ài)，增強(qiáng)文化自信；二是學(xué)科素養(yǎng)目標(biāo)，即通過(guò)人工智能、人文藝術(shù)、物理等學(xué)科知識(shí)的融會(huì)貫通，學(xué)生可以利用數(shù)字化手段完成項(xiàng)目目標(biāo)，培養(yǎng)他們的核心素養(yǎng)。具體目標(biāo)如表1所示。

三、基于STEAM教育理念的跨學(xué)科項(xiàng)目實(shí)施

“智能皮影戲”跨學(xué)科項(xiàng)目以傳承我國(guó)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，基于STEAM教育理念從項(xiàng)目啟動(dòng)、項(xiàng)目實(shí)施、成果共賞、多元評(píng)鑒等方面進(jìn)行深入探究。具體教學(xué)流程如圖2所示。

（一）項(xiàng)目啟動(dòng)，STEAM理念構(gòu)思

教師基于STEAM理念創(chuàng)設(shè)關(guān)于皮影戲的真實(shí)學(xué)習(xí)情境——組建非遺宣傳大使團(tuán)隊(duì)。通過(guò)視頻《中國(guó)傳統(tǒng)文化之皮影戲》，學(xué)生直觀地了解皮影戲的歷史淵源、制作原理及承載的深厚文化內(nèi)涵，從而深刻認(rèn)識(shí)到皮影戲宣傳的重要性。緊接著，學(xué)生打開(kāi)國(guó)家中小學(xué)智慧教育平臺(tái)，自主觀看“皮影欣賞”目錄下的視頻，構(gòu)思皮影故事。教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何更有效地推廣和保護(hù)我國(guó)的皮影戲，以維護(hù)文化的多樣性。這極大地激發(fā)了他們對(duì)文化宣傳活動(dòng)的探究熱情。

接下來(lái)，教師提供劇本范例和視頻資源，學(xué)生依據(jù)范例確定本組皮影戲故事主題，完成“皮影故事”文檔（如圖3）。這一學(xué)習(xí)過(guò)程不僅使學(xué)生深入領(lǐng)略皮影戲文化的魅力，還促進(jìn)了他們語(yǔ)文寫(xiě)作能力的提升。最后學(xué)生在組內(nèi)分享各自的作品，探討皮影戲故事的合理性、可實(shí)現(xiàn)性以及智能皮影戲如何實(shí)現(xiàn)。這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)規(guī)劃皮影戲播放裝置的結(jié)構(gòu)，利用科學(xué)知識(shí)理解皮影戲的運(yùn)動(dòng)原理，通過(guò)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)播放功能。這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的跨學(xué)科思維能力，還使他們?cè)谔骄恐袑?shí)現(xiàn)了知識(shí)的遷移與運(yùn)用。

（二）項(xiàng)目實(shí)施，技術(shù)協(xié)同推進(jìn)

項(xiàng)目進(jìn)入實(shí)施階段后，學(xué)生要利用多種技術(shù)手段助力項(xiàng)目完成。

1.皮影紋樣創(chuàng)繪

學(xué)生通過(guò)運(yùn)用Photoshop軟件中的圖層蒙版功能，為皮影人物設(shè)計(jì)富有傳統(tǒng)韻味的服飾紋樣。小組內(nèi)學(xué)生共同篩選出1到2件最具創(chuàng)意和代表性的作品，并將它們打印制作出來(lái)。學(xué)生將虛擬的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)體的皮影人物服飾紋樣，這不僅檢驗(yàn)了學(xué)生的設(shè)計(jì)成果，還為他們提供了將創(chuàng)意付諸實(shí)踐的機(jī)會(huì)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)紋樣的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，學(xué)生對(duì)這些文化遺產(chǎn)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，從而增強(qiáng)了他們的文化自信。

2.皮影動(dòng)態(tài)演繹

學(xué)生通過(guò)信息化輔助平臺(tái)ITtools查看教師提供的腳手架（如圖4），從而構(gòu)思項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的方式，同時(shí)思考皮影人物如何動(dòng)起來(lái)。然后學(xué)生小組合作探究讓皮影戲自動(dòng)播放所需的裝置，如電動(dòng)機(jī)、智能攝像頭、主控板、樂(lè)高等硬件設(shè)施及編程軟件。通過(guò)觀看微課、聽(tīng)教師講解電動(dòng)機(jī)的工作原理以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)需要考慮的因素（方向、轉(zhuǎn)速），學(xué)生理解了讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的編程語(yǔ)句。最后學(xué)生通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮影人物的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生還需考慮皮影戲播放裝置與皮影的位置規(guī)劃。在該環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目介紹視頻梳理項(xiàng)目流程，使得目標(biāo)任務(wù)越來(lái)越清晰。小組合作不僅鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，還讓他們學(xué)會(huì)了如何在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，共同解決問(wèn)題。同時(shí)ITtools 平臺(tái)中的“錦囊妙計(jì)”也為后進(jìn)生提供了有力的支持，幫助他們更好地參與到項(xiàng)目中來(lái)。

3.制作皮影戲智能播放裝置

教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：我們?cè)撊绾螌?shí)現(xiàn)一個(gè)有人靠近時(shí)就自動(dòng)播放皮影戲的裝置？用什么元器件進(jìn)行人臉檢測(cè)？接下來(lái)，教師介紹人臉識(shí)別概念，并通過(guò)視頻展示，讓學(xué)生更直觀地理解什么是人臉識(shí)別以及人臉識(shí)別的過(guò)程。然后，教師提出問(wèn)題：智能攝像頭一開(kāi)始就會(huì)識(shí)別人臉嗎？通過(guò)類比嬰兒認(rèn)識(shí)事物的方式，教師引導(dǎo)學(xué)生理解智能攝像頭同樣需要經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，進(jìn)而讓學(xué)生初步理解圖像識(shí)別的基本原理。接下來(lái)，學(xué)生利用ITtools平臺(tái)提供的腳手架訓(xùn)練智能攝像頭，并梳理任務(wù)邏輯，繪制任務(wù)流程圖，從而形成清晰的問(wèn)題解決思路。最后，學(xué)生小組合作完成皮影戲智能播放裝置的制作（如圖5），并進(jìn)行程序調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)攝像頭在離開(kāi)人臉的瞬間，會(huì)出現(xiàn)人臉檢測(cè)錯(cuò)誤的情況。此時(shí)學(xué)生需要利用ITtools平臺(tái)提供的“錦囊妙計(jì)”探究任務(wù)解決方案。通過(guò)不斷調(diào)試、優(yōu)化程序，學(xué)生的編程調(diào)試能力和問(wèn)題解決能力得到進(jìn)一步提升。

（三） 成果共賞，創(chuàng)新成果分享

教師及時(shí)關(guān)注項(xiàng)目小組任務(wù)完成情況。每個(gè)子任務(wù)完成后都有一個(gè)展示交流環(huán)節(jié)，小組成員根據(jù)展示情況進(jìn)一步完善子任務(wù)。最后教師組織召開(kāi)作品展示及研討會(huì)，小組從故事背景、本組智能設(shè)備的優(yōu)勢(shì)等方面展示自己的皮影戲。展示過(guò)程中教師及時(shí)總結(jié)，并引導(dǎo)其他學(xué)生對(duì)展示作品進(jìn)行評(píng)價(jià)。參與展示的小組成員記錄展示中他人的意見(jiàn)和觀點(diǎn)（如圖6），以便后續(xù)進(jìn)一步改進(jìn)完善。

在該環(huán)節(jié)中學(xué)生展示與交流項(xiàng)目成果，這不僅是他們?cè)O(shè)計(jì)作品、創(chuàng)新思維和審美能力的展現(xiàn)，同時(shí)也是一個(gè)互相學(xué)習(xí)和啟發(fā)的過(guò)程。這樣的展示與交流活動(dòng)，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力、溝通能力和合作交流能力，還可以拓展學(xué)生的視野和思維方式。在這個(gè)過(guò)程中，教師通過(guò)觀察和評(píng)估學(xué)生的展示，能更全面地了解各組項(xiàng)目進(jìn)展情況，從而進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。

（四）多元評(píng)鑒，反思優(yōu)化提升

開(kāi)展跨學(xué)科項(xiàng)目教學(xué)不僅要關(guān)注學(xué)生知識(shí)掌握情況，更要關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新能力和素養(yǎng)的提高。小組合作是人工智能課堂中常有的組織形式，有效的小組合作能體現(xiàn)學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境中的自主學(xué)習(xí)能力。因此在本課的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)ITtools平臺(tái)反饋任務(wù)進(jìn)展情況，通過(guò)問(wèn)卷星反饋小組合作情況 。教師將兩種評(píng)價(jià)結(jié)合，運(yùn)用多種評(píng)價(jià)手段，以此檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成效，并從側(cè)面檢查學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成情況。在本文中，教師提供的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表主要從任務(wù)完成情況、組內(nèi)合作情況等維度評(píng)價(jià)。最后教師根據(jù)學(xué)生在課堂上的實(shí)時(shí)反饋進(jìn)行終結(jié)性評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)小組合作評(píng)價(jià)的進(jìn)一步升華。

該項(xiàng)目中各小組合作整體表現(xiàn)較好。以組內(nèi)合作情況（如圖7）為例，在四個(gè)題目中，大多數(shù)學(xué)生都表示每個(gè)成員都能積極參與小組活動(dòng)，每個(gè)成員都有明確的任務(wù)并能認(rèn)真完成任務(wù)，小組成員能認(rèn)真傾聽(tīng)、互助互學(xué)，小組合作氛圍愉快、合作效果好。但也有個(gè)別學(xué)生在組內(nèi)傾聽(tīng)、互助互學(xué)以及合作氛圍方面不太滿意，教師將進(jìn)一步關(guān)注。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。智能時(shí)代的到來(lái)需要人工智能教育的支持，創(chuàng)新人才的發(fā)展則需要跨學(xué)科學(xué)習(xí)的推動(dòng)。因此，教育事業(yè)應(yīng)該致力于培養(yǎng)兼具人工智能和跨學(xué)科素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才，使得學(xué)生面向未來(lái)的綜合能力得到提升^[3]。本文將人工智能與非物質(zhì)文化遺產(chǎn)皮影戲相結(jié)合，基于STEAM教育理念設(shè)計(jì)了跨學(xué)科項(xiàng)目“智能皮影戲”。在該項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生被賦予了更多自主探索的空間，教師鼓勵(lì)他們跳出傳統(tǒng)框架，勇于創(chuàng)新。學(xué)生利用數(shù)字化工具，在真實(shí)情境中合作探究，從梳理任務(wù)邏輯到形成解決方案，每一步都充滿了主動(dòng)性與創(chuàng)造性。這一過(guò)程不僅培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維，還促進(jìn)了他們多學(xué)科知識(shí)的遷移與應(yīng)用，構(gòu)建了問(wèn)題解決的有效策略，形成了問(wèn)題解決的一般化方法。同時(shí)學(xué)生還能夠意識(shí)到利用科技弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的重要性和必要性，助推文化自信自強(qiáng)。在整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程中，學(xué)生的核心素養(yǎng)得到了有效培養(yǎng)。

總之，學(xué)生在跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)中拓寬了學(xué)習(xí)的場(chǎng)域，擁有更多的自主探索空間。學(xué)生可以利用數(shù)字化學(xué)習(xí)的工具，在真實(shí)情境中探索和尋找問(wèn)題的解決方案，他們可以親身體驗(yàn)到項(xiàng)目實(shí)施的整個(gè)過(guò)程，將知識(shí)從課內(nèi)延伸至課外，體會(huì)到技術(shù)與非遺結(jié)合的魅力。

注 ：本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度課題“單元視角下初中信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)研究”（課題編號(hào)：FJJKZX23-524）、廈門(mén)市高中“提質(zhì)增效”專項(xiàng)專家型教師課題“基于數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新培養(yǎng)的中學(xué)信息學(xué)科學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)研究”（課題編號(hào)：XMZJ2023106）的研究成果。

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（作者系福建省廈門(mén)市馬鑾灣實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師）

責(zé)任編輯：李媛