指向创新思维能力培养的信息科技项目式学习——以“智能天气播报员”为例.pdf

2024 年第 3 期 中小学数字化教学|41数字课堂创新是人类社会发展的不竭动力。义务教育信息科技课程标准（2022年版）（以下简称“课标”）将以往习惯使用的“信息技术”改为“信息科技”。课程名称的改变体现了教育思想和教学思维的重大变革1。随着课标逐步落地，以“创新”为基因的义务教育信息科技学科坚持目标、问题、创新导向，明确要求“跨学科”教学占总课时不少于 10%2。推进“跨学科”探索，项目式学习无疑是教师的优先选择之一。但是，当前推行基于课标的义务教育信息科技项目式学习存在五大难题。一是与生活结合不够。教师在设计项目时局限于书本知识与虚拟场景，缺乏与真实生活场景的结合，导致学习内容脱离实际。二是与实践结合不够。教学中，常常因为时间及设计问题无法形成解决问题的闭环，忽视了培养学生解决实际问题的能力，导致学生应用能力薄弱。三是学生效能感不强。在没有系统支持的情况下，教师极易忽视个别学生，造成其学习价值感与个人成就感偏低。四是缺乏对多维评价的关注。教师在落实课标过程中，还存在评价体系滞后且单一，太过偏重于冰冷的“0”与“1”，忽视学生创新能力、团队合作能力培养等问题。五是缺乏对信息责任的关注。在信息科技教学中，教师往往缺乏对学生信息伦理的教育，对学生引导不够，容易产生运用技术侵犯隐私、违反法律等问题3。这些难题的存在不仅制约了学生全面发展，而且影响信息科技人才队伍培养质量，与国家信息化战略和社会发展的要求不相适应。为破解这些难题，笔者以“智能天气播报员”项目式学习为例，梳理创新思维能力的六大子思维，设计课中“过程学习单”、课后“思维评估单”及教学流程，以“智能天气播报员”为例指向创新思维能力培养的信息科技项目式学习文|张 佳将“学”与“教”同学生创新思维相对应，并展示在智能学习环境支持下，教学流程与创新思维螺旋上升的过程，使多学科知识有效转化为学生解决问题的创新思维能力。一、注重真实，设置项目基点（一）思维创新，明确主题学生创新思维能力指学生在学习过程中，能够以自己的思维方式独立思考问题、发现问题、解决问题的能力。本课，笔者以第二学段（三至四年级）数据编码探秘“用数据讲故事智能天气播报员”为主题设计教学活动。“用数据讲故事”，即处理数据，让数据更加生动，更易于服务生活。笔者将本课与人教版义务教育教科书 数学 四年级 下册第 8 单元“统计”相关内容有机结合，以练习 22“记录本地一周的气温，再计算出一周平均最高气温和最低气温”为教学基点，结合应用“小飞机器人”的逻辑计算与声纹识别技术，引导学生“用数据讲天气的故事”。（二）问题闭环，确立目标在“智能天气播报员”项目式学习过程中，学生以“创新性地闭环解决问题”为总目标，创造性迁移运用声纹识别等技术。在总目标下设立三个子目标：教师情境创设，引导学生用人工智能技术解决实际问题，增强学生人工智能意识；用实践任务驱动学生学习，提升学生运用“小飞机器人”计算及语音代码块的能力，启发其实践创新思维；基于语音代码块与天气预报内容设计的综合应用，增强学生社会责任感。（三）层层梳理，找准痛点教学重点：一是“小飞机器人”计算代码的42|指向创新思维能力培养的信息科技项目式学习数字课堂应用；二是“小飞机器人”语音代码的应用，特别是对唤醒与休眠功能、讲解功能和听到语音命令词并回答的功能进行测试与评价；三是天气预报内容的设计与表达。教学难点：一是根据情境，引导学生综合运用“小飞机器人”计算、语音等代码解决实际问题；二是利用学习单，引导学生设计“小飞机器人”表达内容，使其具有结构性、逻辑性。（四）智能支持，创设环境除了使用教学课件、学习单之外，笔者在本课教学中还使用了“小飞 5 号机器人”和平板电脑。“小飞 5 号机器人”是一款可编程机器人，它的头部与底部都配有可交互传感器（如图 1），支持类似于摸头的拟人交互。同时，此机器人还集成多种人工智能相关传感器。教师、学生使用安卓系统的平板电脑登录 App 通过无线网络控制可编程机器人，可实现图像识别、语音识别和人机对话功能。“小飞机器人”还提供可编程接口，方便学生调用和实验。维思维六项，设计“过程学习单”及题目，总分100 分，题型以单项选择题、多项选择题、简答题、连线题为主，实现学生学习过程呈现多元化、思维发展可视化。（二）课后“思维评估单”助力学生阶段自为笔者实施“终结性”评价，除了考量“创新思维”外，还包括“项目流程”及“小飞机器人”。笔者根据小学三年级学生的理解能力，以描述问题的形式设计评估题目（见表 1），随评估单开展自评与组评，呈现学生学习表现。其目的是引导学生增强合作意识，调动学生参与的热情，在小组项目式学习中找到价值感和成就感4。图 1 小飞 5 号机器人二、力求多元，实施多维评价按照教学评一体化的思想，笔者开课伊始展示过程学习单与作品评估单，将“智能天气播报员”项目成效评估前置，让学生在学习之初即明晰脉络，进行系统思考。（一）课上“过程学习单”支撑思维过程显现项目式学习强调“过程性”评价，以课堂流程与思维显现为主。笔者将思维细化为目标思维、计划思维、算法思维、批判思维、评价思维和多表 1 学生项目式学习课堂思维评估单学习任务问题描述分值自评组评项目流程你能不能把学习步骤说一遍？010030你和小组成员能不能一起合作，完成学习任务呢？010创新思维我们这次学习的目标是什么呢？010040我们要怎么样才能把学习计划写详细呢？010我们学了哪些知识和技能，可以帮我们解决问题吗？010我们要怎样评价我们自己和同伴的表现呢？010如果我们的想法不一样，怎样才能找到最好的解决方案呢？010我们对问题有没有想到不同的解决方法呢？010小飞机器人你能不能灵活运用“小飞机器人”的功能，解决问题呢？010030我们想让“小飞机器人”做得更好，该怎么做呢？010三、聚焦进阶，促进能力发展学生创新思维能力指学生在学习过程中，能够以自己的思维方式独立思考问题、发现问题、解决问题的能力。笔者结合国内外学者对创新思维能力培养的研究，将学生创新思维能力的发展分解为目标思维、计划思维、算法思维、批判思维、评价思维和多维思维在项目式学习中的具体达成。在“智能天气播报员”项目式学习活动的2024 年第 3 期 中小学数字化教学|43数字课堂教学中，笔者将教学环节与创新思维能力培养对应：确定问题对应目标思维；规划方案对应计划思维；尝试实践对应算法思维；修改优化对应批判思维；展示交流对应评价思维；扩展延伸对应多维思维（如图 2）。找寻最近一周的天气数据表，对变量进行存储与计算；第二步，明确“小飞”的触发任务，即由学生点击控制，用语音唤醒；第三步，编写代码实现两种触发下，从数据处理到语音表达的过程；第四步，优化表述内容，体现人文关怀，提升表现力。设计意图：逐层分解问题，引导学生梳理流程。学生通过这一环节的训练，学会运用计划思维将场景目标细分为具体的操作步骤，绘制流程图，为接下来“怎么做”提供思路。（三）尝试实践教学活动：本环节分为尝试与实践。在尝试部分，根据规划方案的四个步骤，笔者为学生演示“变量”“运算”“AI 技能”“起始”板块的代码基本功能，并组织学生讨论“每一步需要哪些代码做支撑”。学生两人一组进行观察与讨论后，在学习单上将代码板块粘贴到步骤位置。然后，笔者根据学生回答情况，帮助学生再次将计划与实践通过代码链接起来。在实践部分，笔者将代码演示视频作为微课发送到平台上，供学生个性化学习时参考使用。学生根据个人节奏与掌握情况，两人一组进行编程实战（如图 3）。在学生编程过程中，笔者观察各组情况，收集共性问题，并适时指导。设计意图：尝试应用，鼓励学生反复试错。在这一环节，教师并不是将代码直接教授给学生，图 2 基于学生创新思维能力培养的项目式学习活动教学流程（一）确定问题教学活动：某天，一群特殊的客人来到学校参观，他们当中有一位盲人。他们来到学校的计算机实验室，想让机器人“小飞”向他们介绍一下最近一周的天气情况。客人希望与“小飞”互动，让“小飞”显示或者说出最近一周的平均气温、最高温度和最低温度。设计意图：设计真实情境，引导学生明确问题。这一环节是本节课的开端，帮助学生明确“为什么”，后面的所有环节都紧紧围绕这个“为什么”展开。教师引导学生确立目标，有助于提升学生的目标思维，从而激发其观察与思考。（二）规划方案教学活动：“明确目标后，到底怎么做才能达成目标呢？”这时笔者利用流程图，帮助学生厘清“做什么”。在笔者的引导下，学生自行绘制目标分解图，分组讨论寻找最优解。随后，学生梳理出达成目标的路径，并把它写在学习单上。规划路径如下：第一步，图 3 人工智能平台界面44|指向创新思维能力培养的信息科技项目式学习数字课堂而是带领学生思考计划与实施的关系、每步与哪些代码相关、如何实现等问题，唤醒学生自我学习的主动性，帮助学生运用算法思维从问题出发，从功能切入，从代码中找方法，逐渐靠近目标。（四）修改优化教学活动：针对上一环节收集的共性问题，笔者选择典型问题组织学生讨论，并提出建议。接下来，聚焦最后一步“优化表述内容，体现人文关怀和提升表现力”，即进行语音唤醒休眠和“小飞”语言表达的优化。笔者带领学生深入分析客人情况，针对性设计表达环节，组织学生开展小组优化代码活动。学生在小组活动中可选择不同的声音、语句、表达方式，以及设置唤醒及休眠内容来个性化地达成目标。设计意图：优化目标并引导学生个性化达成。在此过程中，学生根据对优化呈现效果的需要，对“小飞”语音唤醒休眠和语言表达的技术进行学习。在优化中，笔者鼓励学生个性化表达，不再用一把尺子衡量所有学生，而是运用批判思维唤醒学生对内容与形式进行辩证思考，让学生在设计中学会分辨、分析与选择，进而创造性提出个性化的解决方案。（五）展示交流教学活动：首先，笔者引导学生分享展示各自小组的作品，明确展示要求。学生以小组为单位，展示自己小组设计的“智能天气播报员”。然后，笔者展示并介绍评价量表，引导学生使用评价量表。最后，学生分组展示，提出“自赞”与“他赞”并填写评价量表。设计意图：分组展示交流，进行正向评价。本环节锻炼学生分享表达能力，引导学生对作品进行正向的自评与互评，培养学生多角色的评价思维能力，以评价促进学生提升作品的整体观感并丰富优化策略。（六）扩展延伸教学活动：笔者引导学生思考还可以用更智能的方式实现“天气播报员”智能播报，并组织学生讨论、分享。接着，播放视频：用云计算、大数据、人工智能技术解决天气预测问题的最新方式与成效。其后，引导学生在以后的学习和生活中，按照自己的想法设计更智能的“天气播报员”。设计意图：出示延伸材料，扩展学生思维边界。课标对七至九年级信息科技跨学科主题课程提出了以“在线数字气象站”为主题的教学建议。本环节，笔者将“课堂之终”作为“思维之始”，运用多维思维引导学生思考解决问题的空间多维、方式多维与形式多维等，从而唤醒学生对改造与创新世界的无限期待。在“智能天气播报员”项目式学习中，学生在教师的引导下通过确定问题、规划方案、尝试实践、修改优化、展示交流、扩展延伸六个环节的推进，螺旋地将目标思维、计划思维、算法思维、批判思维、评价思维、多维思维显性化，为创新思维能力整体提升拓展空间。课后，被学生赋予天气预报功能的“小飞”走进了学校人工智能教室。每当师生及嘉宾与“小飞”互动关于天气的命题时，智能活泼的“小飞”都会给其带来惊喜。这些将深化学生对课堂学习的价值与个人劳动的意义的认识，为其下一步探索与创新提供动力。1任友群,黄荣怀,熊璋.从信息技术到信息科技：关于义务教育信息科技课程标准（2022年版）的对话J.课程 教材 教法,2022(12):21-31.2中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准：2022 年版 S.北京：北京师范大学出版社,2022.3张彬,桑国元.项目式学习中的驱动性问题：学科差异与质量提升 J.北京教育学院学报,2023(5):8-15.4王爱胜.引导学生自塑数字素养,构建在线学习新形态：对义务教育信息科技课程实施的思考与建议 J.中小学数字化教学,2022(8):19-22.参考文献（作者系重庆两江新区礼嘉实验小学校副校长、高级教师）责任编辑：祝元志