指向創新思維能力培養的信息科技項目式學習

張佳

創新是人類社會發展的不竭動力?！读x務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）將以往習慣使用的“信息技術”改為“信息科技”。課程名稱的改變體現了教育思想和教學思維的重大變革^[1]。隨著課標逐步落地，以“創新”為基因的義務教育信息科技學科堅持目標、問題、創新導向，明確要求“跨學科”教學占總課時不少于10%^[2]。推進“跨學科”探索，項目式學習無疑是教師的優先選擇之一。但是，當前推行基于課標的義務教育信息科技項目式學習存在五大難題。一是與生活結合不夠。教師在設計項目時局限于書本知識與虛擬場景，缺乏與真實生活場景的結合，導致學習內容脫離實際。二是與實踐結合不夠。教學中，常常因為時間及設計問題無法形成解決問題的閉環，忽視了培養學生解決實際問題的能力，導致學生應用能力薄弱。三是學生效能感不強。在沒有系統支持的情況下，教師極易忽視個別學生，造成其學習價值感與個人成就感偏低。四是缺乏對多維評價的關注。教師在落實課標過程中，還存在評價體系滯后且單一，太過偏重于冰冷的“0”與“1”，忽視學生創新能力、團隊合作能力培養等問題。五是缺乏對信息責任的關注。在信息科技教學中，教師往往缺乏對學生信息倫理的教育，對學生引導不夠，容易產生運用技術侵犯隱私、違反法律等問題^[3]。這些難題的存在不僅制約了學生全面發展，而且影響信息科技人才隊伍培養質量，與國家信息化戰略和社會發展的要求不相適應。為破解這些難題，筆者以“智能天氣播報員”項目式學習為例，梳理創新思維能力的六大子思維，設計課中“過程學習單”、課后“思維評估單”及教學流程，將“學”與“教”同學生創新思維相對應，并展示在智能學習環境支持下，教學流程與創新思維螺旋上升的過程，使多學科知識有效轉化為學生解決問題的創新思維能力。

一、注重真實，設置項目基點

（一）思維創新，明確主題

學生創新思維能力指學生在學習過程中，能夠以自己的思維方式獨立思考問題、發現問題、解決問題的能力。本課，筆者以第二學段（三至四年級）數據編碼探秘“用數據講故事——智能天氣播報員”為主題設計教學活動?！坝脭祿v故事”，即處理數據，讓數據更加生動，更易于服務生活。筆者將本課與人教版《義務教育教科書? 數學 四年級 下冊》第8單元“統計”相關內容有機結合，以練習22“記錄本地一周的氣溫，再計算出一周平均最高氣溫和最低氣溫”為教學基點，結合應用“小飛機器人”的邏輯計算與聲紋識別技術，引導學生“用數據講天氣的故事”。

（二）問題閉環，確立目標

在“智能天氣播報員”項目式學習過程中，學生以“創新性地閉環解決問題”為總目標，創造性遷移運用聲紋識別等技術。在總目標下設立三個子目標：教師情境創設，引導學生用人工智能技術解決實際問題，增強學生人工智能意識；用實踐任務驅動學生學習，提升學生運用“小飛機器人”計算及語音代碼塊的能力，啟發其實踐創新思維；基于語音代碼塊與天氣預報內容設計的綜合應用，增強學生社會責任感。

（三）層層梳理，找準痛點

教學重點：一是“小飛機器人”計算代碼的應用；二是“小飛機器人”語音代碼的應用，特別是對喚醒與休眠功能、講解功能和聽到語音命令詞并回答的功能進行測試與評價；三是天氣預報內容的設計與表達。

教學難點：一是根據情境，引導學生綜合運用“小飛機器人”計算、語音等代碼解決實際問題；二是利用學習單，引導學生設計“小飛機器人”表達內容，使其具有結構性、邏輯性。

（四）智能支持，創設環境

除了使用教學課件、學習單之外，筆者在本課教學中還使用了“小飛5號機器人”和平板電腦?！靶★w5號機器人”是一款可編程機器人，它的頭部與底部都配有可交互傳感器（如圖1），支持類似于摸頭的擬人交互。同時，此機器人還集成多種人工智能相關傳感器。教師、學生使用安卓系統的平板電腦登錄App通過無線網絡控制可編程機器人，可實現圖像識別、語音識別和人機對話功能?！靶★w機器人”還提供可編程接口，方便學生調用和實驗。

二、力求多元，實施多維評價

按照教學評一體化的思想，筆者開課伊始展示過程學習單與作品評估單，將“智能天氣播報員”項目成效評估前置，讓學生在學習之初即明晰脈絡，進行系統思考。

（一）課上“過程學習單”支撐思維過程顯現

項目式學習強調“過程性”評價，以課堂流程與思維顯現為主。筆者將思維細化為目標思維、計劃思維、算法思維、批判思維、評價思維和多維思維六項，設計“過程學習單”及題目，總分100分，題型以單項選擇題、多項選擇題、簡答題、連線題為主，實現學生學習過程呈現多元化、思維發展可視化。

（二）課后“思維評估單”助力學生階段自為

筆者實施“終結性”評價，除了考量“創新思維”外，還包括“項目流程”及“小飛機器人”。筆者根據小學三年級學生的理解能力，以描述問題的形式設計評估題目（見表1），隨評估單開展自評與組評，呈現學生學習表現。其目的是引導學生增強合作意識，調動學生參與的熱情，在小組項目式學習中找到價值感和成就感^[4]。

三、聚焦進階，促進能力發展

學生創新思維能力指學生在學習過程中，能夠以自己的思維方式獨立思考問題、發現問題、解決問題的能力。筆者結合國內外學者對創新思維能力培養的研究，將學生創新思維能力的發展分解為目標思維、計劃思維、算法思維、批判思維、評價思維和多維思維在項目式學習中的具體達成。在“智能天氣播報員”項目式學習活動的教學中，筆者將教學環節與創新思維能力培養對應：確定問題對應目標思維；規劃方案對應計劃思維；嘗試實踐對應算法思維；修改優化對應批判思維；展示交流對應評價思維；擴展延伸對應多維思維（如圖2）。

（一）確定問題

教學活動：某天，一群特殊的客人來到學校參觀，他們當中有一位盲人。他們來到學校的計算機實驗室，想讓機器人“小飛”向他們介紹一下最近一周的天氣情況?？腿讼Ｍc“小飛”互動，讓“小飛”顯示或者說出最近一周的平均氣溫、最高溫度和最低溫度。

設計意圖：設計真實情境，引導學生明確問題。這一環節是本節課的開端，幫助學生明確“為什么”，后面的所有環節都緊緊圍繞這個“為什么”展開。教師引導學生確立目標，有助于提升學生的目標思維，從而激發其觀察與思考。

（二）規劃方案

教學活動：“明確目標后，到底怎么做才能達成目標呢？”這時筆者利用流程圖，幫助學生厘清“做什么”。在筆者的引導下，學生自行繪制目標分解圖，分組討論尋找最優解。隨后，學生梳理出達成目標的路徑，并把它寫在學習單上。規劃路徑如下：第一步，找尋最近一周的天氣數據表，對變量進行存儲與計算；第二步，明確“小飛”的觸發任務，即由學生點擊控制，用語音喚醒；第三步，編寫代碼實現兩種觸發下，從數據處理到語音表達的過程；第四步，優化表述內容，體現人文關懷，提升表現力。

設計意圖：逐層分解問題，引導學生梳理流程。學生通過這一環節的訓練，學會運用計劃思維將場景目標細分為具體的操作步驟，繪制流程圖，為接下來“怎么做”提供思路。

（三）嘗試實踐

教學活動：本環節分為嘗試與實踐。在嘗試部分，根據規劃方案的四個步驟，筆者為學生演示“變量”“運算”“AI技能”“起始”板塊的代碼基本功能，并組織學生討論“每一步需要哪些代碼做支撐”。學生兩人一組進行觀察與討論后，在學習單上將代碼板塊粘貼到步驟位置。然后，筆者根據學生回答情況，幫助學生再次將計劃與實踐通過代碼鏈接起來。在實踐部分，筆者將代碼演示視頻作為微課發送到平臺上，供學生個性化學習時參考使用。學生根據個人節奏與掌握情況，兩人一組進行編程實戰（如圖3）。在學生編程過程中，筆者觀察各組情況，收集共性問題，并適時指導。

設計意圖：嘗試應用，鼓勵學生反復試錯。在這一環節，教師并不是將代碼直接教授給學生，而是帶領學生思考計劃與實施的關系、每步與哪些代碼相關、如何實現等問題，喚醒學生自我學習的主動性，幫助學生運用算法思維從問題出發，從功能切入，從代碼中找方法，逐漸靠近目標。

（四）修改優化

教學活動：針對上一環節收集的共性問題，筆者選擇典型問題組織學生討論，并提出建議。接下來，聚焦最后一步——“優化表述內容，體現人文關懷和提升表現力”，即進行語音喚醒休眠和“小飛”語言表達的優化。筆者帶領學生深入分析客人情況，針對性設計表達環節，組織學生開展小組優化代碼活動。學生在小組活動中可選擇不同的聲音、語句、表達方式，以及設置喚醒及休眠內容來個性化地達成目標。

設計意圖：優化目標并引導學生個性化達成。在此過程中，學生根據對優化呈現效果的需要，對“小飛”語音喚醒休眠和語言表達的技術進行學習。在優化中，筆者鼓勵學生個性化表達，不再用一把尺子衡量所有學生，而是運用批判思維喚醒學生對內容與形式進行辯證思考，讓學生在設計中學會分辨、分析與選擇，進而創造性提出個性化的解決方案。

（五）展示交流

教學活動：首先，筆者引導學生分享展示各自小組的作品，明確展示要求。學生以小組為單位，展示自己小組設計的“智能天氣播報員”。然后，筆者展示并介紹評價量表，引導學生使用評價量表。最后，學生分組展示，提出“自贊”與“他贊”并填寫評價量表。

設計意圖：分組展示交流，進行正向評價。本環節鍛煉學生分享表達能力，引導學生對作品進行正向的自評與互評，培養學生多角色的評價思維能力，以評價促進學生提升作品的整體觀感并豐富優化策略。

（六）擴展延伸

教學活動：筆者引導學生思考還可以用更智能的方式實現“天氣播報員”智能播報，并組織學生討論、分享。接著，播放視頻：用云計算、大數據、人工智能技術解決天氣預測問題的最新方式與成效。其后，引導學生在以后的學習和生活中，按照自己的想法設計更智能的“天氣播報員”。

設計意圖：出示延伸材料，擴展學生思維邊界。課標對七至九年級信息科技跨學科主題課程提出了以“在線數字氣象站”為主題的教學建議。本環節，筆者將“課堂之終”作為“思維之始”，運用多維思維引導學生思考解決問題的空間多維、方式多維與形式多維等，從而喚醒學生對改造與創新世界的無限期待。

在“智能天氣播報員”項目式學習中，學生在教師的引導下通過確定問題、規劃方案、嘗試實踐、修改優化、展示交流、擴展延伸六個環節的推進，螺旋地將目標思維、計劃思維、算法思維、批判思維、評價思維、多維思維顯性化，為創新思維能力整體提升拓展空間。課后，被學生賦予天氣預報功能的“小飛”走進了學校人工智能教室。每當師生及嘉賓與“小飛”互動關于天氣的命題時，智能活潑的“小飛”都會給其帶來驚喜。這些將深化學生對課堂學習的價值與個人勞動的意義的認識，為其下一步探索與創新提供動力。

參考文獻

[1] 任友群，黃榮懷，熊璋.從信息技術到信息科技：關于《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的對話[J].課程·教材·教法，2022（12）：21-31.

[2] 中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[3] 張彬，桑國元.項目式學習中的驅動性問題：學科差異與質量提升[J].北京教育學院學報，2023（5）：8-15.

[4] 王愛勝.引導學生自塑數字素養，構建在線學習新形態：對義務教育信息科技課程實施的思考與建議[J].中小學數字化教學，2022（8）：19-22.