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基于STEAM教育理念的初中人工智能課程 教學設計研究
發布時間：2022-12-10 11:01
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究問題與內容 3
1.3研究目的與意義 4
1.4研究設計 5
第二章 國內外研究現狀 8
2.1STEAM 教育研究現狀 8
2.2人工智能教育研究現狀 11
2.3文獻小結 14
第三章 相關概念和理論基礎 15
3.1核心概念 15
3.2理論基礎 20
第四章 基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學設計 23
4.1ADDIE 教學模型 23
4.2教學設計要素 27
4.3教學案例設計 34
4.4教學小結 71
第五章 教學活動實施及效果分析 73
5.1活動實施 73
5.2調查問卷數據分析 74
5.3訪談結果分析 84
5.4學生課堂學習分析 88
5.5總結 99
第六章 研究總結與展望 101
6.1研究成果與不足 101
6.2研究創新點 102
6.3研究展望 103
參考文獻 104
附錄A-《基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學》前測調查問卷 108
附錄B-《基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學》后測調查問卷 109
附錄C —學生及教師訪談提綱 110
附錄D —作品制作評價表 111
附錄E —終結性學習評價表 112
致謝 1 1 3
III
第一章 緒論
1.1研究背景
1.1.1人工智能人才需求與教育發展戰略
隨著信息技術飛速發展和人工智能時代的到來，人工智能逐步成為最新、最具革命 性和最先進的技術之一，人工智能為全人類發展提供了前所未有的巨大潛力［1］。人工智 能快速發展提高了人們的生活水平和生活質量，引起了人們廣泛的關注，也逐漸成為新 時代必備的知識和技能。近年來，世界多國積極發展人工智能教育，美國、日本和英國 等發達國家將人工智能教育納入基礎教育體系和國家戰略。 2018 年“人工智能峰會”強 調政府將人工智能放在優先考慮的位置，確保美國人工智能產業處在世界領導地位； 2019 年《美國人工智能倡議首年年度報告》強調美國人工智能的進展，為美國人工智能 計劃提供了長期愿景；《人工智能戰略2019》報告提出從全球范圍吸引人才，增強本國 人工智能產業競爭力；《2020中國新一代人工智能科技產業發展報告》指出我國人工智 能企業數量僅次于美國，位居全球第二［2］。教育部部長陳寶生在“國際人工智能與教育 大會”的發言中提出了人工智能的教學目標，并根據中小學生認知特點，讓人工智能新 技術走進校園，凸顯了人工智能發展的優越性和強調創新人才培養的重要性［3］。在智能 時代，人工智能教育成功與否關系到未來國家之間的競爭，為了更好應對新的需求和挑 戰，教育應當與時俱進，重視未來人才的培養，更好滿足社會需要。我國陸續出臺推進
中小學人工智能課程的相關政策如圖 1-1。
《譜戦A工智新伉Bit® 印聞口般 姍麵幡硏究步伐。
圖 1-1 國家層面政策文件
這些政策表明，隨著人工智能對人類社會產生深刻影響，我國對人才培養提出了更 高的要求，國家頒發了各種相關政策，引起國內人工智能的發展浪潮，促進高素質創新 型人才發展，為加快我國中小學人工智能發展指明了方向。
1.1.2人工智能課程現狀與發展
目前，在國家政策推動下，我國中小學階段的人工智能教育快速發展，但相對發達 國家，國內開設人工智能課程教學還相對滯后，缺乏專業教師、有效的教育模式、豐富 的課程體系和相關的課程資源，包括教材、教師參考書和教學案例等。人工智能課程是 以研究科學普及型課程、綜合技術操作的一門交叉性應用學科，與計算機技術、自動化、 電子工程、信息學和系統科學相區別，具有高度的融合性，對多學科知識高度依賴。初 中階段的人工智能課程重視學生學習體驗和實踐應用，但現階段的教學存在著技術簡單 模仿、開發項目零散、內容趣味性不夠、沒有突出人工智能的學科素養等問題，這忽視 了知識的系統性、跨學科綜合性，不利于創新型、跨學科綜合能力的人才培養。為了更 好地出人工智能學科融合性、實踐性特點，改善人工智能教學內容單一、實踐性不夠的 問題，以更好培養學生跨學科融合能力、解決問題能力及創新實踐等能力，我們需要探 索適合人工智能的教學模式，凸顯學科素養。
1.1.3STEAM 教育理念與人工智能課程特征相適應
隨著智能化時代的到來，國家之間的人才競爭加劇，我國迫切需要一批高素質、創 新型、綜合能力強的人才，以實現中華民族偉大復興。各政府部門大力推廣人工智能教 育在基礎教育中的應用，越來越多中小學校開設了人工智能課程，旨在培養綜合素養創 新型人才，促進學生適應未來智能時代發展。當前我國教育研究的重點為如何跨越學科 之間的壁壘，提高學生的綜合能力，培養國家發展所需的高質量人才，教育部和國務院 頻頻下發有關STEAM教育的政策（下文圖1-2）,有效推動STEAM教育發展。
圖 1-2 近年來我國出臺 STEAM 教育的相關政策
STEAM教育強調學科融合的實踐理念，體現建構主義、項目式學習和“做中學” 等特點，有利于培養學生跨學科綜合能力。 STEAM 教育不僅提高了學生的學科素養， 還提高了技術技能、工程意識和數學思維，為各個領域培養綜合性人才奠定了基礎，而 人工智能課程涉及范圍廣泛，具備深度學習、跨界融合等特點，并且內容與生活密切相 關，具有實際操作性，這與STEAM教育理念中的跨學科特征相適應。因此開展人工智 能課程教學時融入STEAM教育理念，有利于促進各學科知識有效整合，培養學生跨學 科素養，對教學和實踐研究具有重要意義。
1.2研究問題與內容
1.2.1研究問題
初中人工智能課程教學不應該局限于簡單了解人工智能基礎知識，體驗人工智能簡 單應用，更應該利用它的跨學科特點，培養學生綜合實踐能力、創新能力。本研究探討 如何在初中人工智能課程教學中融入STEAM教育理念，研究的主要內容如下：研究人 工智能課程教學理論與發展現狀，探究如何設計、實施及評價體現跨學科的初中人工智 能課程教學。
1.2.2研究內容
（1）對中小學人工智能課程、 STEAM 教育相關文獻的研究 本研究通過查閱、分析 STEAM 教育和中小學人工智能課程相關文獻，總結出相關 理論、國內外研究現狀，找出教學現狀中存在問題和發展前景，分析歸納基于STEAM 教育理念的初中人工智能課程教學模式，并研究在初中人工智能課程教學中融入
STEAM 教育理念的可行性，為進一步研究提供相關概念和理論支撐。
(2)基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學設計
本研究旨在探討如何在人工智能課程教學設計中融入STEAM教學理念，涉及教學 內容、教學模式、教學評價和教學資源等，通過了解學習者現有的學習情況及在人工智 能學習中存在的問題等學情分析，并在教學目標、重難點和教學過程及開發教學資源等 多方面體現跨學科等STEAM教育理念。
( 3)教學活動實施與效果分析
本研究在基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學實施后，通過使用調查問 卷、訪談等方式，及時收集、分析數據，了解學生在學習過程中遇到的問題以及學生對 教學的效果的評價，以優化課程，促進課堂教學可持續發展。
1.3研究目的與意義
1.3.1研究目的
人工智能課程具有涉及面廣、學科融合性強，注重理論知識與實踐技能相結合等特 點。本研究在學科整合背景下，在初中人工智能課程中融入跨學科等STEAM教育理念, 旨在改變現階段人工智能課程教學中存在知識單一性、項目零散性、理論性過多等問題， 激發學生學習人工智能的興趣，培養學生跨學科融合解決問題能力及創新實踐等能力。 本研究通過查閱文獻，梳理人工智能教育的現狀、STEAM教育理念、國家相關教育政 策，分析基于 STEAM 教育理念的初中人工智能課程教學情況，并結合筆者一線教學經 驗，探索當前人工智能課程的教學模式，通過教學設計、教學過程、教學反饋等多個環 節，全面了解學生學習狀況，開發相關的教學案例、教學素材，為初中人工智能教育教 學提供一種新思路。
1.3.2研究意義
(1)探索人工智能課程教學設計，豐富課程相關的教學案例
我國人工智能課程教學起步較晚，人工智能課程面臨著資源相對有限、師資不足和 缺乏統一課程標準等問題。本研究通過閱讀、分析文獻，了解現階段我國基于STEAM 教育理念的初中人工智能課程教學現狀，并針對七年級學生制定和實施融合STEAM教 育理念的教學案例，豐富我國基礎教育領域教育案例，促進初中人工智能課程教學發展。
(2)探索在人工智能課程教學中融合STEAM教育理念，提高學生跨學科綜合實 踐能力
4
國外STEAM教育經過長期發展，已經相當完善，而我國的STEAM教育起步較晚, 還有很多不足之處，在借鑒國外相關理論、實踐基礎上，為STEAM教育理念與初中人 工智能課程相融合提供更多的本土化案例，本研究整合各學科的知識，采取真實的問題 情境，學生既可以獲得知識，又可以提高實踐能力，促進學生的科學、藝術等知識的全 面發展，極大提高學生跨學科問題解決能力和綜合素養。
1.4研究設計
1.4.1研究思路
本研究探討基于 STEAM 教育理念的人工智能課程教學，在確定選題后，運用文獻 分析法分析現狀，針對課題進行大量文獻查閱，了解STEAM教育和人工智能教育課程 教學現狀，并通過查閱文獻和對學生進行調查問卷，設計人工智能課程項目式教學案例， 并對廣州市某學校七年級學生展開課堂教學實施，最后通過調查問卷、訪談法、課堂評 價及作品評價形式進行效果分析，得出研究結果，圖1-3顯示了具體的研究路線。
基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學設計
項目式教學―教學活動實施
總結與展望
圖 1-3 研究線路框架圖
1.4.2研究方法
（ 1）文獻研究法
文獻研究法，常常被稱為文獻調查，通過檢索、收集、梳理文獻，掌握所需研究的 內容，分析收集的結果，達到研究的目的。文獻檢索途徑眾多，本研究主要通過“CNKI 中國知網”、文獻數據庫、線下圖書館等途徑，對“STEAM教育”“人工智能課程” 等內容進行研究，歸納整理相關文獻，梳理基本理念、教學實例、研究現狀，深入探究 基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學，為進一步研究提供相關概念和理論支 撐。
(2)調查問卷法
調查問卷是間接收集書面研究材料的一個重要方法，也稱為“書面調查”，該方法 要求研究人員設計多維研究的問題，深入研究學生的真實態度。本研究以廣州市某中學 七年級三個班學生為調查對象，在項目實施前期和后期開展了調查問卷，分析了解學習 者的學習情況，為設計基于STEAM教育理念的人工智能課程教學提供依據。
( 3 )訪談法
訪談法主要通過面對面交談的方式得到問題的答復。本研究通過設計采訪提綱，對 學生及相關學科教師采取定向調研的方式，了解訪談對象對本研究內容的看法和建議， 以優化課堂教學設計。
第二章 國內外研究現狀
2.1STEAM教育研究現狀
2.1.1STEAM 教育國外研究現狀
STEAM教育一詞源于STEM，隨著STEM教育的不斷發展，其距今提出已有三十 多年時間歷史。最早在1986年，美國國家科學委員會提出STEM是以科學、技術、工 程和數學這四個單詞的首字母組成［4］， STEM 教育是不同學科的知識點有機融合在一起， 但在不斷實踐探索過程中，教師和學生容易忽視人文學科，基于此，A（藝術）融入STEM 教育理念也應運而生。在2011年，美國教育家喬吉特•雅克曼（Georgette Yakman）在 “STEM”的基礎上首次定義了 “STEAM教育”，闡述了各個首字母分別表示的涵義 和彼此之間的關聯［5］, “STEAM”中的字母“A”不僅代表著傳統意義的藝術，還包括
了人文、語言、形象等內涵。美國把STEAM教育作為一項重要的國家教育改革戰略， 旨在為K-12的整合提供強有力的支持回。最近幾年，在發達國家地區，越來越多學校在 推廣STEAM教育理念，將其作為學科整合的橋梁，其中美國政府將STEAM教育視為 提升國家競爭力的國家戰略，率先發展了 STEAM教育，并接連頒布一系列STEAM教 育政策。與此同時，STEAM教育逐步引起了英國等眾多國家的關注，并被廣泛應用、 發展⑺，例如英國非常重視STEAM教育，專門培養相關老師，建立國家研究中心，通 過相關專業人才的輸送和政策出臺，為中小學引入STEAM教學提供便利條件。
2.1.2STEAM 教育國內研究現狀
（ 1）文獻計量和研究熱點分析
本研究利用中國知網（CNKI）,設置“STEAM教育”作為主題進行文獻搜索，梳 理了自2012年至2021年共10年的相關研究，由檢索得出研究文獻數量為3243篇，學 位論文591 篇（截止至2021 年12月31 日），據圖2-1 發文量分析，發文數量總體呈 上升趨勢。
8
圖 2-1 STEAM 教育總檢索文獻趨勢分析
此外，采取限定期刊來源為核心期刊和CSSCI期刊的方式，共計查閱到有關STEAM 教育的研究文獻共191 篇,下圖2-2為核心期刊及CSSCI期刊文獻發文總量。與國外相 比，我國STEM和STEAM教育的發展滯后，而STEAM教育從STEM教育中逐步演化 而成，關于STEAM教育的文獻目前還較少，通過上圖，我們可以清楚地看到我國STEAM 教育研究趨勢：2011 年至 2015 年，我國 STEAM 教育研究仍處于初級發展階段，為期 四年發表的文章很少；從2016年以后，發表STEAM教育的文獻越發增長。
圖 2-2 核心期刊及 CSSCI 期刊檢索總體趨勢分析
在知網內利用關鍵詞進行可視化分析（如下圖 2-3 所示），從檢索結果來看，主題
圖 2-3 主要主題分布
2）STEAM 教育與學科整合的應用現狀
STEM教育是STEAM教育的前身。在2007年，有關STEM教育的文章中，一篇
名為《全球化時代美國教育的STEM戰略》為我國STEM教育和研究打開了大門［8］。學 者們積極探究美國STEM、STEAM教育，借鑒了其成功經驗，并從我國國情實際出發, 探索適應本土化的教育。自STEAM教育引入以來，STEAM教育研究在國內受到越來 越多關注，STEAM教學理念得到廣泛傳播和認可。最初，STEM和STEAM教育研究 不是在主科中的數學、物理學和生物學中進行研究，而是以“信息技術”“通用技術” 和“勞動技術”等技術課程入手。隨著相關政策出臺，以及教育資源的不斷豐富， STEAM 教育更加注重通過真實問題情境來發展，通過實踐活動，學科融合變得更加緊密，教學 效果進步明顯。我國在推廣STEAM教育的整合學科過程中，傅騫、王辭曉(2014)認 為“集成式STEAM教育”課程目標表現在STEAM教育素養、連接STEAM教育學科 的能力、 STEAM 教育工作的愿景、 21 世紀技能、興趣和參與性五個方面［9］。陳雪松、 田再來(2015)開展遵循“為未來而學習的理念”校本課程的 STEAM 教育實施［10］。
(3)STEAM 教育模式
STEAM 教育理念逐漸被我國教育學者所認知，部分學者結合自身所教學科開展教 學。師保國、高云峰等(2017)認為STEAM教育在教學中開展基于項目的學習，在協 作中體現了創新教育所重視的創新型素質［11］；崔鴻、朱家華等(2017)在核心素養的視 角下展開探析基于項目的STEAM教育學習［12］；袁磊、張昱昕(2019)認為STEAM教 育課程內容以項目化設計案例重構可以促進學生對知識的綜合應用和思維的發展［13］；徐 蓓玲、高國元(2020)基于6E設計型學習模式從參與、探究、解釋、工程、深化、評 價方面設計，把 STEAM 教育活動的理念融入少兒編程課程［14］；張輝蓉、冉彥桃(2020) 立足在STEAM教育實踐范式，基于探索數學文化項目學習模式問。各學者積極尋求 STEAM教育創新模式，在實踐中采用的教學模式包括PBL教學模式(基于問題的學習)、 PBL (基于項目式的學習)教學模式、5E、基于6E設計型學習模式等，為人工智能教 學實踐中融入STEAM教育理念提供了理論支持。
(4)STEAM 教育評價
目前，我國的STEAM教育評價體系正處于初級發展階段，更多是引進了國外 STEAM教育質量評價標準。宋乃慶、高鑫(2021)從學校STEAM教育開展的角度構 建教育評估理論框架，推進中小學STEAM教育評估的科學運作［16］；張輝蓉、唐佳欣(2021) 等以指標體系為基礎開發測評工具進行了小規模實踐應用以檢驗指標體系的科學性［17］。 我國教育工作者孜孜不倦地研究STEAM教育評價，發表了重要的研究成果，為我國教 育工筆者提供了寶貴借鑒意義，為STEAM教育作出了積極貢獻。從查閱相關文獻了解 到，STEAM教育核心理念為跨學科的問題解決，培養綜合思維能力，這就要求教育者 在教學過程中能在真實情境下探究融合各學科，改變以往單一的評價，突出多主體，包 括教師、小組成員、學生本人在學生學習過程中對學生的態度、興趣、參與程度、作品
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及完成程度等進行評估，體現評價的多元性，凸顯STEAM教育理念，促進學習者綜合 素養。本論文教學模式設計中需要注重評價的過程的多元性、內容多維性、主體的多元 性，體現多學科的特性，全面發展的角度看待學生，充分學生的主體地位。
2.2人工智能教育研究現狀
2.2.1人工智能教育國外研究現狀
隨著人工智能的飛速發展，國家之間的人才競爭加劇，世界多國頒布相關政策，積 極推動人工智能教育發展。美國最早的中小學人工智能教育是從基礎性的編程教育開始 的，在1977年，美國人工智能實驗室開展兒童人工智能程序編寫教育［18］。美國教育部 門對人工智能課程高度重視，把計算機科學課程作為選修課，學生通過選修學習，掌握 了編程的基本原理，學會編程，并體驗到了人工智能帶來的前沿技術；在威斯康辛州， 人工智能中“媒體與技術”內容讓12年級學生學習［19］；在佛吉尼亞州，Chesterfield公 立中學的部分學生（11-12年級的尖子生）把“信息系統技術”作為人工智能課程選修 課提供學習P0］。美國中小學一般將STEM教育內容納入人工智能中，其重點是讓學生獲 得技能，提高人工智能素養，如在2017年，Gonzalez和Hollister提到展示和體驗人工 智能和圖靈測試等，提高學生興趣［21］； 2019年12月，美國麻省理工學院為五至八年級 學生研制了《如何訓練你的機器人》的人工智能課程［22］； 2018 年，人工智能及計算機 科學協會提出人工智能的感知、表示和推理、學習、自然交互和社會影響五大理念的重 要性，認為每個學生都應該學習［23］。美國的中小學和高端學府深度合作，共同探討人工 智能如何在教學中開展，華盛頓大學有專職的智能教師，研究人員全年發表了大量關于 人工智能的文章，涵蓋了 16個學科。英國對人工智能教育也相當重視，如從1999年開 始，英國許多著名大學專門研究人工智能，在中學的信息與通訊技術（ICT）課程中將 人工智能設為選修課；英國眾多大學積極探索人工智能研究工作，創建相關人工智能專 業，提供了相關教學資源，花大量經費培養一批該領域尖端人才。
2.2.2人工智能教育國內研究現狀
（1）文獻計量和研究熱點分析
本研究利用中國知網（CNKI）中，選擇“主題”作為搜索項，并將“人工智能課 程”為檢索詞進行高級檢索，整理2001 年到 2021 年共10年人工智能教育的國內相關 研究，共檢索到1084篇相關文獻，學位論文68篇，學術期刊610篇（截止至2021 年 12月）中。下圖2-4為總文獻檢索總體趨勢。
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圖 2-4 總文獻檢索總體趨勢分析
此外，采取限定期刊來源為核心期刊和CSSCI期刊，查閱到有關STEAM教育的研 究文獻共69篇，圖2-5為核心期刊及CSSCI期刊文獻發文量總體趨勢。
圖 2-5 CSSCI 期刊檢索總體趨勢分析
據上圖分析，發文數量總體呈上升趨勢，但少有關于人工智能課程及在人工智能課 程教學中融合STEAM教育理念的文獻，大多數文獻研究以信息技術課、興趣課和第二 課堂等形式開設，鮮有以獨立開設的人工智能課程研究。文獻表明雖然人工智能課程的 研究不斷發展，但是總數量還不多，重視程度還有待提高。
(2)人工智能課程教學現狀
為了適應新課程標準的要求和響應時代發展的號召，激發初中學生對人工智能領域 的興趣，以促進國家創新型綜合人才培養發展，我國陸續出臺了人工智能教育政策，有 關研究文獻也逐漸豐富。王本陸、千京龍等認為人工智能時代的人才所需的核心能力是 創造力、人文素養和計算思維閃；周邵錦、王帆從K-12人工智能教育目標出發，立足 于科學、技術、工程與編程能力，以致力培養學生的智能素養［25］；李錚(2017)認為學 生需要加強編程算法，完善學生全面的AI認知體系［均；時文靜、徐力等人分析得出教 師的主要關注點有：教材的內容層次性、近生活，目標遞進，加入心理學相關內容，原 則要遵守實用性、趣味性、銜接性、科學性［27］。根據文獻了解到，現階段我國中小學人 工智能課程處在初級發展階段，受到教學條件、入學壓力、基礎理論研究、教材建設等
12 多種因素限制，需要統一的課程標準和適當的教學策略手段促進人工智能課程有效落實。 在關于中小學人工智能教育的建議方面，肖高麗、梁文明（2018）認為采取統一課程標 準、提高師資隊伍、平衡內外部支持環境等策略確保中小學人工智能課程落實［28］。
（3） 中小學人工智能課程教學模式 在課程教學模式方面，有學者結合學科開展教學模式探究；如張向梨、閆瑋琦等
（2019）結合“雙動五環節”教學模式，進行了融合人工智能的小學STEAM “雙動五 環節”教學模式，并實施和評價方式［29］；呂紅軍、荊倩倩（2019）認為人工智能適合采 用項目式教學，將人工智能融入STEM中的technology （技術）與STEM教學結合開設 社團課程［30］；余燕芳、李藝（ 2020）通過“項目—任務—活動”課程項目設計，將計算 思維融入實踐教學中［31］;吳憲辰、劉奎2020年基于問題學習（PBL）的教學模式培養學 生的計算思維，驗證該模型在培養學生計算思維方面的可行性［32］。
（4） 在人工智能課程教學中融合STEAM教育理念的相關研究
利用中國知網（CNKI）文獻庫，以"主題”搜索項，將"人工智能課程”和"STEAM 教育”作為“主題”搜索項的高級搜索詞，整理2012年至2021 年共10年的相關研究， 共檢索到6篇相關文獻，學位論文4篇，學術期刊2篇（截止至2021 年12月31）。筆 者修改關鍵詞，結合以“人工智能” “STEAM”“STEM教育” “STEAM教育課程”， 從中了解到關于結合STEAM教育的人工智能課程的研究還比較少，仍處于發展階段。 關于在人工智能課程教學中融合STEAM教育理念的研究內容方面，匡芮東（2018）認 為融入STEAM的人工智能課程教學能夠提高學生的學科興趣、自主學習、創新思維、 編程思維門；舒德榮（2020）探究中小學人工智能課程體現STEAM的教育理念的教學 設計，取得了良好的效果閉；盧言宏（2020）認為基于STEAM的人工智能課程，提高 學生學習主動性、學生合作能力以及學生創新性思維［35］；韓濤（2021）認為STEAM教 育理念下的人工智能課程教學方式可以幫助教師們更好地開展人工智能課程教學，提升 學生的科技水平［36］。盡管很多學者對人工智能課程內容進行開發，包括教學設計、教學 目標、教學過程、教學評價等環節，以及涉及人工智能編程、創客、信息通用技術等， 但在如何更好地開展人工智能課程教學，設計什么樣的人工智能案例等仍存在智能化特 性體現不夠、實踐性不強、知識單一等問題。STEAM教育將創客教育、信息技術、人 工智能等學科融合，通過實際情景問題，使得學生運用所學知識解決問題，既加深了學 生對知識的理解，又促進了學生動手能力、實踐能力和創新能力，從而提高學生的綜合 能力，但如何更好地發揮人工智能教育作用，促進學生綜合能力的提高方面，仍需進一
13
步探索。
2.3 文獻小結
通過文獻分析，我們了解到國外發展STEAM教育和人工智能教育較早，發展相對 成熟，大量研究文獻可供參考，許多國家認識到STEAM教育和人工智能教育越來越重 要，紛紛在國家層面上頒發各種政策，試圖通過STEAM教育引領人工智能教育發展。 現階段，我國各地教育工作者越來越重視人工智能教育，積極研究，但由于起步較晚， 有關人工智能教育的研究成果還不夠豐富，中小學人工智能課程主要以信息技術課程模 塊、興趣課形式提供，開設的內容單一、項目開發零散，缺乏體現人工智能課程學科交 叉性、系統性、跨學科融合性等學科特征。目前我國 STEAM 教育和人工智能課程研究 已取得一定成果，部分專家學者對二者融合可行性也進行了研究，為我們教學提供理論 依據。二者具有的跨學科等特性相適應，相互融合，相互促進，在人工智能課程中融入 多學科理念更有利于學生理解、運用知識，培養學生實踐能力。本研究基于STEAM教 育理念的初中人工智能課程教學，補充在教學設計的教學模式中體現跨學科特性，通過 兩者有機融合促進學生跨學科綜合能力、創新能力的提高。
14
第三章 相關概念和理論基礎
3.1核心概念
3.1.1STEAM 教育
(1)STEAM 教育定義
1986年，美國國家科學委員會(簡稱NSB)發表了《本科的科學、數學和工程教 育》報告，該報告來自美國為了應對未來社會挑戰而提交的國家發展戰略［37］，這也是 STEM教育的開端。“STEAM教育”一詞源于“STEM”,強調跨學科整合將科學(Science)、 技術(Technology)、工程(Engineering)、藝術(Art)和數學(Mathematics)相融合。 近幾十年來STEM教育不斷發展，STEM教育也擴展到STEAM +和STEAM教育，其 中唐•克魯格(Don Krug)等在《重新認識師范教育的St®E (A) M (S)教育》論文 中，提出藝術是STEM教育不可分割的一部分［38］；阿曼達•羅伯茨(Amanda Roberts)
在《STEAM已經到來，我們如何應對》中，細分為8個步驟去闡述傳統教育向STEAM 教育轉變的途徑［39］。 STEAM 不僅是五個學科、幾個簡單字母的組合，而是強調科目知 識的統一，對知識和世界的更全面的理解，提高學生動手能力、合作能力、創造能力以
圖3-1 STEAM教育結構圖
2018年，Georgette Yakman教授基于戴爾經驗之塔提出STEAM教育新的跨學科金
字塔結構，STEAM理論框架圖如下圖3-2所示。
15
整體的
綜合的
面向未來
2）STEAM 教育內涵
STEAM教育強調建立在真實情境下在探究中融合各學科促進學習者綜合素養提高,
其內涵主要體現如下：
①注重真實問題解決的教育
STEAM教育強調基于問題的學習，強調圍繞現實世界中需要解決的問題構建。本 質上體現出一種基于建構主義的情景教育模式，基于學生的好奇心，強調在開放、復雜 和有意義的問題場景中進行學習，去認識世界、認識社會。除了設計真實和復雜的問題 外, STEAM教育還必須考慮研究問題和教育內容之間的相關性，這也是影響教育質量 的一個重要因素。除了設計問題外，由于STEAM教育涉及多學科知識，教師在解決這 一問題時必須考慮到學科所需知識與研究問題之間的一致性。因此，在人工智能教學中 要求教師要精挑與學生學習生活相貼近，能夠基于真實情境問題解決，體現出人工智技 術核心的應用實例，比如通過學習傳感器等元器件知識，設計避障機器人可以應用到工
16 業園區內智能送快遞、家庭生活中自動拖地、餐廳里智能端菜等等，從而引導學生體驗 人工智能技術思想。
②跨學科融合
STEAM 教育理念的核心是跨學科融合，強調五個學科不是的單純簡單相加，而是 相互銜接、緊密結合，能夠幫助學生理解某一學科知識與其他學科知識之間聯系，整合 包括科學和數學在內的多學科知識和技能，滿足學生的求知欲，提高學生的解決問題能 力和創新能力。本研究融入STEAM教育理念的跨學科融合內容，凸顯出STEAM教育 理念的促進多學科交叉融合核心內涵，例如在機器人作品展示中，好的作品不僅要求功 能豐富，而且外觀看起來應該更加“炫酷”，學生在創作過程中，需要用到藝術知識， 有利于促進學生跨學科創新能力發展。
@強調“做中學”
與傳統教育方式不同，STEAM教育強調理論聯系實際，重視學生的學習過程。 STEAM教育強調實踐中學習，做中創，通過學習，提高思維水平。STEAM教育鼓勵學 生不僅僅局限于知識的掌握，還要根據自身情況靈活學習。學生通過完成感興趣、與生 活相關的項目，學習到不同學科知識。在人工智能課程實施下，結合STEAM教學理念 開展“做中學”，學生們小組協助，充分結合多學科知識的內在聯系，多視角思考問題、 解決問題，有利于促進學生綜合實踐能力提升。
④以學生為中心的教育
STEAM教育強調以學生為中心，根據學生自身的不同情況，做到因材施教。在教 學評價方面，強調教學內容、課程設置等等是否恰當，學生的技能、人文積累、審美情 趣等是否提高，不再強調學生對知識是否記住、是否明白。基于 STEAM 教育理念的人 工智能課程強調以學生為主體，注重學生差異化，在教學中注重分層教學，做到因材施 教，充分發揮學生主觀能動性。評價方式注重多元、多角度，發揮激勵作用，提高學生 自我效能感。例如在人工智能課程機器人制作中，允許學生根據自己的實際情況在外觀、 功能、效果等方面對機器人進行個性化設計，對學習能力欠缺的學生，他們只需要完成 具有基本功能的機器人即可；而對于學習能力強的學生，則進一步拓展知識，創造出功 能更豐富、外形更美觀的機器人，充分體現了學生的主體性，差異性。
3.1.2人工智能
人工智能技術屬于計算機技術的一個范疇，是一門與工程、技術、數學、人文藝術
17 等多學科相結合的交叉學科。新一代人工智能被認為是一門先進且邊緣的科學，包含的 研究內容有管理理論、自動化理論、應用心理學、語言學習等一系列尖端技術的應用。 從科學技術的角度來看，它是指對信息技術的科學研究，旨在發展理論、方法、技能和 應用系統，模擬、探索和延續人類智慧。人工智能是人類大腦的延伸，模擬人類意識和 思想數據進行處理問題。人工智能技術引起了產業的變革，對人們生活產生了深刻影響。
3.1.3人工智能課程
（1） 人工智能課程概述
人工智能課程是研究技術原理、使用方法以及應用。隨著科學技術的發展，人工智 能技術越來越成熟，人工智能課程也由高校中的專業課程，逐步發展到中小學選修課、 必修課。中小學人工智能教育課程分類如下：
① 綜合課程：人工智能技術融合物理、化學、心理、生物、大數據、幾何、神經 科學等多個學科。
@ 實踐課程：內容涉及日常學習和生活體驗，以及在環境體驗和行為實踐過程中， 讓學生感受、理解實踐活動。學生通過實踐活動，發現問題，尋求方法解決問題，從而 掌握人工智能的原理、技能和方法，從而提高了解決問題的能力，培養了創新思維。
（3 發展性課程：堅持創新、合作、開放的發展理念，與時俱進，持續修訂人工智 能課程。內容的設置和教學目標的確定要具有一定的前瞻性、開放性、靈活性。
（2） 人工智能課程發展
在我國， 2003 年4 月，教育部發布《普通高中技術課程標準（實驗）》，并在信息 技術課程的選課模塊中首次創建了“人工智能初步”模塊，也開始在國內部分高校嘗試 人工智能課程教育［41］。 2017年版《普通高中信息技術課程標準》在常規課程標準的基礎 上進行了廣泛修訂，除了保留“人工智能初步”選修模塊，還在必修模塊中增加了人工 智能基礎、簡單人工智能應用模塊的開發、人工智能技術的發展和應用［42］。它涵括了人 工智能技術的開發以及應用，有利于學生更好掌握人工智能技術的基本理念，有利于學 生發展邏輯性思維，有利于培養學生團體合作能力、解決問題的能力，體現了教育改革 的理念。 2017年之前，中學人工智能課程多以選修課形式開展，未引起教師、學校的高 度重視；2017年 7月《新一代人工智能發展規劃》明確提出在中小學階段開設人工智能 相關課程［43］，正式確定“人工智能”為獨立學科，與“信息技術”列為不同教學科目， 這符合新階段中小學教育課堂改革的指導思想，著眼于適應信息時代的需要，體現時代
18
精神的特點，也標志著國內人工智能課程教學進入了一個新的發展階段。《2019年教育 信息化和網絡安全工作要點》也有相關提議，并推進相應的新的人工智能教材出版［44］； 2019年起我國中小學人工智能教育將逐步由點到面展開。人工智能教育作為一門較新的 學科，卻深刻影響了我國的信息化進程，培養了一批高尖端人才，越來越受到教育部門 的重視。各大、中、小學與時俱進，提供與機器人、Maker、3D打印機、編程等相關的 人工智能課程教學。 2022年4月，教育部印發了《義務教育課程方案和課程標準（2022 年版）》，將信息科技及其所占課時從綜合實踐活動課程中獨立出來，成為義務教育新 科目，課程建設以核心素養為導向［45］。 “信息科技”在3-8年級單獨開設課程，其他年 級則將相關內容融入其他學科課程中，這意味著信息科技內容，將全面覆蓋1-9年級整 個義務教育階段。 《信息科技課程標準》 （2022版）指出了該課程包括人工智能等六條 邏輯主線，設計義務教育全學段內容模塊與跨學科主題，明確了“信息意識、計算思維、 數字化學習與創新、信息社會責任”為課程核心素養的內涵。根據新課標內容，通過人 工智能與智慧社會模塊學習，學生感受人工智能魅力，知道人工智能發展必須遵循的倫 理道德規范，認識智慧生活社會形態下的新機遇與挑戰。該模塊內容由“人工智能的基 本概念和常用應用”“人工智能的實現方式”“智慧社會下人工智能的倫理、安全與發 展”三部分構成。
（3）人工智能教材 在2019年舉行的“中小學人工智能課程教學”項目會議上，教育部把北京、廣州、 深圳、武漢和西安（1 + 5+N）作為首批試點城市，將人工智能課程從三至八年級進行 全面測試，通過循序漸進的方式以獲得成果［46］。研發成果將從《中小學人工智能課程指 南》、教材、設備配置方案、設備的“四位一體”的形式進行開展［47］，通過互聯網平臺 查詢，僅2018年我國就發布了十幾種中小學人工智能相關書籍，很大程度上為人工智 能基礎教育提供有力的發展。以此同時，相關部門還印發了《中小學人工智能課程指南》 以及學生用書，配備了課程設備、課程活動和游戲項目。其中，人民教育出版社出版的 一套12冊的關于《人工智能》教材，涵蓋了 3-8年級并根據每個年級分上下冊。它探 討了人工智能的基本內容，覆蓋了知識技能，生活應用，以及編程等智能化應用。《中 小學人工智能課程指南》 （3-8年級）對教師教學工作進行了科學高效的指導，使得人 工智能課堂教學更加規范、合理。課程目標是課程評價的重要依據，是教學活動的重要 參考，要立足于學科核心素養，積極創造條件，培育學生合作意識，實踐能力，以更好 地適應新時代發展需求。從技術層面和學生發展角度對課程性質進行分析，包括三個特
19
性：實踐性、綜合性、發展性，如圖3-3 為《中小學人工智能課程指南》指出的中小學人工智 能課程性質。
圖 3-3 中小學人工智能課程性質
3.2理論基礎
3.2.1建構主義學習理論
(1)建構主義的概念
建構主義(Constructivism)最初由瑞士認知心理醫生皮亞杰所提出，全新的認識觀、 學習觀和學生觀對中國教育領域發展產生重要影響。建構主義由探究學習、項目式學習、 情境教學三部分構成，如圖 3-4所示。
圖 3-4 建構主義學習理論
人工智能課程更注重實用性，將建構主義理論應用到人工智能課程中，有助于學生 認識到知識的重要性。STEAM教育強調真實情境的學習，通過多學科方向發展，最終 獲得知識和技能；強調學生主動建構知識，注重與生活實際相聯系，積極參加實踐活動，
20 這與建構主義理論提倡的知識、技能、情感態度價值觀全面發展相一致。建構主義理論 也重視學生自我探索，自我實踐，發揮主觀能動性，這就為 STEAM 教育理念運用到初 中人工智能課程教學奠定基礎。
3.2.2基于項目的學習（PBL）
項目化學習（PBL）起源于美國，“項目化學習” 一詞被認為是由威廉•克伯屈提 出，在杜威等人的理論中體現了項目式學習思想。基于項目的教育是一種圍繞項目組織 學生學習的教育模式，此類項目通常提交復雜的任務，讓學生接受挑戰。學生參與方案 設計、問題處理、策略制定、實地調研等活動來解決問題（通常是小組分工，合作完成）， 即學生是項目的核心，它要求學生設計和開展一系列的科研活動，需要結合不同學科的 知識，需要學生之間相互協作，需要對科研成果（學習成果）進行分享。學生通過參與 教師設置的問題情境，積極探索，找到解決問題的方法，通過這種途徑加深了對知識的 理解，培養了學生的創造能力。康納等學者在《從STEM到STEAM：提升工程技術教 育的策略》中指出采用問題或項目展開教學，有利于激發學生的興趣，培養學生的解決 問題能力及創新能力購。STEAM教育理念與項目學習聯系密切，都致力于過程、技能 的發展，為基于PBL項目的人工智能課程開展提供了支持。
3.2.3多元智能理論
多元智能理論是哈佛大學認知心理學專家加德納在《智慧的構成》中提出，它提到 人們思考與認識的方法是彼此相互獨立、并同時以多元方法出現。加德納認為智商是集 合智慧，人的智商由不同類型的智慧所構成，而不僅是人們通常認為的語言和數學天賦, 其他不同元素同樣重要，應該得到同樣的關注。人工智能課程學習以多元智能理論為基 礎，注重培養學生的實踐能力，讓學生根據所學知識，尋找最優的解決方法。在教學內 容方面，教師必須設計多種內容，以提高學生在邏輯數學、視覺空間等領域的智力，并 通過選擇教學形式，實現更深入的小組學習、合作學習和項目學習，提高學生的語言智 力，與人交往能力。教學評價的設計注重形式的多樣性，不僅是教師評價和學生評價， 還要學生進行自我評價，提高學生的自我意識。
3.2.4“做中學”理論
美國教育領域權威專家杜威曾提出“經驗學習”和“活動學習”，認為學生是學習 的主人翁，在教學過程中，應當將需求和現有經驗作為兒童教育的基本出發點，充分發
21
揮他們的興趣愛好，促進身心健康發展。“做中學”的教學階段教師必須為學生創造一 個真實或生活（場景）情境，學生通過實踐，觀察現象，思考問題，尋找問題的答案。 教師為學生提供探索所需的材料（定義假設），學生根據材料提交解決方案（解決問題）， 并根據自己的想法進行測試，驗證自己的假設。“做中學”的教育目標與STEAM教育 相似，都強調教育過程是一個探究問題的過程。人工智能課程也提倡“做中學”，并在 STEAM教學理念下，將多學科的知識整合一起，形成完整的知識體系，通過項目學習， 發展了孩子的創造力，解放孩子的思想。
22
第四章基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學設
計
4.1ADDIE教學模型
4.1.1ADDIE 模型
ADDIE模型由五部分構成，Analysis一分析，在教學設計之前，首先分析要實現的 目標、活動的任務、學習者、環境等；Design一設計，詳細設計教學活動。Development 一開發，建立專門設計的教學框架和教學過程等；Implement—實施，根據經過改進的 課程進行教學；Evaluation一評價，評估學習反饋對實施后教育實踐活動的影響；ADDIE 教學設計的通用模型如下圖 4-1。
圖 4-1 ADDIE 教學設計的通用模型
4.1.2ADDIE模型應用于STEAM教育理念的人工智能課程設計的適用性
為了構建合適的人工智能課程教學模式，突破傳統授課中“活動”少的情況，體現 教育的全面性和系統性，本研究基于ADDIE模型，進行教學設計，以指引人工智能課 程教學。 ADDIE 模型的五個步驟中，分析和設計是設計教育的先導條件，開發和實施 是關鍵，評估處于中心環節，每個步驟相互依存、相互關聯。這五個步驟與基于STEAM 教育理念的人工智能課程中的以“活動”呈現理念高度類似，也體現了 ADDIE模型對 基于 STEAM 教育理念的人工智能課程教學適用性。
4.1.3教學定位
（一）培養核心素養
2016年9月中國教育部發布關于《中國學生發展核心素養》，指出通過自主發展、
23
文化基礎和社會參與三個方面，培養“全面發展的人” ［49］，如下圖 4-2 所示。核心素養 是學生學習、實踐的過程，通過終生學習，不斷優化自身能力，以適應時代社會發展。 其關鍵能力是學生在接受相關教育的過程中逐漸發展起來的個性和技能，需要適應社會 終身發展的要求［50］。
圖 4-2 《中國學生核心素養指標體系》總框架
本研究從基本素養、自主發展和社會參與三個方面出發，結合《中小學人工智能課 程指南》的學科核心素養（如下表 4-1 所示），包括四個方面：人工智能意識、技術創 新思維、應用實踐能力和社會責任，積極探討立足于學科核心素養下如何在人工智能課 程教學中融入STEAM教育理念，為進一步理解STEAM教育價值及理念提供啟示與借 鑒。
表 4-1 中小學人工智能課程目標
目標分類 目標內容
人工智能意識 認識到人工智能技術的應用具有廣泛性、巨大潛力。
學 1 、增強了解新技術的興趣、探究新技術的熱情、改善新技術的激情。
科 技術創新思維 2、認識到人工智能技術尚不完善。提出有價值的改進思路和建議，
核 形成具有創新特點的方案和作品。
心 1 、在動手動腦實踐中，提升技術應用水平，加深對知識理解和掌握，
素 應用實踐能力 學以致用、融會貫通。
養 2、培養嚴謹細致、不畏困難的工作態度和作風，發展勞動觀念、安
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全意識、合作意識。
1、有志于運用人工智能技術促進國家強盛，服務人類發展。
智慧社會責任 2、感悟技術與人、自然、社會的關系，形成技術安全和責任意識，
防范技術不合理應用的負面影響。
（二）中小學人工智能課程開發標準（試行）
2021 年12 月30 日開始實施的《中小學人工智能課程開發標準（試行）》，將為本 課程的設計與實施提供參考。下圖 4-3是《標準》中課程理念、課程定位、課程性質、 培養目標、課程內容、實施建議的思維導圖。
評朋容根據學科關融力的階段水平、各課程內 —1容模塊對應的能力達成水平確定
圖 4-3 《標準》思維導圖
25
《標準》由前言、課程簡介、課程結構等六個部分構成，提出了“人工智能與社會、 人工智能與人類智能、人工智能原理與技術”三大主題。課標強調中小學人工智能課程 應該根據各個學校自身實力情況進行個性化、校本化教學，現階段的任務是側重于培養 學生的學習興趣、學習能力等，為后期深入學習奠定基礎，這就為一線教師指明了方向， 這也要求學校和老師應該因地制宜，開發適合自己的校本課程，做到教學工作靈活而具 有特色，通過《標準》不難看出，小學階段人工智能課程側重感受，初中階段側重理解。 《標準》為教師解答了中小學階段“教”什么，如何“教”，而學生為什么“學”，以 及如何“學”的問題。《標準》的制定與實施使本研究教學目標制定變得更加明確，教 學評價變得更加客觀，對課程性質、課程理念以及定位有了深刻的認識，也為建設具有 中國特色的STEAM教育作出了重要貢獻。
4.1.4基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學設計模型建構
STEAM 教育融入五門學科，相互補充、相輔相成，滲透技術思想以實現共同發展。 融入STEAM教育理念的人工智能課程教學不僅是內容、過程、評價的融合，還應有理 念的融合，這有利于推動傳統教育原則的更新和提高學生的跨學科綜合能力。基于此， 本研究ADDIE模型在融入STEAM教育理念的基礎上進行了進一步改進，以初中人工 智能課程為設計，創設基于STEAM教育理念的教育模式如圖4-4所示。
圖 4-4 基于 STEAM 教育理念的初中人工智能教學活動模式
26
教師必須仔細規劃分析、設計、開發、實施和評價的每個環節。分析部分包括教學 內容分析（s、T、E、A、M）、教學對象分析，以表達需求，激發動機；設計部分體 現在三維教學目標（S、T、E、A、M）、教學重難點、教學資源、教學過程；開發部 分包括活動場景開發、教學材料開發（教學視頻及資源、人工智能教學設施設備）；實 施部分展現真實情景、導入新知、答疑解惑，著重數學思維、藝術感知、技術應用、合 作學習；評價部分要引導交流、及時反饋，其評價要強調過程性評價，注重多元性評價。
4.2教學設計 要素
4.2.1教學分析
分析階段是教學設計的一個重要組成部分，教育者需要對教學內容、教學對象、教 學環境進行分析，對教學實踐中可能出現的問題進行事先分析和診斷，分析結果根據實 際情況靈活采用。
（ 1）教學內容分析
本研究的內容借鑒人民出版社2019版《人工智能》教材，該教材分為通識知識、
應用體驗、創新實踐三個大主題，并由基本概念、原理初步、基礎應用、綜合應用、智 能化編程、智能機器人開發六個模塊構成，如下圖 4-5 所示：
人工智能的起源、發展、現狀、未來以及相關概念的界定
對待人工智能的科學態度（技術倫理）等體現在人工智能的起源、發 展、現狀、未來以及相關概念的界定和對待人工智能的科學態度（技 術倫理）等
選擇貼近學生生活經驗、興趣喜好，且易于理解和體驗的幾個方面: 圖像、文本、語音識別,語音合成、機器翻譯等
]r側重使用圖形化編程積木,以開源智能心用模塊的調用為主，降低編程本身的學習難度 智能化編程
」L在應用、模仿的基礎上改造、創新
實踐創新 「智能機器人是人工智能應用的重要載體和發展方向
智能機器人開發H通過組刪編程控制機器人完麟定任務,從硬件和軟件兩
方面綜合應用1發展技術素養
圖 4-5 人工智能教學內容
基本概念模塊主要體現在人工智能的起源、發展、現狀、未來以及相關概念的界定 和對待人工智能的科學態度（技術倫理）等；原理初步模塊體現在了解基本算法，知道
27 電腦如何“思考”；基礎應用模塊體現在貼近學生生活經驗、興趣喜好，易于理解的幾 個方面，包括圖像、應用文本、語音識別，語音合成、機器翻譯等；綜合應用模塊體現 在智能生活、智慧城市、智能生產服務綜合等；智能化編程模塊體現在使用圖形化編程 積木，調用開源智能應用，降低編程難度，通過組裝和編程控制機器人完成指定任務； 智能機器人是人工智能應用的重要載體和發展方向，從硬件和軟件兩方面綜合應用，發 展技術素養。人工智能實踐創新主題方面可以是科技（VR、AR課程）、創客（3D打 印、激光雕刻）等高水平的技術知識；也可以是程序設計課程（Python、Scratch等）、 模塊識別、開源硬件基礎知識、機器人等其他專業知識和技能。本研究探究人工智能課 程中實踐創新主題的內容，依據初中學生的身心特征，教學內容生動趣味，凸顯實踐性， 體現簡單易懂、聯系實際、貼近生活的特點，融入 STEAM 教育理念，與多課程交叉融 合，在一定程度上避免內容過于簡單和空洞，培養學生學習興趣，促進學生的學習能力、 創新能力和應變能力提升。
（ 2 ）教學對象分析 在教學設計過程中，教師要了解學習者的知識特點、學習方法、學習動機和已有認 知水平，明確什么樣的教學設計最適合學生，側重優化教學效果，還要了解學生的真實
需求，并確保所教的內容能夠滿足學生個性化發展。本研究對象為廣州某中學七年級三 個平行班學生，共 114 人進行課前知識能力現狀調查問卷。在課程設計與開發前，教師 向學生發放問卷，督促他們認真、如實填寫，通過回收答卷，并對答卷進行數據分析， 學生教學實踐前知識能力情況，如圖 4-6所示。
■星 ■否
■是■否
圖 4-6 學生知識能力部分
從圖中可以了解到有 70.18%學生在七年級前未曾接觸過人工智能課程，有 32.46%
學生接觸過Scratch、源碼編輯器、Python等編程，僅28.07%學生參加過創客類或編程
28 類比賽，通過前測數據分析，為后續課程合理開發提供基礎。
（ 3）教學環境分析
學校環境設施、資源、學習氣氛既影響學生的學習興趣和積極性，又影響教師的教 學活動實施可能性，因此開展研究前需要考慮學校開設環境資源是否充足、設施設備是 否完善、環境是否安全以及學校對課程的重視度，以保證創造適宜的教學環境。在響應 廣州市某區規劃 2022年全面覆蓋中小學人工智能課程計劃背景下，本研究實施的學校 自 2019 年開始開設了人工智能必修課，學校領導鼓勵和支持教師們積極參與課程創新、 科技教育活動，謀求以科技教育為龍頭，引領整體工作不斷提升。近年來，該校在科技 方面取得了令人矚目的成績，比如在全國建筑模型比賽、廣東省創意機器人比賽、電腦 制作活動、無線電測向、創客等競賽中屢獲佳績，這些成果展示了學生優秀的科技素質 與實踐能力，也為學校營造出濃厚的科技氛圍，為順利開展人工智能課程教學提供支持。 本研究的學校設施健全、資源基本足夠，如有三間多媒體計算機教室，可以滿足一人一 臺電腦的需求，并配備專用網絡、教學廣播軟件及安裝了源碼編輯器、 PowerPoint、 Word 等常用軟件；專用的創客室，配有 20套機器人套裝器材、多套鼴鼠仿真機器人套件及 一些基本的工具器材（電焊工具、螺絲刀、螺釘螺母等）；功能教室空間寬敞，能夠滿 足學生實踐探究所需，有助于學生創新實踐活動開展。
4.2.2教學目標的確定
設計階段基于對教學內容和學習者的深入了解，確定具體的目標，突破教學重難點。 教學目標是師生教與學活動的依據，是評價教學效果的重要指標。教學三維目標應該包 括：知識與技能，過程與方法，情感態度與價值觀三個方面，教師需要對三個維度進行 教學分析，全面提高學生的綜合能力，在知識與技能維度，融合多學科知識，使得學生 積極主動構建知識；在過程與方法維度，引導學生發散思維，交流合作，實踐中掌握知 識；在情感態度與價值觀維度，培養學生對人工智能課程的興趣，提升合作能力。本研 究結合 STEAM 教育理念和布魯姆教學目標分類構建了人工智能的二維矩陣模型，如表 4-2 所示，旨在整合學生學科知識，全面提升學生的綜合素養。
S (Science)科學
T (Technology)技術
E (Engineering) 工程
A (Art)藝術
M (Mathematics)數學
下面通過美國一個經典案例《Potato Power》［53］分析STEAM整合目標：教師開展馬 鈴薯照亮LED時鐘（或燈泡）活動，提醒小組馬鈴薯中兩種金屬不能相互接觸，介紹 萬用表的功能和使用方法，通過使用萬用表測量出馬鈴薯電流值，以此確定點亮LED 時鐘（或時鐘）需要馬鈴薯個數，并提醒學生可以選擇串聯或并聯方式連接馬鈴薯，組 織學生討論如何用馬鈴薯為化學電池提供電解質（溶液），該教學案例的 STEAM 整合 目標如表 4-3 所示：
表 4-3 教學案例的 STEAM 整合目標設計
STEAM要素
教學目
標 知識與技能 過程與方法 情感態度與價值觀
1、認識電路圖、電能、電 在實踐操作過程中感 培養學生對電學的興趣；
S (Science)
科學 壓、電流以及萬用表的使 用等。
2、了解化學能可以轉化成
電能，電池的工作原理 受科學知識 培養嚴謹的學習態度。
1、使用萬用表測試電流、 在小組合作探究過程 提高分析問題、動手實踐
T (Technology) 電壓； 中搭建水果電池的操 能力。
技術 2、使用銅鋅等合適導線材 作；
料組裝水果電池
E (Engineering)
工程 完成電路圖連接，電池的 工程設計，滿足應用需求、 改進測試。 在探究過程中，完成電
路連接 。 培養學生對工程設計意
識和興趣。
A (Art) 設計水果電池并繪制設計 嘗試不同的 LED 顏色 提高學生的設計能力，培
藝術 圖。 養學生的創造能力和審
30
美能力；
(Mathematics)對水果電池電壓、電流進通過小組探究合作，測形成計算、分析數據的意
M 數學 行計算。 量電壓、電流、收集數 識，培養對數學知識的興
據 。 趣。
由此可見，基于 STEAM 教育理念的教學目標不再過分強調學科知識形式，而是強 調各學科知識的分析和整合，促進學生綜合素養的提高。
4.2.3教學環境及資源準備
教學活動開展前準備好教學資源，包括提前打印好輔助工具，如學習任務單、學習 過程記錄表、學習情況終結性評價表，以及學習材料，如研學案、課件PPT、微視頻等。 基于STEAM教育理念，以項目式教學為主，教師提前利用項目式教學把大項目任務分 成小任務，規劃好項目計劃，引導學生分析問題、項目計劃、探究項目、解決項目、完 善項目的過程，以期達到教學目標。
人工智能課程的活動場景主要為創客教室、多媒體室。教師要提前準備好教學材料， 例如微視頻、多媒體課件等，用以引導學生觀看學習。從STEAM教育理念的角度來看, 開發人工智能學習資源包括教學內容、數字化環境和活動支架。數字化環境包括計算機 硬件和軟件，以及多媒體設備的使用等，如投影、軟件安裝和運行、希沃白板、投影和 人工智能模型等，還有多種軟件，如 Scratch、 Python 等；活動支架包括向學生提供解 決問題的規則、程序和方法，如學生手冊、任務清單和教學材料檔案等各種形式的輔助 教學活動。
4.2.4教學活動的設計
教師應該明確教學目標，根據項目任務，創設教學情境，為學生提供學習任務清單、 項目計劃表等學習材料，學生則根據問題情境，發現問題，小組互相交流，提出解決問 題的猜想，并通過實踐活動完成學習任務清單。教師則需要時刻觀察學生的學習表現， 及時與學生進行交流，為其提供必要輔助。活動方式流程可以分為前期學生觀察生活中 的事物細節，發揮想象，設計作品，著重強調基于真實問題解決，激發學生的求知欲和 探究欲，主動探究策劃設計項目；中期學生運行所學知識實現項目設想，如硬件結構搭 建、組裝；程序編輯；不斷調試，旨在發展學生在“做中學”過程的主體地位，探究 STEAM 教育理念的科學、技術、工程、數學要素的理解和融合；后期強調多元性評價，
31
對融入STEAM教育理念的各要素綜合評價，促進綜合素養發展，如學生可以采用現場
活動展示，項目匯報等形式，分享制作作品心得，以及所制作的作品有什么實際用處等。
如圖4-7所示。
4.2.5教學評價的設計
為了獲得學習反饋，教學活動實施后對學生和教師進行教學活動評價。評價要注重 設計開放式問題，引導學生學會認知、學會思考、學會創造，強調評價應當從學生合作 精神、解決問題、創新思維等進行多元評價，注重學生自我評價，并同時結合形成性評 價和總結性評價，通過評價引導學生熱愛人工智能課程，培養學生的團隊精神、問題解 決能力和創新思維，教學活動評價設計如圖4-8所示。
32
教學目標、結構、
評價內容教學效果
學生學習效果
圖 4-8 教學活動評價設計
《中國STEM教育白皮書》強調面向學習過程，體現出多元評價，并由教師、學生 本人、同伴等多主體對學生興趣態度、參與情況、任務完成情況等進行評估［54］。教學評 價的多元化更好地反映評價的真實價值，起到診斷、反饋、調節和激勵作用。在教學過 程中，教育者要將形成性評價和終結評價相結合，促進學生發展。在教學活動結束后， 本研究的評價立足于人工智能課程標準的培養目標及課程理念，結合STEAM教育理念 將從過程性評價、作品評價和終結性評價三種方式全面了解學生的學習情況，以促進學 生學科素養發展。
(1)過程性評價 教師要重視過程性評價，及時表揚、反饋問題。在學習過程中小組成員對學習情況
進行回顧，并作出總結，教師分析指出學生存在的不足，引導學生自我完善。每節課需 要進行小結評價，及時了解學生當前的學習情況，優化后期教學。小結評價以教學三維 目標出發，通過知識、能力和態度三個維度，對參與情況、任務完成情況進行過程性評 價，促進跨學科，凸顯出學生為中心的教育理念。
(2)作品評價
本研究的作品評價包括搭建模型和設計外觀兩方面。搭建模型包括材料與元器件分
類、搭建、編程、測試、合作，通過分享比賽和測試功能來完成搭建模型考核，旨在檢
33 驗融入STEAM教育理念中的科學、工程、技術、數學各方面的學習程度，極高；設計 外觀重點是從STEAM教育理念中的藝術角度出發設計評價維度，分別為作品的主題、 技術應用、功能性、藝術性、創新性及作品介紹，評價要重視設計的思路，提出中肯的 改進建議，而不是簡單評價作品的優劣。教師應當讓學生明確評價標準，突出展示學生 的學習成就，并根據作品內容、作品規模、學生能力狀況等作出客觀評價，以此強調在 人工智能課程課堂中融合藝術要素的重要性。
( 3)終結性評價
本研究教學評價應該包含自評、小組評、教師評多個方面。學生自我評價是教學過 程中必不可少的一個環節，更加體現學生主體地位，也是一個診斷過程，有助于學生發 現問題、反思問題，不斷提高學習能力；小組評價及教師評價可以了解學生之間的合作 情況，更客觀、綜合地對學生的學習過程作出評價。本研究結合課程目標、STEAM教 育理念以及人工智能課程的特點，終結性評價體現在探索知識、思考解決問題、創新革 新、科技實踐、溝通合作等多個維度。
4.3教學案例設計
4.3.1教學案例分析
一、 設計理念
本案例設計以 STEAM 教育理念為指引，以學科核心素養為目標，以項目式進行教 學，通過大項目任務分小任務，化繁為簡，遵循學生認知規律，并以建構主義理論、多 元智能理論為理論基礎，強調“做中學”，在“做”中獲得新知識，引導學生由體驗到 模仿、由模仿再到創新，在主題中通過設問，充分激發學生的求知欲，讓學生發現問題， 找到解決問題的方法。本研究在教學過程中教師重視評價多元化，發揮評價的激勵作用， 鼓勵學生主動獲取知識，培養學生跨學科實踐能力，在課堂上創設條件培養學生學習能 力、審美能力，提高學習能動性，促進學生的核心素養的發展。
二、 學習者分析
本次研究的教學對象為七年級學生，學生的認知特點正從具體形象思維轉向抽象邏 輯思維。在實踐前學生已經學習了半學期的人工智能課，學生對人工智能的應用有了初 步的認識，這為本節的學習打下了基礎，但他們所掌握的知識還比較簡單，未涉及技術 工作原理，他們迫切希望獲得更多關于人工智能方面的知識。下面從認知水平、學習風 格分析、年齡特點分析、動機水平四方面分析如下：
34
(1)已有認知水平：大部分學生知道生活中人工智能的一些應用，但對人工智能 相關知識并不了解，只有極少數學生小學階段有接觸過人工智能課程和圖形化編程知識。 為此，教師應當根據學生基本情況，先教會學生簡單編程，再學習創新應用知識，提高 綜合能力。
(2)學習風格分析：學生學習風格多元化，對新鮮事物具有強烈好奇心，對事物 持續關注時間短，教師應注重項目的豐富性，激發學生好奇心，注重引導學生主動構建 新知識。
(3)年齡特點分析：七年級學生具有強烈的好奇心，樂于動手操作，想象力豐富， 但他們科學常識較為缺乏，探究能力不強。教師設計的人工智能課程內容應生動而有趣， 與生活密切相關，教學過程中積極引導學生探究，讓學生做中學、做中玩、做中創，充 分發揮學生的主觀能動性。
(4)學習動機分析：該年齡段學生敢于探索，大膽想象，對新鮮事物充滿好奇心， 對人工智能課程充滿興趣，有利于學生創新能力的培養，因此教師在教學過程中不僅要 激發學生學習的熱情，還要充分發揮學生的想象力，培養學生的創造能力。
綜上所述，通過對學習者的分析，了解到STEAM教育理念與初中生的學習風格和 行為特點相適應，基于STEAM教育理念的人工智能課程教學有利于學生能力的培養。
三、教學內容選擇
教材主要來自人民教育出版社的《人工智能》，它涵蓋3-8 年級，每年級分上、下 兩冊，共12冊，包含了理論基礎與基本知識、實踐操作技能、編程、智能機器人四個 范疇。大多學生初次學習人工智能課程，沒有體驗過3-6年級《人工智能》教材內容， 實踐經驗少，因此本研究主要是選擇人工智能課程的實踐創新模塊，參考3-7 年級的教 材內容，并結合教學設備以更好設計教學內容，進行基于STEAM教育理念構建教學活 動內容、開展教學活動，以揭開人工智能神秘面紗，激發學生學習的積極性，培養學生 綜合素養。
本次教學實踐主要設計兩個項目案例：第一個項目案例是“仿生鼴鼠機器人”搭建， 讓學生在每個任務探究過程中循序漸進地學習元器件、電路連接、焊接、機械安裝等知 識；利用賽道競賽的形式測試機械的性能，讓學生在實踐體驗過程中感受跨學科學習的 魅力，在學習過程中滲透STEAM教育理念，激發學生的創新思維。第二個項目案例是 “創意智能機器人”制作，該案例通過讓機器人運動、機器人避障、機器人循跡、物體 追蹤、人臉識別模塊設計等小任務進行展開，在探究任務過程中，學習元器件、傳感器、
35
物體識別等功能，體驗技術、工程、編程、藝術等方面樂趣。這兩個項目要求學生完成 搭建及功能完善，依據需求設計合適的外觀外形，任務完善后進行分享比拼，并在評價 中進一步完善作品。項目內容設計應充分考慮融合各學科知識以解決問題，讓學生在學 習過程中體驗樂趣，提高學生的人工智能意識，提升學生的綜合實踐能力，教學內容安 排如下表 4-4所示。
表 4-4 教學內容安排
項目領域 項目名稱 課時安排
項目一 智能仿生鼴鼠機器人 8 課時
項目二 創意智能機器人 9 課時
教學的內容立足于核心素養的培養，結合STEAM教育理念，以項目式教學展開實 施，讓學生親身經歷構建知識，培養學生敢于探索新事物、不斷進取的精神，提升學生 跨學科綜合能力，從而促進學生的核心素養發展，如表 4-9 為核心素養的教學方向設計。
36
4.3.2案例一 ——智能仿生鼴鼠機器人
一、案例背景
依據廣東省中小學人工智能教育課程指南，為全面貫徹落實黨的十九大、“科技三 會”的精神和習近平總書記對廣東重要講話、重要指示精神，落實省科技廳，省教育廳 聯合實施的“廣東省‘館校結合'科普育人工程工作方案”，本次項目教學活動使用到 2019 年開展的“館校結合”創意機器人進校園活動所資助的套件鼴鼠機器人。“像科學 家一樣思考”“像工程師一樣行動”等科教理念逐漸被教育者所認可，學生需要動手操 作、參與科學研究，教師積極引導學生發現生活中的科學現象，培養學生動手能力，讓
37 學生感知科學的魅力，產生濃厚科學興趣。本項目案例以“智能鼴鼠機器人”為例，通 過基于STEAM教育理念，融入智能模塊，結合項目式教學法展開實施，讓學生通過親 身經歷構建知識，培養學生人工智能意識，激發學生對人工智能領域的學習興趣，學會 使用人工智能工具去解決生活中的問題，提高學生的探究能力、合作能力。
二、 案例實施的環境要求和硬件要求 環境：多媒體電腦室、網絡、教學廣播軟件、電腦、編程貓及 CocoBlockly X 圖形
化編程軟件； 硬件：“仿生鼴鼠機器人”套裝、電烙鐵、螺絲刀、智能顯示屏、連接線等。
三、 案例基本情況
（1）教學目標（如下表 4-5）
表 4-5 結合 STEAM 要素的三維教學目標
STEAM要素
教學 目標 知識與技能 過程與方法 情感態度與價值觀
1、認識仿生機器人； 在實踐操作過程中感 1、培養學生對科學的探
(Science) 2、了解基本的搭建材料和 受科學知識 究的興趣和嚴謹的學習態
S
科學 元器件功能； 度；
3、了解基本電路知識。 2、培養人工智能意識
1、能夠使用焊接工具焊接 1、在探究過程中掌握 1、能夠規范使用工具，體
電路； 焊接和線路安插的操 驗技術在生活中的作用；
2、能夠使用子母線在面包 作； 2、提高動手實踐能力。
(Technology)
T 板上進行線路安插； 2、掌握使用合適材料 3、培養智慧社會責任
技術
3、利用已有的材料和工具 和工具搭建機器人及
完成模型組裝。 測試機器人的方法。
4、垃圾分類識別功能搭建
1、能夠觀看流程圖，操作 在探究過程中，體會問 1、培養學生對工程設計意
(Engineering) 連接線路； 題解決的步驟流程，感 識和興趣。
E
工程 2、了解技術操作順序，完 受工程設計和搭建思
成機器組裝。 想。
38
1、能夠設計仿生機器人外 通過小組合作進行外 1、培養人文素養；
（Art）
A
藝術 觀； 觀作品草圖設計，動手 2、提高學生的設計能力，
2、能夠選擇合適材料，結 創作作品，提高學生設 培養學生的創造能力；
合模型，制作合適外觀。 計和創造能力。
1、觀看流程圖，利用空間 1、通過搭建模型，感 1、培養學生空間想象力
(Mathematics) 想象能力搭建模型； 知物體大小比例； 和邏輯判斷能力；
M 數學 2、預估經過障礙物時觸須 2、理解數學知識在機 2、培養對數學知識的興
的方向和通過的時間； 器人搭建和測試中的 趣。
作用。
2）學情分析
在開展活動前，學生已經學習過簡單的人工智能理論知識，并體驗過簡單人工智能 活動及參與兩次編程案例學習，對人工智能的知識有一定了解，但學生的實踐探究能力 和編程操作能力參差不齊，動手能力弱。
（3）教學資源及準備
輔助工具：學習任務單、學習過程記錄表、學習情況終結性評價表。
學習材料：研學案、課件PPT、微視頻（包括：機器人知識簡介、鼴鼠機器人特點、
認識元器件、拼裝車體、電路知識、節點法）。
四、項目拆分
本項目將總任務拆解為多個子任務，涵蓋了科學、技術、工程、數學、藝術五門學 科知識，并且進行課時劃分和課程的設計安排，總課時： 8個， 40分鐘/個，項目所需要 的課時及具體進度計劃安排如表所示 4-6。
表 4-6 項目所需的課時及具體進度計劃安排表
活動課時 活動名稱 具體安排 STEAM要素
1 課時 機器人知多少 觀察鼴鼠機器人，分析問題（想清楚）；劃
分邊界（明確問題） Science 科學
1 課時 鼴鼠機器人的秘密
——材料和元器件 了解仿生鼴鼠機器人材料和元器件詳解（收
集材料）； Science 科學
1 課時 組裝搭建我最快 搭建模型（想辦法）；
1、探究電焊知識； Science 科學
Technology 技術
39
2、溝通交流，流程圖觀看，完成模型安裝搭 Engineering 工程
建； Mathematic 數學
1 課時 我的核心武器——
線路搭建 啟動程序（線路在面包板上的安插及測試）； Science 科學
Technology 技術
Engineering 工程
1 課時 鼴鼠機器人動起來
的秘訣 調試測試（反復運行測試，發現問題及解決
問題）； Art 藝術
Engineering 工程
Science 科學
1 課時 垃圾分類識別快 智能模塊添加應用 Technology 技術
Engineering 工程
1課時 鼴鼠機器人變形記 設計外觀圖，使用3D打印筆，完成外觀制作 Art藝術
1 課時 鼴鼠機器人競賽大
比拼 1、 班內比賽、分享與展示作品；
2、 根據現場比賽機器人速度和外觀進行評價 并結合科學性、技術性、藝術性等多方面進 行綜合評估。
3、 分享心得體會 Engineering 工程
Mathematic 數學
Art 藝術
“仿生鼴鼠機器人”項目案例的具體規劃可以分為下面幾部分： 第一部分：主要是理論知識學習，包括學生了解機器人知識，認識鼴鼠機器人由來； 學習鼴鼠機器人材料和元器件，認識基本組裝材料和元器件功能；探究電焊知識，了解 電路基本知識等。
第二部分：依據說明書流程，完成模型搭建，涉及科學、數學以及工程方面知識， 并在上節課學習的元器件的基礎上，利用流程圖、焊接和搭建組裝機器人。
第三部分：完成線路連接。在上節課的基礎上，結合說明書進行線路安插及功能測 試（觸角調整）。
第四部分：智能感知模塊設置，在組裝完可啟動的模型的基礎上，引導融入智能感 應模塊（物體識別）。
第五部分：依據設計圖，外觀制作。在前面完成模型完整組裝的基礎上，小組合作， 制作出外觀（與手工課有所區別，制作要與機器匹配相符）。
第六部分：測試比賽、展示作品、分享交流。通過賽道比賽、分享交流，各組學生
40
展示自己的作品，并進行多樣化評價。 五、案例實施過程設計 活動一：機器人知多少
【活動時間】1 課時
【活動目的】觀察鼴鼠機器人（發現問題）；確定項目任務
【準備環節】完成分組（4-5 人）、仿生鼴鼠機器人、賽道
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
發放項目
學習手冊 向班級學生發放項目手冊 認真閱覽，
了解項目，
做好記錄； 幫助學生對接下來
的項目學習有一個
初步感知認識；
展示視頻：下雨了，小華很疲倦地回到家，
把地板弄得臟兮兮的，地上很多垃圾，小華可
苦惱了。 回答：自己
教師：同學們你有什么方法幫助小華？同 拖地；使用
學們有沒使用過掃地機器人？ 掃地機器
引導學生思考問題，制作一個掃地機器人 人 通過設問，調動學生
幫助小華。 躲避障礙 的興趣，吸引學生注
問題1：掃地機器人需要什么功能才能幫助我 物，清潔地 意，引起學生好奇
創設情境， 們清掃室內呢？ 面， 心；
確定項目 問題2：地上有那么多垃圾，能不能幫助小華 通過與現實生活進
識別呢？ 積極思考， 行對比，讓學生對本
小組討論問題，并結合項目書填寫 大膽假設， 節課的內容學習有
展示鼴鼠機器人模型。觀察教師手中的模 回答問題。 一個初步認識。
型，思考它和我們平常看到的機器人有什么區 觀看老師
別？——引出仿生鼴鼠機器人。 演示；
引導學生觀察機器人的功能（觸須），通
過掃地機器人對比區別，引出鼴鼠機器人的知
識學習。
41
1、提問并歸納相關機器人知識 設問 1：機器人有什么特征？ （1）機器人的組成 通過結構圖展示：
大腦”（控制器）：運行軟件，思考；
感官”（傳感器）：視覺、聽覺等；
“肌肉”（驅動器）：電動機、舵機等。
思考老師 2）機器人的應用
提出問題；
①通過圖片和微視頻展示：導盲機器
人、運輸機器人、手術機器人、踢球機器人等；
（2 播放視頻科幻電影紅，Robot》片段,
新知學習 讓學生對機器人有興趣；
設問 2：什么是仿生機器人？
①視頻播放動物鼴鼠特點；
（2解釋仿生機器人；
2、講解鼴鼠機器人的功能
設問 3：這個機器人是如何避開障礙？
①演示仿生鼴鼠機器人走過賽道過程；
（2引導學生觀察仿生鼴鼠機器人展現
過程；
（3 講解仿生鼴鼠機器人的功能（觸須）；
設計疑問，學生分組
設問1：如何制作機器人呢？ 進行學習，引導學生
活動探究， 設問 2：機器人的組成由哪一些元器件組成？ 思考問題 帶著疑問完成任務
體驗活動 （1）發放項目任務單，思考如何制作這 單；
個機器人
（2）分別以四人為一組，每一組分發一
2、仿生機器人活動體驗
教師：（1）說明規則。在課室臨時鋪設
障礙地，有秩序地組織學生運行鼴鼠機器人，
方式及分析其工作過程。
2）組織小組長帶領同學們有秩序體驗活
動
1、引導學生分享體驗活動
學生討論制作仿生機器人需要哪些知
識？如何搭建呢？
組織學生討論，并寫在任務單上。 通過小組分享，提高 2、教師小結
分享交流， 學生的語言表達能
（1） 小結完成仿生機器人需要的知識。
聆聽思考； 力和觀察能力；
（2） 和學生一起分析搭建仿生機器人的
小組討論， 設計作品，
流程步驟。
計劃項目 填 寫項 目
① 材料和元器件（子母線、萬向輪、面
任務單流 包板、開關等）
程； 引導學生思考項目
（2焊接和搭建模型
計劃；
@連接線路
④自定義垃圾分類識別
課堂小結 1、教師引導學生小結知識 歸納總結知識，強化
知識的理解；
2、引導學生課后完善項目設計，下節課分享 總結知識
學習評價 課后完成問卷星的學習評價。 完成評價 回顧本節課所學習 的知識，減少知識遺 忘；
預告下節課任務，激
發學生學習熱情。
活動二：鼴鼠機器人的秘密——材料和元器件
【活動時間】1 課時
【活動目的】（科學）了解鼴鼠機器人的材料和元器件分類，以及相關元器件的原理， 如萬向輪、面包板、子母線等。
【準備環節】準備好微視頻、材料單、各組機器人元器件及材料
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
小組代表上臺展示設 小組交流，培養學生的
項目設計 教師組織各小組學生分享設 計方案； 分享交流能力，并根據
展示與交 計的項目。 其他小組聆聽并反饋 反饋及時修改完善項
流 意見。 目；
教師：同學們，你們知道仿生
機器人由哪些材料組成呢？各種 觀看實物，思考、回答
新課引入 材料又有什么功能呢？ 問題。 設計疑問，引出問題
板書：材料與元器件
任務驅 1、展示鼴鼠機器人實物 把觀察學習的材料清 分小組自主探究，學生
動，自主 設問：這個仿生機器人由哪些 單寫在任務單上。 自主學習各搭建材料的
探究 材料組成呢？各種材料又有什么 使用功能；
44
功能呢？
2、組織課堂，分發鼴鼠機器人 零件細小繁多、機器容
（1）以小組為單位，有秩序地 易損壞丟失，加強學生
分發一套鼴鼠機器人，并提醒注意 集體觀看微視頻； 的組織和管理。逐一列
事項。 明注意事項，加強學生
（2）各小組通過微視頻、材料 保護硬件設備的意識。
單，了解搭建機器人需要使用的材
料及各材料的功能。
分享匯報 1、各小組代表上臺匯報，通過海
報展示的形式分享學習成果；
2、教師評價、總結。 小組討論；
小組代表匯報；
其他學生聆聽思考； 通過小組匯報分享，學 生在互動中加深對使用 材料的認識，加強學生 跨學科科學知識培養 ；
課堂總
結，課后
拓展 教師引導學生小結知識 一起總結知識 對本節課知識鞏固，提
高學生的歸納能力；
評一評 同學們這節課，你收獲到什
么？ 學生評價學習情況； 引導學生發現問題、反
思自我的意識；
活動三：組裝搭建我最快
【活動時間】1 課時
【活動目的】（科學）了解焊接原理及（技術）使用焊接工具、焊接方法；（工程、數 學、技術）學習仿生機器人搭建的方法。
【準備環節】焊接工具、焊接微視頻、安裝說明書
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
情境疑問，
新課引入 1、展示實物模型
2、設問：如何將材料和元器件搭建起來 呢？
教師引導學生觀察模型的連接方
式，引出連接方式：焊接、連接搭建。 觀察實物，
思考老師問
題 承接上一節課的內容，
通過設疑，引導學生觀
察實物模型并思考問
題，激發學生學習動機；
45
（板書：組裝搭建我最快）
觀看教師、通過技術示范讓學生對 任務一：焊接
同學演示； 知識有一定的感知，再 1、展示電池盒與電線，提問學生，如何
通過活動體驗的方式， 讓它們連接在一起？——引出焊接知識
讓學生掌握焊接的方 知識探究 2、教師演示焊接過程并強調安全意識和
法； 技術的規范的重要性
小組合作體 強調操作規范，提高學
3、 請學生上臺技術展示；
驗焊接過 生的技術規范使用意
4、 小組合作：分小組完成焊接
程； 識；
任務二：組裝搭建
提問：我們已經焊接完畢，如何將材料
3、引導學生依據任務說明書，小組合作
完成搭建任務
1、各小組檢查作品搭建是否完整，連接 檢驗模型； 學會發現問題、解決問 測試作品
是否緊密，模型是否穩固 題
鞏固本節課知識，提高
1、 收拾工具和材料并歸還 一起總結知
課堂總結 學生的歸納能力；強化
2、 教師引導學生小結知識 識
學生知識的建構； 有利于學生反思歸納課
學生評價學 堂表現；引導學生善于
習情況； 發現問題、反思自我的
意識；
【評一評】
評價維度 自評 小組評
搭建完成性（沒有漏掉步驟和材料）
46
連接緊密性（連接固定、平穩）
模型穩固性（模型穩固、不松動）
材料完整歸還
活動四：我的核心武器——電路連接
【活動時間】1 課時
【活動目的】（科學）學習線路連接的知識及（工程）在面包板上線路連接的方法。
【準備環節】線路連接微視頻、線路組裝說明書、仿生鼴鼠機器人
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
提問：上節課我們搭建好了模型，那如
情境設疑，
新課引入 何讓我們的仿生機器人動起來呢？
1、展示學生上節課搭建的未完成模型 和完成品模型。讓學生觀察區別，發現 問題；
設問：如何實現線路連接？
板書：材料與元器件 思考問題
觀察、回
答問題 通過實物對比、設疑，引導
學生觀察問題、發現問題，
激發學生的學習動機；
知識探究 任務：電路知識探究
1、 每一位學生分發一張電路連接說明 書。
2、 通過鼴鼠機器人實物演示電路知識， 并通過節點法分析電路如何連接到電 路板上。 閱讀連接 說明書和 觀看教師 演示學習 電路連接 的方法； 通過說明書和演示，讓學生 了解節點法的科學方法，學 會線路連接的方法；在連接 過程中提高學生的技術意 識；
小組合作，
任務驅動 1、 分別以四人為一組，教師為每組提 供兩套半組裝好的鼴鼠機器人。
2、 組織學生完成電路在面包板上的連 接。 小組合作
體驗線路
連接； 合作探究，動手體驗在面包 板上連接線路的方法； 通過“做中學”，提高學生 的電路連接方法；
機器測試 測試設 備 ； 分享 分享答疑及時解決疑問，引
1、學生有序地測試機器人 答疑； 導學生反思總結，培養學生
47
2、教師巡視現場并答疑。 跨學科問題解決能力；
課堂小結 1、教師引導學生小結知識 總結知識 強化知識的建構；
評一評 評價學習 學生自評
互評 引導學生發現問題、反思自
我的意識；
活動五：垃圾分類識別快
【活動時間】1 課時
【活動目的】(科學)了解圖片識別的基本概念；能夠使用物體識別 AI 模塊與智能屏 幕相連接(技術)。
【準備環節】問題記錄表
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
結合學生上兩次課出現
地上有很多垃圾，如何用機器人幫 的問題，展開總結設疑
新課引入 助小華識別出來分別是什么，并進行回 聽講、 思考 活動，激發學生的求知
收呢？——引出垃圾分類識別 欲；
1、展示智能屏幕，介紹功能
(1)物體識別：打開程序，將拍攝到
的物體被 AI 模塊識別，標記并顯示該 了解智能屏幕的操作方
新知學習 物體的英文名稱。 聽講， 思考 法，了解物體識別的功
小組探究 (2)了解物體識別的應用 能，培養學生的技術創
( 3)提問：如何利用攝像頭將影像顯 新意識；
示在屏幕模塊上？將識別到的物體在
屏幕上標示出來？
48
2、組織學生使用套件配套小冊子中的
圖片體驗
1、小組合作
小組探究 （1）體驗智能屏幕模塊的使用
（2）編寫 AI 識別模塊并鏈接
2、 反復測試，現場答疑
3、 引導學生探究智能屏幕的其他功能
4、 問題小結 思考
小組討論； 結合已經完成模型
總結 1、 學生分享本次活動體會
2、 小結本次活動 小結知識 深化知識的理解；強化
知識的建構；
評一評 評價學習 學生自評互評 有利于學生反思歸納課
堂表現；
活動六： 鼴鼠機器人動起來的秘訣
【活動時間】1 課時
【活動目的】（技術）學生們通過前幾次課學習，已經完成機器搭建和線路連接，也對 機器操作已經有了一定了解。但對機器問題障礙分析及機器故障維修處理存在一定困難。 因此，組織學生們進行一次集體的交流分享。
【準備環節】問題記錄表
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
新課引入 展示同學們搭建和安插過程中出 現的問題。（機器人不動、只有一個輪 子動、輪子反方向動等） 聽講、思考 結合學生上兩次課出現 的問題，展開總結設疑 活動，聯系學生實際問
題，激發學生的求知欲；
小組分享
自主探究 1、 小組分享，答疑常遇問題
( 1)各小組分享線路連接過程中出 現的問題和解決的思路
(2)其他小組和老師解答他們在自 主操作過程中遇到的困難和問題。
2、 反復測試，現場答疑 小組代表分
享；各小組代
表答疑； 學生分享答疑，提高學 生發散思維和歸納總結 能力；
加強學生對機器人模型 搭建和線路連接的理
(1)學生有秩序地現場測試機器人
(2)教師巡視現場并答疑。
(3)小結問題 小組成員反復
測試設備 解；培養學生的技術創
新意識；
機器人外
觀設置情
況 提問：我們已經完成機器人搭建，那該 給我們的機器人穿上什么樣的外衣 呢？讓它更加炫酷？
1、 教師引導學生可以往創意、環保、
功能等方面去設置。
2、 組織小組討論，設計外觀操作 思考
小組討論；設
計外觀； 結合已經完成模型，引
導學生思考如何讓機器
人更加美觀；
分享及總
結 1、 引導學生分享本次活動體會
2、 小結本次活動 小結知識 深化知識的理解；強化
知識的建構；
評一評 評價學習 學生自評互評 有利于學生反思歸納課
堂表現；
【模型制作過程問題記錄】
序號 發現問題 解決方法 驗證方法
活動七：鼴鼠機器人變形記
【活動時間】1 課時
【活動目的】（藝術）完成創意外觀制作，讓機器人更加美觀；通過分享成果、小組評 價提高學生的審美情趣。
【準備環節】各小組提前準備材料、作品任務單、評價表
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
設計疑問
導入新課 提問：我們已經完成了機器人搭建，那我們給我
們的機器人穿上什么樣的外衣呢？讓它更加炫
酷？ 思考問題 引出問題，吸引
學生好奇心；
1 、說明評價表
2、引導學生從創意、環保、功能等出發創作
（1）利用回收的材料或生活用品，制作成具
有一定創意理念的造型和特定作用的裝置、功
能。鼓勵使用3D打印筆、雕刻機等工具進行創 明確規則、
作，呈現作品的多樣性 要求 向學生說明規
任務驅 （2）通過手繪、噴繪或其他藝術手段，進一 則、量化考核標
動，小組 步美化作品。 準，讓學生在清
探究 （3）創意設計體現參賽作品的科學性、藝術 晰的目標下合作
性、可行性、 合理性和穩定性，表現參賽作品 動手制作，完成
的奇思妙想、別出心裁和獨具匠心。 外觀設計；
（4）在功能競賽的基礎上，增加更多創意元
素或更多功能，如增加車尾燈等。 小 組合 作 探
（5）小組探究，完成創意外觀制作品 究
學生結合上節課的草圖和材料準備，開展外
觀作品探究。
作品分享 1 、將外觀與上節課搭建的機器人連接
2、 小組代表上臺分享作品
3、 其他小組對作品外觀創意設計、功能創意設
計進行評價（評價表參見附錄D） 分享；評價 通過分享交流，
學生學會欣賞別
人和表現自我；
課堂小結 引導學生小結本節課知識 總結知識 強化學生歸納反
思意識。
51
活動七：鼴鼠機器人競賽大比拼
【活動時間】1 課時
【活動目的】（數學）通過競賽方式，激發學生學習興趣，培養學生的問題解決和團隊 協作能力。
【準備環節】套有外觀的仿生鼴鼠機器人、提前分發任務安排及比賽規則
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
1 、任務：說明評分標準
2、學生角色分配
學生代表：說明評分標準
參賽選手完成制作后，在作品顯著的位置貼 上參賽隊伍標貼。裁判檢查鼴鼠機器人是否裝配 完整和是否能夠正常運作。
檢錄要點：1、裝配完整，包括車體、控制
電路、驅動器、供電裝置等。滿足以上兩點則通 向學生闡明規
過資格檢錄。 則，讓學生明
導入新課 每個賽道只允許 1 個參賽隊伍進入，每個組 確任務；通過
別指派一名選手將作品帶到指定的賽道，按照裁 了解規則 競賽的方式提
判指示，啟動鼴鼠機器人，完成任務。在起點啟 高學習效率，
動鼴鼠機器人，繞開障礙物，到達終點。 讓學生更加投
計分說明：在競賽過程中，鼴鼠機器人啟動 后，選手不得干預比賽，若鼴鼠機器人出現故障 或意外狀況，維修糾正一次加5秒。自啟動鼴鼠 機器人開始比賽后，須在 5 分鐘內完成競賽，超 時則結束比賽，以當前分數為本輪競賽成績。作 品必須安裝外觀造型，才允許參加功能競賽。作 品必須粘貼有主辦方提供的隊伍標識，避免造成 誤判、漏判和記錯成績。 入活動中；
活動開展， 比賽開展過程： 參與活動 通過競賽形式
小組競賽 （1）各小組指派兩名成員進入賽道參與比賽。 體驗活動，培
52
（2）其他隊員參與計時、計分 養學生合作競
爭能力；
反思不足，在
1、反思本節課你收獲到什么知識，對哪部分內 評價中借鑒別
容更加感興趣？ 參與評價， 人優點，培養
評價反思 2、小組評價 完善任務 學生批判思維
3、完善項目書 和問題解決能
力；
1、總結知識 強化知識；及
小結知識 2、完成總結性評價表（如附錄 E） 總結知識 時評價反思
五、案例一總結
本教學案例通過創設掃地機器人的真實問題情境，引發思考，開展項目探究避開障 礙、垃圾分類中的感知與識別等活動，多維度、多主體進行課堂評價，凸顯學生的主體 地位，體現STEAM的跨學科、“做中學”等教育理念。
4.3.3案例二 ——創意智能機器人
一、案例背景
輪式“創意機器人”利用套裝中多個傳感器進行實現，并融入適當的智能模塊，提 供學生動手操作的條件，以項目式教學開展實踐活動，增強學生學習人工智能技術的積 極性，提高學生的探究能力、合作能力與創新能力。
二、 項目實施的環境要求和硬件要求
環境：多媒體電腦室、網絡、教學廣播軟件、電腦、編程貓及CocoBlocklyX圖形 化編程軟件；
硬件：“創意機器人”套裝、智能顯示屏、連接線；
三、 案例基本情況
（1）教學目標（如下表 4-7）
（Mathematics）
離 2、 2、理解數學知識在機器
M 數學 人搭建和測試中的作用，
培養學生空間想象力和
邏輯判斷能力。
（2）學情分析
本次項目學習是在仿生鼴鼠機器人項目的基礎上展開新的項目學習。在第一個項目
學習中，學生對實踐創新類項目感興趣，大部分同學能夠認真聽課，能夠活學活用，但
是在展開項目探究合作過程中，學生能力差異較大，教師要注重細分任務，給予學生充
54
足完成的時間，注重講練結合，體現出個性化教學。
（3）教學資源及準備 輔助工具：學習任務單、學習過程記錄表、學習情況終結性評價表。
學習材料：研學案、課件PPT、微視頻（會動機器人、超聲波傳感器、循跡機器人、
線路搭建、積木塊使用）
四、案例所需要的課時及具體進度計劃安排表 本項目將總任務拆解為多個子任務，并進行課時劃分和進度設置，總課時： 9 個， 40分鐘/個。所需要的課時及具體進度計劃安排如下表所示 4-8：
表4-8項目所需要的課時及具體進度計劃安排表
活動課時 活動名稱 具體安排 STEAM要素
認識機器人種類（分析問題、了解項目）；Science科學 了解機器人組裝配件；觀察創意機器人（發 Engineering 工程
1課時 我的創意機器人
現問題）；收集學生意見，簡述自己的想法
（說明項目）
Science 科學
2課時 了解機器人材料和作用；完成模型搭建、組 Technology 技術
探究會動的機器人；
裝；完成會動機器人編程； Engineering 工程
Mathematics 數學
Science 科學
1課時 探究不會撞墻的機器了解超聲波傳感器作用；完成模型搭建、組Technology技術
人； 裝；完成超聲波傳感器功能模塊編程； Engineering 工程
Mathematics 數學
Science 科學
了解灰度傳感器作用；完成模型搭建、組裝； Technology 技術
2 課時 探究循跡機器人
完成循跡機器人編程； Engineering 工程
Mathematics 數學
Technology 技術
1 課時 物智能模塊我設計 物體識別智能模塊的使用
Engineering 工程
1課時 機器人變裝記 依據設計圖，利用積木外觀設計外觀（從創Art藝術
意、功能等方面思考） Engineering 工程
1課時 我分享，我進步 展示評價作品，分享心得體會 Art藝術
項目的具體規劃可以分為以下幾部分： 第一部分：理論知識學習，包括認識機器人種類；了解機器人組裝配件、傳感器； 第二部分：案例學習，分別有探究會動的機器人、探究不會撞墻的機器人、探究循 跡機器人。
第三部分：在第二部分的基礎上，進行小組合作，進行創意機器人功能和外觀設計 符。
第四部分：展示作品，分享心得體會。根據機器人完成度、外觀、科學性、性價比、 藝術性等多方面進行綜合評估，學生展示作品，對作品進行多樣化評價，在這個過程中 培養學習興趣，激發對事物的好奇心。
五、案例實施過程設計：
依據課程安排及項目實施流程圖，將課程細節部分進行如下說明：
活動一：我的創意機器人
【活動時間】1 課時 【活動目的】（科學、工程）觀察創意機器人（發現問題）；確定項目任務； 【準備環節】分組、填寫隊伍卡、分發任務單
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
播放“機器人科幻動畫片段的片段”
科幻餐廳里形形色色的機器人真神
觀看視頻
奇，有沿著路線行走的機器人，有門閘
片段
機器人。現在疫情當下，有了機器人為
情境導入 學生思考 展示電影片段，調動學生學習興
我們服務，減少接觸的風險。同學們思
并寫在項 趣，讓學生快速進入學習狀態 考生活餐廳中，你還想機器人具有什么
目書中
功能？
教師引導小組討論——我的創意智
能機器人
1、展示創意機器人 思考問題
到機器人有什么智能特點嗎？今天老師
式上來看可以分為幾種呢？
2、 展示圖片和視頻：常見的機器人，從 移動形式上可以分為輪式、腿式、履帶 式和其他類型。
（1） 輪式機器人是機器人中最普遍的一 種，它的特點是能在平地上高速移動。
（2） 履帶式機器人移動速度較慢，它在 復雜地面上通過的能力較強。腿式機器 人是從仿生角度來講的，有雙足的、多 足的不同形式。
3、 分析創意機器人： 學生思考
（1） 分類與描述對象 小 組 討
提問：在機器人的運動中，請同學們觀 論，進行 察它進行哪些運動。 分解。
運動動作，沿著黑線軌跡運動，追蹤物 體，碰到障礙物燈亮
（2） 對任務進行分析、分解。
提問：機器人需要哪些硬件構件實現運 動？
教師引導學生討論并填寫任務分析表 格，教師指導。
4、 總結——硬件構件：主控制板、電池、
電機，外殼
活 動 探 體驗創意機器人 思考問題 學生分組合作學習，引導學生帶
究，體驗 （1）說明規則。在課室臨時鋪設障礙地， 著疑問完成任務單；
活動 有秩序地組織學生體驗機器人的工作方 通過直觀、動手體驗機器人活動，
式及分析其工作過程。 分小組進 引起學生興趣
（2） 組織小組長帶領同學們有秩序體驗 行活動體
活動 驗
（3） 并引導學生完成任務表
1、 引導學生分享活動感受
2、 組織小組代表分享創意機器人需要用 分 享 交 到哪些知識？如何搭建？組織學生討 流，聆聽
通過小組分享，提高學生的語言 論，并寫在任務單上。 思考；
表達和觀察能力；
①了解材料和構建
（2 讓機器人動起來 大膽設
小組討 @ 讓機器人避障 想，提出
論，計劃 ④ 讓機器人循跡 問題，填
項目 ⑤物體追蹤 寫項目任
⑥外觀搭建 務單流
3、 完成創意機器人需要的知識。和學生 程；
通過設想特色機器人，引導學生 一起分析創意機器人的流程步驟。
思考，為項目計劃做鋪墊。
4、 展示各種外觀的創意機器人，如何制 設想作品 作有特色的機器人呢？請小組討論，并 外觀 填寫在任務單上。
1、 對本節課所涉及的概念進行總結。 學生回憶
課堂小結 總結知識，強化理解。
2、 對制作成品的過程進行總結。 并思考
回顧本節課所學習的知識，有利 于培養學生善于思考的習慣。
學習評價 課后完成問卷星的學習評價。 完成評價 預告下一節的任務，讓學生充滿 期待。
活動二：探究會動的機器人
【活動時間】2 課時
【活動目標】（科學、技術、工程、數學）了解一棟輪式機器人的結構搭建方法和簡單
58
運動控制方法；通過小組合作探究，制作一臺輪式機器人；體驗人工智能在工業生產和 運輸中的應用價值。
【準備環節】源碼編輯器編程軟件、超聲波傳感器等硬件、PPT、任務單
1、體驗會動的機器人：
將“會動的機器人”活動的結構與運動進行 分類與描述。將“會動的機器人”這一任務進行 分解，變成若干小任務。培養學生對問題的歸類 和分解的習慣，從而提高學生解決問題能力。
1）分類與描述對象
成。這一過程中，教師為學生提供任務分析表格， 并在學生討論過程中進行相應的指導。
2、總結：
1） 硬件構件：主控制板、電池、電機，外殼
2） 運動動作：前進、停止、后退、停止、左
轉、停止、右轉、停止動作。
師：同學們想不想也來搭建自己的機器人 各小組根據任
動 手 實 踐 攻 克 “機器人搭 呢？ 務、要求和教師
重難點 建”實施 （1）分發任務單：搭建機器人 的指導完成“機
（2）要求：清點零件，小組自主觀看視頻。 器人搭建”。
抽象問題
1、教師引導各小組對主體的活動方式和過程進行
描述。
設問 1：通過大家的努力，每個小組都搭建出 炫酷精彩的機器人，那如何讓你的機器人動起來 呢？
2、認識搭建積木塊
設問 2：我們已經明確“智能會動的機器人”
的任務。接下來同學們繼續小組探究和觀看視頻， 用文字表述機器人是通過什么來運動的？使用編
程貓里面的哪一些硬件才可以實現？
機器人中兩個機電分別通過D12和D10、D11
和 D9 這兩組端口來控制。
3、實現的模塊有如下：
（1）按鍵模塊：
2）前進模塊：
◎雙硝達
貧動連度為
學生先自主探 究抽象出 活動 的主體，然后通 過小組討論，明 確主體對象的 活動方式、過程 并填寫主要對 象活動記錄單。
小組討論明確 其活動方式：鍵 盤“上、下、左、 右”鍵控制機器 人運動；機器人 移動到需要搭 建積木塊；
進行活動， 逐 步 完 成 實 驗 過 程，確保學生 都能夠成功試 驗；
◎雙餌達
轉動連度為
60
1、根據抽象出的活動，設計解決問題的整個過程，
并用自然語言進行描述。嘗試利用流程圖或思維
組間成員互相
導圖方式使解決問題過程變得可視化。最后，將
討論出“會動的
整個思路繪制出來，為編程制作做準備。
2、實現功能如下：
1）移動機器人可以通過電腦上的上下左右鍵
來控制。定義向上箭頭為前進，松開為停止。想
方案綜合
讓機器人前進，設計兩側電機為100,即可實現。
2）可以定義向下箭頭為后退，松開為停止。
若想讓機器人后退，將兩側電機同時設置為一100
即可實現。
3）可以通過向左和向右鍵來控制機器人的轉
彎和停止。機器人想實現轉彎，將兩側電機的轉
向設置為100 —個即可。
任務：完成編程制作
編程制作
學生根據任務書及微視頻，搭建積木完成機
器人開動功能，教師提供實時指導。
1、運行與調試。
提問：同學們已經完成“會動機器人”的編程。
那么接下來請同學們嘗試運行這一作品并對其中
出現的問題進行分析與修改。 測試與評價
2、完善作品
教師組織小組間的同學互相觀察與運行智能
機器人”這一過
作品。
機器人，思考自己所創作的作品有什么需要完善
的地方，填寫作品測評完善表。
1 、學生回憶并
思考方案設計 學生對本節課所涉及的計算概念、制作成品
2、學生在教師 課堂小結 的過程進行總結。 總結知識，加
的指導下運用 教師指導學生借助思維可視化工具——思維 強鞏固；
思維導圖工具 導圖總結“會動的機器人”作品的制作過程。
呈現解決問題
過程。
有利于學生反 評一評 評價學習 學生自評互評 思歸納課堂表 現；
活動三：探究不會撞墻的機器人
【活動時間】1 課時
【活動目的】（科學、技術、工程、數學）了解超聲波傳感器的作用和原理；掌握超聲 波指令模塊的使用方法；利用超聲波傳感器控制燈，學會用分支結構解決判斷問題；通 過小組合作探究學會制作一臺防碰撞機器人；了解傳感器在生活中的應用；體驗人工智 能在生活中的重要性，激發學習熱情。
【準備環節】源碼編輯器編程軟件、超聲波傳感器、人臉識別等硬件、PPT、任務單
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
1、展示兩輛機器人，一輛會撞墻，另一輛靠近墻會出現 通過對比和
蜂鳴聲并亮燈。 設疑，激發學
創設情景 2、展示蝙蝠避障視頻； 觀看視頻 生學習興趣，
設問：我們看到前面有障礙物的時候，可以躲避障 思考并回答； 快速進入學
礙。蝙蝠可以在黑夜中靈活躲避障礙物。它是如何做到 習狀態；
的？板書：不會撞墻的機器人
62
1 、認識超聲波傳感器
1）超聲波傳感器：是一個檢測距離的傳感器，它
由發射器和接收器組成。它就像機器人的“大眼睛
3）設問：我們如何使用呢？接下來我們就利用超
聲波傳感器來控制燈，感受這個神奇的傳感器吧。
2、使用超聲波傳感器控制燈
利用分支結構展示超聲波傳感器使用原理的流程
圖。
用超聲波傳感器控制燈，設備啟動后，如果超聲波傳感
器檢測到值小于某個值時，燈亮；否則燈不亮 。
2）分析及演示硬件連接、積木編程
正確連線
（2 添加Arduino硬件，并連接設備
任務探 教師：同學們，想不想來搭建不會撞墻的機器人呢？ 開展探究 動手實踐； 究，小組
我們發揮想象力，給它添加不同的功能。 通過活動的
合作
1、 分發任務單：搭建不會撞墻的機器人 形式，一步步
2、 要求：清點零件，觀看視頻并進行搭建機器人任務。 完成任務；
1、 教師指導學生借助思維可視化工具——思維導圖總 結作品的制作過程。
課堂小
2、 同學們通過本節課的學習，你收獲了什么？
結，作品
2、 知識拓展
評價
聯系生活，思考利用超聲波傳感器測距功能還能解 決哪些實際問題？
3、 評一評
活動四：探究循跡機器人
【活動時間】 2 課時
【活動目標】（科學、技術、工程、數學）
1、 知識與技能：了解循跡機器人和灰度傳感器的工作原理和使用方法，學會制作一臺 循跡機器人；發展設計制作機器人的創新能力和自主解決問題能力，增強利用人工智能 技術服務社會、服務生產的意識。
2、 過程與方法：通過小組合作探究學會制作一臺循跡輪式機器人
3、 情感態度價值觀：體驗人工智能在生活中的應用價值，增強學生探究和應用人工智 能技術的積極性。
【準備環節】源碼編輯器編程軟件、紅外線傳感器等硬件、PPT、任務單
展示動畫片，華華媽媽帶他到一家機器人
餐廳慶祝生日。發現很多機器人正端著盤子上
菜，地上有一條條記線，機器人沿著線走來走
觀看動畫片 去。華華很困惑：“這些機器人為什么會沿著
創設情境， 并設疑，激發
線跑呢？” 觀看視頻，
導入新課 學 生學 習興
提問：同學們在生活中有見過類似的機器人？ 回答問題
趣，進入學習 這個功能是由循跡傳感器來完成的。循跡
狀態； 傳感器能夠區分黑、白兩色，機器人就是通過
識別黑線找到行走路線的。
引出本節課主題：循跡機器人
1、體驗探究
展示循跡機器人 體驗循跡機器
2、功能分析 人
（1）循跡機器人色彩鮮艷的外表下面藏著控
制它行動的功能模塊。請同學們觀察它由哪些
硬件組成，把你辨認出的模塊寫在下面的橫線
上，猜一猜它們各自的功能。
考三對傳感器指示的路線偏離情況與機器人行
走方向的關系，填寫下面的表格。
路線偏離情況 機器人的行駛方向
正中 向前行駛
偏右
正中和偏右同時
偏左
提問：同學們想不想也來搭建自己的機器人
呢？
（1） 分發任務單：循跡機器人
（2） 要求：清點零件，小組合作通過自主觀 完 成模 型搭
任務驅動一 看視頻及說明書完成搭建循跡機器人任務。 建，學會發現
各小組根據要
——模型搭 （3）循跡機器人搭好了，再檢查一下連接的 問題、歸納問
求，完成任務。
建 線路，看看是否符合要求，將問題和解決方案 題
填寫再下表中。
問題 解決方案
結構不穩固
驅動線接反了
（1）根據活動，設計解決問題的過程，并用
自然語言進行描述。嘗試利用流程圖或思維導
同學們繼續小組探究思考循跡傳感器的工
作原理和機器人行走方向的關系。如何用流程 圖來指導自己更好地完成程序？
66
1、使用編程貓里面的哪一些硬件才可以實現？
1）認識搭建積木塊
2）實現的模塊有如下：
第一部分：要配合機器人，試著讀取三個
學生先自主探
循跡傳感器采集到的數值，這些數值就確定了
究，抽象出活
黑白線：數值〉=60 為檢測白線；數值=<40為
動的主體；
檢測到黑線。
通過小組討
通過流程圖，
第二部分：當中間的灰度傳感器感應到黑
論，明確主體
逐步提出問
任務驅動二 線且左右兩側灰度傳感器末感應到黑線時，機
對象的活動方
題；加強學生
——編程 器人向前走。
式并填寫主要
對灰度傳感
第三部分：當左側的灰度傳感器感應到黑
對象活動記錄
器的使用理
線且中間和右側的灰度傳感器未感應到黑線
單；
解；
時，機器人左轉。
第四部分：當右側的灰度傳感器感應到黑
組間成員互相
線且中間和左側的灰度傳感器未感應到黑線
討論解決方
時，機器人右轉。
案；
第五部分：當三個灰度傳感器同時感應到
黑線時，機器人停止。
硬件連接】
學生按照要求 讓 學生 探索
硬件連接 提問：請同學們打開源碼編輯器，根據微視頻， 完成硬件 搭 硬件連接操
完成硬件連接。
建；
作；
完成編程制作】
學生進行程序
動手實踐攻
學生根據任務書及微視頻，搭建積木完成 編寫，遇到問
克重難點；通
編程制作
機器人開動功能。在這一過程中教師提供實時 題向老師 請
過活動的形
指導。
教；
式，一步步完
成試驗；
測試與評價
小組間的同學 進行溝通并運 師：相信同學們已經將“循跡機器人”這 行對方的 作 一活動的編程完成了。那么接下來請同學們嘗 品，思考自己
作品的不足之
1、運行與調試。
通過自評，學
生敢于表達，
分享觀點；
課堂小結，
試運行機器人，并觀察它的行走和我們之前的
設想是不是一樣，對出現的問題進行分析與修
改。并填寫下面的表格。如有新的想法，也可
以填寫在表格里。
2、完善作品
教師組織小組成員互相觀察與運行智能機
器人，思考自己所創作的作品有什么需要完善
的地方，填寫作品測評完善表。
1、解決問題過程總結
1）對本節課所涉及的傳感器進行總結和對
制作成品的過程進行總結。
2）教師指導學生借助思維可視化工具——
作品評價 思維導圖總結“循跡機器人”作品的制作過程。
2、循跡系統可以實現自動沿線行走。
想一想：生活中還有哪些地方用到了循跡系
統？試著寫下來。
3、評一評
處，填寫作品
測
評完善表，并
完善作品。
活動五：智能模塊我設計
【活動時間】1 課時
【活動目的】（科學）了解人臉識別、物體追蹤的基本原理；能夠使用人臉識別、物體 識別 AI 模塊與智能屏幕相連接（技術）。
【準備環節】問題記錄表
教學環節
教師活動
學生活動 設計意圖
展示圖片，提問：循跡機器人如何快速 結合學生上兩節課出現
追蹤到目標物品呢？如何讓我們閘機 的問題，提出疑問，聯
新課引入 聽講、思考
機器人識別許可人員呢？ 系學生實際問題，激發
——引出智能模塊使用 學生的求知欲；
1 展示物體追蹤、人臉識別，介紹功能
2 講解智能 AI 知識
（1）物體追蹤：進入程序后將攝像頭
對準想要追蹤的物體并停留幾秒，模塊
自動學習。學習結束后屏幕模塊會提
示，此時可以開始驗證模塊學習效果，
追蹤到學習的物體時會通過矩形框標
記出來
了解智能屏幕的操作方 （2）人臉識別：進入程序后，攝像頭
新知學習 法，了解智能識別的功
拍攝過程中，屏幕模塊顯示使用矩形框 聽講，思考
小組探究 能，培養學生的技術創
出畫面中的人臉。
新意識；
2、提問：如何利用攝像頭將影像顯示
在屏幕模塊上，載入物體識別模型，將
識別到的物體在屏幕上標示出來
第一步：模塊初始化
第二步：獲取影像，載入物體識別模
型，進行物體識別
第三步：在屏幕中顯示識別到的物體
位置并以檢測框的形式標注出來
1、完成物體追蹤智能
（1）試著探索智能屏幕模塊的使用
小組探究 動手操作 結合小組的項目需求選
（2）試著編寫AI識別模塊并鏈接
小組討論； 擇合適的智能模塊
2、 反復測試，現場答疑
3、 繼續引導學生探究人臉識別智能
總結 小結本次活動 小結知識 深化知識的理解；強化
知識的建構；
評一評 評價學習 學生自評互評 有利于學生反思歸納；
活動六：機器人變裝記
【活動時間】1 課時
【活動目的】（藝術、工程）通過合作探究完成創意外觀制作，讓機器人更加美觀；通 過分享成果、小組評價提高學生的審美觀。
【準備環節】套裝積木、各小組準備的外觀材料、作品任務單、評價表
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
提問：我們已經完成了機器人搭建，那應該
設計疑問，
導入新課 給我們的機器人穿上什么樣的外衣呢？讓 它變得更加炫酷？同學們可以參照上圖搭 建的循跡機器人的外觀，發揮想象，用 3D 打印技術來實現你的設計。試一試你是否能 搭建出更炫酷的機器人。 思考問題 引出問題，吸引學生
好奇心；
任務驅動，
小組探究 1、說明評價表
2、 引導學生從創意、環保、功能等出發創 作
3、 小組探究，完成創意外觀制作
（1）學生結合上節課的草圖和準備的材 料展開探究；
（2）將外觀與創意機器人搭配 明確規則、要
求
小組合作探究 向學生說明規則、量 化考核標準，讓學生 在清晰的目標下合 作完成外觀設計，提 高動手設計能力和 技術創新能力；
作品分享 1、 為上節課搭建的機器人進行外觀設計
2、 小組代表上臺分享作品
3、其他小組評價作品外觀和功能創意設計
（參照附件 D） 分享；評價 通過分享交流，讓學
生學會欣賞別人和
表現自我；
課堂小結 引導學生小結本節課知識 總結知識 強化學生歸納反思
意識。
活動六：我分享，我進步
70 【活動時間】1 課時 【活動目的】通過分享交流，學生歸納總結，展現自我，培養學生的問題解決能力和團 隊協作能力。
【準備環節】
1、 每個小組推薦一名代表上臺展示作品，介紹作品的優勢，并說出制作過程中出現的 問題，以及解決的方法。
2、 反思學習過程中，你收獲了什么？對哪部分更加感興趣或者還存在疑惑？哪部分內 容還想更深入了解？
3、 完善項目書
4、完成終結性評價表
【評價】項目的終結性性評價量表（參見附錄 E）
五、案例二總結
本教學案例通過創設機器人制作問題情境，引發思考，開展項目學習回聲定位、機 器人循跡、物體追蹤及人臉識別等教學探究活動，在課堂評價中進行多維度、多主體評 價，凸顯學生的主體地位，體現 STEAM 的跨學科、“做中學”等教育理念。
4.4 教學小結
筆者發現大多數學生在老師的指導下，已經能夠掌握編程知識，并通過所掌握的知 識，完成老師布置的任務；學生表現出喜歡學習人工智能課程，能通過獨立、辯證思考 問題，提高科學素養。下面對本次教學實施進行總結與反思：
一、教學情況總結
1、 為了更好完成基于 STEAM 教育理念的人工智能課程教學，教師應當與時俱進 不斷更新知識儲備，要對STEAM教育理念有深刻認識，并根據學校資源、學生特點等 設計操作性強的教學項目。教學設計與實際開展教學情況仍然存在差距，還有一些地方 需要完善：首先學習者的基礎、認知能力、思維靈活度等也存在較大差異，有些學生適 應傳統教學，不能很好適應新的教學模式，特別對于較難的任務，學習起來力不從心。 其次，教師較為欠缺活動開展的組織、調控策略，需要在課程前期設計中考慮全面，并 做好充足的準備。日后教師需要進一步優化教學方式、教學內容，采用更加通俗易懂、 貼切生活的方式傳授知識，以此提高學生對難點的理解，培養學生知識遷移能力。
2、 課堂管理和把控能力還有待提高。課堂突發問題的處理、學生的引導、課堂時
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間把控等方面存在不足，需要不斷改善。在日后授課過程中，筆者一方面與助教老師維 持紀律，和同事一起探討在課堂管理有效方法，另一方面及時關注學生的學習狀態，保 證課堂有序開展。
二、學生表現總結
1、 大部分學生可以完成課程的案例項目，并學習到其中的方法與技能。通過課堂 學習，大多數學生能夠掌握本節課的知識，能夠合理運用知識編寫出正確的程序，甚至 有不少同學還能夠增加學習內容，繼續拓展學習任務，能夠正確思考并解決問題，實現 跨學科知識學習，但存在部分學生完成效果不夠理想。整體而言，大部分學生樂于探索， 積極實踐，創新思維得到提高，在課堂教學中，學生能夠主動學習知識，并合理使用所 學知識來解決問題，學生樂于分享和展示課程學習成果，并相互交流學習心得。
2、 存在部分學生小組合作學習時，較為消極，雖然和小組成員分工、合作，共同 完成任務，但卻不能很好地發表自己的觀點，合作能力有待提升。整體而言，基于 STEAM 教育理念的人工智能教學可以很好滿足學生的學習需求，學生的各項能力都得到發展， 但個別學生和小組的學習效率還有待提高。
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第五章 教學活動實施及效果分析
5.1活動實施
本研究在人工智能課程教學中從學生生活實際出發，融入 STEAM 教育理念，并以 “項目”的形式解決問題，突出技術性、智能性，并在完成項目案例學習后，根據學生 學習效果采取合適的量化評價，采用調查問卷、訪談等形式進行總結，得出研究結果， 從而客觀、全面了解學生學習主觀能動性、問題解決能力和創新能力是否有所提高，更 好地了解本次實施效果，以利于后續課程教學的完善及優化，更好地促進人工智能與 STEAM 教育理念的有機融合。
5.1.1調查問卷設計依據
本研究通過與相關學科教師探討和分析，進行適當調整，最后形成調查問卷。調查 問卷分為前測和后測兩部分，分別各設計 18 道問題，設計題項數量和問題相匹配，圍 繞 5 個維度，包括學習興趣部分、合作學習部分、學生創新能力及創新意識部分、跨學 科融合思維部分，旨在通過前、后測的測試變化，了解學生在基于 STEAM 教育理念的 初中人工智能課程學習結束后，能力變化情況。第一維度1-4 題檢測學生學習興趣的變 化，第二維度5-8 題用來測試合作學習的變化，第三維度9-12 題用來測試問題解決的變 化，第四維度13-15 題用于測試學生創新能力和創新意識的變化，第五維度 16-18 題測 試學生跨學科融合思維變化。其中創新思維部分參考“威廉斯創造力傾向量表”，態度 動機部分參考“中學生學習策略量表LASSI”，完整的調查問卷可參見附錄A和附錄B。 前后測調查問卷的選項設計采用利克特量表，該量表為完全符合（A）、基本符合（B）、 不確定（C）、基本不符合（D）、完全不符合（E）。受測者回答選項時，需要根據具 體情況選擇選項表示認同程度，表 5-1為調查問卷前后測維度分類。
表 5-1 調查問卷前后測維度
前測和后測維度
學習興趣部分（1-4）
合作學習部分（5-8）
問題解決部分（9-12）
學生創新能力及創新意識部分（13-15）
跨學科融合思維部分（16-18）
5.1.2調查對象與調查問卷發放
（1） 調查對象與總數：廣州市某中學中 3個七年級的平行班，共 114 名學生。
（2） 問卷發放：發放前測調查問卷114份，后測調查問卷 114份。前測和后測調 查問卷發放和收回調查問卷總數目一致，總數為228份，回收無效問卷0份，回收率 100%。
5.1.3訪談提綱的設計
為了全面了解學生的學習評價情況，本研究從“收獲情況”“教學看法與建議”等 方面設計訪談提綱，隨機選取部分學生進行訪談，根據學生反饋，對課程內容和教學方 法進行調整。訪談對象還包括相關教師，聽取他們對教學的建議，以提高后續教學工作 效率，教師訪談提綱包括兩部分：教學認識、教學意見。詳見附錄C “學生及教師訪談 提綱”。
5.2調查問卷數據分析
5.2.1信度和效度分析
為了驗證調查問卷數據的科學性和結果的準確性，本研究利用在線SPSSAU平臺對 調查問卷的信度和效度進行分析。
（1）調查問卷信度分析 信度分析作為調查問卷效果分析的重要評估部分，對研究結果具有重要意義，它可 以根據評估標準進行可靠性分析，以便在數據分析之前驗證評價標準的穩定性和可靠性。 本研究使用在線SPSSAU平臺檢測前測調查問卷的Cronbach a系數，以此分析其可靠性。 前測調查問卷中每個問題的可靠性測試結果如下表5-2所示。
表 5-2 前測調查問卷信度檢驗結果
Cronbach信度分析
編號 名稱 校正項總計相關性 項已刪除的 Cronbach
a系數
（CITC） a系數
1 你對人工智能課程感興趣 0.701 0.963
2 你希望在人工智能課程中學習動手探究實踐 類的內容 0.742 0.962
3 你有信心學好人工智能課程 0.757 0.962 0.964
4 你認為學習人工智能課程很有意義 0.736 0.962
5 你希望和同學合作交流完成學習活動 0.728 0.962
6 你認為小組合作學習效率更高 0.743 0.962
7 你能夠加入小組并與大家學習和分享心得嗎 0.819 0.961
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Cronbach信度分析
編號 名稱 校正項總計相關性 項已刪除的 Cronbach
a系數
(CITC) a系數
8 你認為是否需要設置作品分享環節？ 0.677 0.963
9 你會主動想辦法解決在學習過程中遇到的難 題或其他困難 0.828 0.961
10 任務完成還有時間時，你還會去試著深入研 究如何優化完善作品 0.782 0.962
11 你有強烈的好奇心，能主動發現問題 0.761 0.962
12 你能夠應用所學知識，針對問題設計相應的 解決方案 0.807 0.961
13 你會采用不一樣的素材來實現相同的任務 0.761 0.962
14 你會學習完教師講解的問題步驟后，還會鉆 研不同的方法 0.767 0.962
15 在老師給定的任務中，你會嘗試加入自己的 獨特創意等其他元素 0.756 0.962
16 你感覺自己在學習人工智能課程后多方面的 能力有提高 0.752 0.962
17 你在人工智能課堂相關內容中能聯系其他學 科 0.616 0.964
18 你能遇到的較為復雜的問題時嘗試運用多學 科知識去解決 0.784 0.962
從上表可知：通過在 SPSSAU 平臺對相關數據設置為信度選項，得出信度系數
Cronbacha系數數值為0.964，大于參考值0.9，從中可以表明數據信度質量很高。“項 已刪除的a系數”部分題項不應該被刪除處理，因為刪除任意題項，它的信度系數也不 會有明顯的上升。另外從校正項總計相關性（CITC）值的分析項來看，均都大于0.4, 體現信度水平良好，各分析項之間具有良好的相關關系。綜上所述，數據信度質量高， 可用利用前測調查問卷數據作為進一步分析。
繼續在SPSSAU中對后測調查問卷中的相關題項進行信度檢測，如表5-3所示后測 調查問卷信度檢驗結果。
表 5-3 后測調查問卷信度檢驗結果
Cronbach信度分析
編號 名稱 校正項總計 相關性 （CITC） 項已刪除 Cronbach
的a系 a系數
1 你對人工智能課程感興趣 0.646 0.963 0.964
2 你希望在人工智能課程中學習動手探究實踐類的內容 0.749 0.962
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Cronbach信度分析
編號 名稱 校正項總計 相關性
（CITC） 項已刪除 Cronbach 的a系 a系數
3 你有信心學好人工智能課程 0.733 0.962
4 你認為學習人工智能課程很有意義 0.706 0.963
5 你希望和同學合作交流完成學習活動 0.768 0.962
6 你認為小組合作學習效率更高 0.758 0.962
7 你能夠加入小組并與大家學習和分享心得嗎 0.760 0.962
8 你覺得是否作品分享環節的設置是課程中必需環節 0.787 0.962
9 你會主動想辦法解決在學習過程中遇到的難題或其他 困難 0.738 0.962
10 任務完成還有時間時，你還會去試著深入研究如何優化 完善作品 0.799 0.962
11 你有強烈的好奇心，能主動發現問題 0.696 0.963
12 你能夠應用所學知識，針對問題設計相應的解決方案 0.714 0.963
13 你會采用不一樣的素材來實現相同的任務 0.740 0.962
14 你會學習完教師講解的問題步驟后，還會鉆研不同的方 法 0.807 0.962
15 在老師給定的任務中，你會嘗試加入自己的獨特創意等 其他元素 0.718 0.963
16 你感覺自己在學習基于STEAM教育理念的人工智能課 程教學項目后多方面的能力有提高 0.707 0.963
17 你在基于STEAM教育理念的人工智能課程教學中能聯 系其他學科 0.730 0.962
18 你能遇到的較為復雜的問題時嘗試運用多學科知識去 解決 0.758 0.962
20 這段時間項目學習讓你收獲很多 0.498 0.964
21 你在基于STEAM教育理念的人工智能項目學習讓中綜 合實踐能力得到了提升 0.666 0.963
22 你認可在人工智能課中融合STEAM教育理念的教學方 式 0.596 0.964
23 你喜歡課程內容以案例的形式呈現 0.637 0.963
24 你認為自己能適應基于STEAM教育理念的人工智能課 程教學方式 0.653 0.963
25 你希望老師繼續基于STEAM教育理念開展人工智能課 程 0.645 0.963
從上表可知：檢測到的信度Cronbach a系數數值為0.964,大于0.9指標，從中反映 研究數據的信度質量很高。“項已刪除的a系數”反映可考慮進行修正或者刪除選項中 的“這段時間項目學習讓你收獲很多”項處理，如果被刪除，表中的信度系數會有較為 明顯的上升。從表中的校正項總計相關性（CITC）值來看，可發現分析項的CITC值均
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大于 0.4，這體現了分析項之間具有良好的相關關系和說明信度水平良好。綜上所述， 后測調查問卷的數據信度質量高，可以作為下一步分析。
（2）調查問卷效度分析 效度分析可以分析評價考核標準的有效性，能夠準確得出所需測量的事物的程度。
測量結果與要考察的內容越吻合，效度越高；反之，效度越低。結合問卷星的調查問卷 系統中強大的SPSSUP分析功能分析數據，得出數據如表5-4。前測調查問卷的效度驗 證使用KMO和Bartlett作為檢驗值，從上表可知：KMO值為0.935，大于參考值0.8, 從側面反映出效度很好，研究數據非常適合提取信息。
表 5-4 前測調查問卷效果檢驗結果
KMO和Bartlett的檢驗
KMO值 0.935
近似卡方 1886.288
Bartlett 球形度
df 171
檢驗
p值 0.000
后測調查問卷的效度驗證繼續使用KMO和Bartlett檢測值進行檢驗，從上表5-4可 以得知，KMO值為0.922,大于參考值0.8，因此從側面反映出效度很好，研究數據非 常適合提取信息。檢驗結果如表 5-5 所示。
表 5-5 后測調查問卷效果檢驗結果
KMO和Bartlett的檢驗
KMO值 0.922
近似卡方 2280.521
Bartlett 球形度檢驗 df 300
p值 0.000
5.2.2教學實踐效果分析
本研究將回收的調查問卷分為各維度，借助SPSSAU平臺來對前后側問卷展開T 檢驗分析，得到相關分析結果如下：
（1）對學生學習興趣的影響
本研究在SPSSUP中對基于STEAM教育理念的人工智能課程教學實施的前后測調 查問卷的相關數據進行配對樣本t檢驗，旨在檢驗教學開展前后學生學習興趣的變化情
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況，結果如表5-6所示。配對t檢驗的研究實驗數據總共4組配對，呈現出顯著差異性 (p<0.05),因此可以體現學生學習人工智能的興趣在基于STEAM教育理念的人工智 能課程教學后有所提高。筆者在人工智能課程教學中融入 STEAM 教育理念，使得人工 智能課程更具有吸引力，學生的學習興趣濃厚，大大提高了學生的學習興趣和學習自主 性。
表5-6 學習興趣變化對比分析表
配對t檢驗分析結果
配對項 平均值 標準差 平均值差值 t p
前測 3.90 0.81
題目 1 -0.63 -6.641 0.000**
后測 4.54 0.63
前測 3.72 1.16
題目 2 -0.78 -6.846 0.000**
后測 4.50 0.66
前測 3.74 1.15
題目 3 -0.78 -6.403 0.000**
后測 4.52 0.64
前測 3.77 0.95
題目 4 -0.73 -7.288 0.000**
后測 4.50 0.58
p<0.05 ** p<0.01
(2)學生合作能力的影響
本研究通過對基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學實施前后進行調查后, 將相關數據在SPSSUP中進行配對樣本t檢驗，得出開展教學實踐前后學生合作能力的 變化情況，結果如表 5-7 所示。
表 5-7 合作能力變化對比分析表
配對t檢驗分析結果
配對項 平均值 標準差 平均值差值 t P
前測 3.79 0.85
題目 5 -0.49 -5.122 0.000**
后測 4.28 0.75
前測 3.44 1.35
題目 6 -0.81 -5.867 0.000**
后測 4.25 0.67
題目7 前測 3.61 1.10 -0.73 -5.778 0.000**
配對t檢驗分析結果
配對項 平均值 標準差 平均值差值 t p
后測 4.33 0.70
前測 3.68 0.91
題目8 -0.66 -6.459 0.000**
后測 4.33 0.67
p<0.05 **p<0.01
從上表可以看出：配對t檢驗數值總共4組配對數據，研究實驗數據的差異性均呈 現出差異性（p<0.05）。這反映學生在教學實施后，學生能夠積極融入小組，合作分工 探究問題，充分交流、溝通，發表意見，互幫互助，體現學生的教學實施后合作能力有 所提高。
（3）學生問題解決能力的影響 本研究繼續將學生在教學實施前后的關于學生學習問題解決能力的4道題目數據展 開分析，旨在檢驗教學實踐開展前后學生問題解決能力的變化情況，結果如表5-8所示。
表5-8問題解決能力變化對比分析表
配對t檢驗分析結果
配對項 平均值 標準差 平均值差值 t p
前測 3.61 1.11
題目9 -0.71 -5.572 0.000**
后測 4.32 0.66
前測 3.67 0.85
題目10 -0.68 -6.803 0.000**
后測 4.34 0.68
前測 3.64 0.83
題目11 -0.61 -6.139 0.000**
后測 4.25 0.63
前測 3.55 1.17
題目12 -0.80 -6.049 0.000**
后測 4.35 0.68
p<0.05 ** p<0.01
從上表可以得知：總題項9-12共4組配對數據，呈現出顯著差異性（p<0.05）。這 反映學生在教學實施后，學生對問題的探索更加濃厚，善于通過實物表面現象，思考背 后的問題，通過多學科融合，積極尋找解決問題的方法，提高了發現問題、解決問題的 能力。
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(4)學生創新能力及創新意識的影響
本研究通過在教學實施前后對學生調查問卷的相關數據利用配對樣本t檢驗，以檢
驗學生創新能力及創新意識的變化情況，如下表5-9所示即為配對t檢驗數據結果。
表 5-9 創新能力及創新意識變化對比分析表
配對t檢驗分析結果
配對項 平均值 標準差 平均值差值 t P
前測 3.61 0.87
題目 13 -0.70 -7.337 0.000**
后測 4.31 0.61
前測 3.61 0.92
題目 14 -0.64 -6.010 0.000**
后測 4.25 0.67
前測 3.77 0.87
題目 15 -0.47 -4.637 0.000**
后測 4.25 0.70
p<0.05 ** p<0.01
從上表可以得知：總共3組配對數據，均會呈現出差異性(p<0.05)。這反映學生 在教學實施后，學生具有跨學科解決問題和創新意識，積極探索多種問題解決問題，體 現了學生的創新能力及創新意識有所提升。
(5)學生跨學科思維的影響
檢驗學生跨學科思維的變化情況是通過在STEAM教育實施前后分別對學生調查問 卷的相關數據利用進行配對樣本t檢驗，如5-10所示即為配對t檢驗數據結果。
表 5-10 學生在教學前后的跨學科思維能力對比分析表
配對t檢驗分析結果
配對項 平均值 標準差 平均值差值 t P
前測 3.61 0.87
題目 16 -0.70 -7.337 0.000**
后測 3.68 0.83
前測 4.33 0.70
題目 17 -0.65 -6.365 0.000**
后測 3.54 1.13
前測 4.35 0.62
題目 18 -0.82 -7.686 0.000**
后測 4.35 0.68
p<0.05 ** p<0.01
利用配對t檢驗去研究實驗數據的差異性，從上表可以了解到：題16—題18,總共 3組配對數據，均會呈現出差異性(p<0.05)。這表明了學生知識遷移能力加強，學科 融合的理念進一步提升。在解決問題的過程中，需要用到大量跨學科的知識，學生綜合 能力有明顯提升，跨學科思維也得到了培養。
5.2.3教學滿意度分析
為了獲得基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學的滿意度反饋，在全部課 程結束后，本研究以調查問卷的形式開展教學滿意度調查，做到客觀、全面、科學了解 教學效果，具體問題如下表5-1 1所示。其中調查問卷的方向包含收獲情況、教學認可度 和學習興趣等方面。
表 5-11 教學滿意度調查題項
教學滿意度調查題項
收獲情況 1 這段時間項目學習讓你收獲很多。
2 你在基于STEAM教育理念的人工智能項目學習讓中綜合實踐能力得到了提升
教學認可3 你認可在人工智能課中融合STEAM教育理念的教學方式
度 4 你喜歡課程內容以案例的形式呈現
5 你認為自己能適應基于STEAM教育理念的人工智能課程教學方式
學習興趣 6 你希望老師繼續基于STEAM教育理念開展人工智能課程
(1)基于STEAM教育理念的學習的收獲情況
如圖 5-1 所示，大多數學生在教學實施結束后，對課堂評價是積極、樂觀的。這是 因為基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學具有跨學科融合、“做中學”等特 點。學生在學習過程中基于項目分析問題、交流與合作，進而利用跨學科知識解決問題。 這就大大提升學生動手實踐能力及跨學科解決問題能力，這些都是傳統課堂教學所不能 媲美的，但也有極小部分學生對此做出消極的評價，考慮到學生之間存在差異，學習能 力不一樣等特點，這就要求老師在設置內容、課堂組織、課堂把控以及對學生的關注度 上都要進一步完善。
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這段時間教學開展讓你收獲很多
A.完全符合 B.基本符合 C.不確定 D.基本不符合 E.完全不符合
圖5-1 關于跨學科項目學習的收獲情況
(2)基于STEAM教育理念的學習對學生綜合能力提升情況
從圖5-2可知，大多數學生能夠根據已有的知識，來尋找解決問題的方法，并通過 結合各學科的知識嘗試解決問題，并在解決問題的過程中，體現出跨學科分析問題、解 決問題思維極大提高。這也體現了基于STEAM教育理念的優勢，學生綜合能力有了明 顯進步，學習興趣比以往更加濃厚。不可否認的是，還有一部分學生對學習效果不太明 確，這就要求老師在課堂上對他們更加多的關注，引導他們盡快適應新的教學方式，積 極參與課堂活動，提高學生學習的興趣。
進行STEAM教育理念項目學習讓你的綜合能力得到了提升
100.00%
A.完全符合 B.基本符合 C.不確定 D.基本不符合E.完全不符合
圖5-2關于跨學科項目學習對學生綜合能力提升情況
(3)學生對于 STEAM 教育理念的教學認可
如下圖5-3、5-4和5-5所示，對于開展這種教學方式喜歡與否，其中5.27%的學生 表示不確定和基本不符合；對于課程內容以案例形式進行與否，有7.02%的學生表示不 確定和基本不符合。對STEAM教育理念是否適合自己，有7.89%的學生表示不確定。 通過數據可以看到絕大多數學生對基于STEAM教育理念的人工智能課程教學還是抱有 積極、樂觀和肯定態度。從課堂教學觀察以及數據反饋看來，筆者認為STEAM教育理 念強調的多學科融合，有利于他們跨學科綜合能力發展，并且基于真實情境等特征符合 學生學習的規律，有利于學生建構知識，獲得成功的體驗和樂趣，學生更能夠長期堅持 學習。
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圖 5-5 關于適合 STEAM 教育理念的教學方式
(4)學生對是否繼續進行基于STEAM教育理念學習的看法
如圖5-6所示，絕大多數學生對基于STEAM教育理念的人工智能課程教學是抱有 積極態度，體現了該理念的運用可行性和持續性。在學習過程中，學生學習的知識更加 牢固、學習興趣也有所提高，通過學生實踐交流，更提高了他們的表達能力，團隊合作 能力，為以后發展奠定基礎。但也存在極個別學生表示不確定是否接受這種形式的課堂 教學，這就需要老師對他們進行訪談，了解背后的原因，并吸取同行的建議，改善存在 的問題。
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5.3訪談結果分析
除了展開調查問卷了解學生的滿意度和學習效果外，本研究還在教學活動實施后對 學生及相關學科教師開展訪談，便于了解教學效果，從而提高教學質量。在訪談過程中 及時做好記錄，根據反饋結果調整教學內容及進程。
5.3.1學生訪談結果分析
學生的訪談主要圍繞著以下兩部分展開：收獲情況、教學看法和建議。在上課前后， 通過走訪、談話的形式，對學生的學習情況進行調查。選取本人所任教的三個平行班進 行訪談，每班訪談5人。
(一)收獲情況
問題1：更喜歡本課程哪些教學內容？
根據訪談內容反饋得知，大部分受訪者對所學內容感興趣，并認為所學的內容對自 己的發展有很大幫助，愿意花更多的時間去學習，其中有9名(60%)受訪者表示對項 目一(鼴鼠機器人模塊)感興趣。受訪者表示過去認為機器人是一個高大上的概念，而 現在可以利用身邊的物品，如光盤，筷子等就能做出一個避障的機器人，制作過程很有 趣。 4 名受訪者(26.7%)選擇項目二模塊，表示對程序設計感興趣，認為自己從小就 對機器人感興趣，經常去玩具店買模型進行搭建，機器人模塊難度較大，具有挑戰性， 激發自己的探索心理，也希望多學習這方面的內容，但有2名(13.3%)受訪者對上述 學習內容不感興趣，學習積極性不夠高。對上述兩位受訪者進一步訪談，尋找原因：甲 學生認為所學內容中考不考，學習動力不足，乙學生認為自己比較懶，不愿意動手操、 動腦。
問題2：通過本課程的學習，你在《基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教 學》中有哪些收獲？
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11 名受訪者(73.3%)非常認可本課程學習，感受到知識和生活密切相關。有4名
受訪者(26.7%)表示，課堂很有趣，自己可以很容易參與到課堂學習。
“以往都是端端正正坐著，聽著老師講課，雖然老師一直在說到這個內容很有趣， 但都只是我們自己腦補一下，提不起很大興趣”；
“一開始不太適應，習慣了老師講知識點，我們做筆記。隨著上課次數增加，逐漸 適應了這種教學模式，學習過程中感受到合作的重要性，交流分享，相互幫助，共同提 高”；
“一直覺得藝術作用不大，通過人工智能課程學習，我發現藝術也有用，上周末還 和同學到廣東美術館進行參觀，提高自己的審美情趣”。
(二)教學看法與建議
問題 3：你喜歡這種教學方式嗎？為什么？
關于教學方式看法：對于基于STEAM教育理念展開教學，12名(80%)受訪者表 示他們可以適應基于STEAM教育理念的教學方式。
一些受訪者認為“比較喜歡這種教學方式，不用經常對著課本，單純聽著老師講課。 可以動手實踐，相互交流，使得知識學習起來更加輕松、有趣”。
有的受訪者說到“我以前不太愛學習，導致基礎很差，課堂上有很多知識理解不了。 但老師經驗引用生活例子來授課，使得知識更加有趣，我對學習又有了興趣”。
“可以感受到老師比較愛崗敬業，對待學生一視同仁。雖然我學習能力差，成績也 不好，但老師依然對我進行耐心地輔導”。
2 名(13.3%)受訪者表示可以接受，沒有明確是否喜歡。 1 名(6.7%)受訪者表示 不太喜歡，認為自己不喜歡與人交流，更擅長獨自學習。
問題 4：你對本課程的教學有什么意見(比如：教學案例更加有趣一點，教學任務 簡單一點或者難一點…)
關于教學建議： 5 名受訪者提到：“我對智能化模塊的內容挺感興趣。希望老師能 夠提供相關視頻給我課后拓展學習”；3名受訪者建議教師可以將任務設置類似游戲關 卡的方式，增加學習積極性。 3名受訪者提到類似觀點：減少鎖定電腦時間，多些時間 讓他們實踐操作。 1 名受訪者覺得老師所講解的知識過于簡單，流于表面，希望老師能 夠拓展知識，例如機器人如何遙控等。 1 名受訪者談到老師講課內容過于復雜，希望能 夠形象些，最好演示實驗，幫助了解。 1 名受訪者提到：“老師講課速度過快，有些知 識無法理解，例如編程類內容。另外 1 名受訪者則表示課堂容量不夠大，內容不夠多，
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建議老師教學速度加快。
（三）小結
通過以上回答，可以歸納以下結論：
1、 相對于傳統教學形式，學生對基于 STEAM 教育理念的人工智能課程比較感興 趣，喜歡實踐、合作的上課方式，學習效果更好。通過實踐活動，學生之間的交流更加 緊密，增加學生之間感情，通過交流與合作，更有利于知識的積累。
2、 因學生能力不同，課堂所教的內容要有梯度性。例如大部分學生對于中等難度 的項目一更感興趣，因為該部分內容難度適當，學生通過“跳一跳”，就能學會，因此 得到很大的收獲感，而對于少數的幾個學生，則希望能夠接觸難度更大的、動手能力更 強的項目二機器人模塊，一方面是項目二涵蓋的學科知識內容更多，另一方面學生完成 復雜任務時，收獲的愉悅感。
3、 “做中學”和“跨學科”讓學生得以更多的動手實踐機會，運用多學科知識解 決問題，更能深刻理解所學的知識，學得更加牢固，知識遷移的能力更強。
5.3.2教師訪談結果分析
本研究對相關學科教師進行訪談，以了解教學的可行性、教學過程存在的問題及教 學改進建議。訪談對象選擇的是廣州市某中學的信息技術學科的鄒老師、羅老師和綜合 實踐科目負責人的陳老師。陳老師曾多次組織學生參加機器人大賽，無線電測線比賽， 創客大賽等，多次獲得國家級獎項，教學實踐經驗也非常豐富。
（一）教學認識
問題1：您認為將初中人工智能課程教學中融入STEAM教育理念是否具備可行性？
鄒老師未在其所教的學科中嘗試融入STEAM教育理念。但是認為融入多學科思維 到人工智能課堂是可行的，有利于學科融合，培養學生跨學科解決問題能力。
羅老師認為初中人工智能教育的發展起步較晚，還有很多學校至今沒開設該課程， 在廣州偏遠地區的學校也是如此。但在不久將來，人工智能教育將會在中小學階段全面 推廣，現階段主要還是以興趣課、選修課或綜合實踐課的形式開展。
陳老師認為STEAM教育理論，體現了學科融合的特點。虛擬現實技術，火災救災 機器人，人工智能駕駛等大量前沿技術，都可作為人工智能課程教學內容，讓學生感受 到科技就在身邊，對科學充滿興趣。教育部出臺文件要求各中小學積極開展人工智能課 程，逐步由選修課、興趣課、第二課堂轉變到必選課。
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（二） 教學意見
問題 2：您覺得我的課程教學過程中存在哪些問題？可以從哪些地方改進？ 鄒老師：無論選取何種教學模式，都應當積極引導學生思考，我看到你講的時間有 點多，能夠多點啟發式教學。
羅老師：人工智能課程教學，板書設計要合理。板書是一個教師必備的基本技能。 此外要注重教學案例設計，教學過程中師生互動、學生交流。
陳老師： STEAM 教育強調基于項目的學習以及創設情境化教學，要體現學科融合 的特點，注重對學生的引導。上課注重STEAM教育理念的運用，學生學習積極性高， 他們除了收獲到人工智能知識，學習能力、合作能力都有很大的提升。知識與技能，過 程與方法以及情感價值觀，這三個方面學生都有所收獲，才是合格的課堂。通過基于 STEAM教育理念的人工智能課程，我看到了學生不一樣的地方，他們的能力得到了培 養。在探究的課堂活躍中，學生的學習氛圍和積極性很高，但課堂紀律還有待提高。有 些學生未認真聽課，老師應該要及時發現，并進行提醒。
問題 3、您覺得如何將本課程和信息技術課程或者其他活動課程相區別？ 鄒老師：雖然人工智能課程與信息技術課程有很多相似之處，但它們是完全不同的 兩門課程。人工智能目前在中學一般是選修課或者校本課程開展，沒有硬性的學業要求， 但是隨著智能時代的到來，現在應該注重孩子的人工智能意識培養。
羅老師：在人工智能課程學習，學生用到信息技術的一些理論支持，所以他們兩者 是互相補充，互相支持，緊密結合。另外人工智能課堂要突出智能化，體現出時代技術 的前沿性，如果設備設施跟不上，就是去了人工智能課堂的意義。
陳老師：人工智能區別與信息技術的信息基本技能，還注重人工智能意識和智能綜 合技術的學習，要注重二者的界限性，要充分挖掘已有的資源，突出教學的智能化。另 外信息技術課內容多，范圍廣，每個班級每周必須有一節或兩節課作為教學所需。人工 智能課程是信息技術課的一個分支，可以讓學生根據自己興趣選擇學習，不必要求每個 同學都學習。
（三） 小結
通過以上回答，可以歸納幾點總結：
1、項目開發必須與時俱進，要具有前沿性。從傳統技術到數字技術，再到人工智 能技術，項目開發的技術必須與時俱進。在人工智能時代的背景下，項目開發必須超越 傳統的手工制造，使用現代化的技術工具，朝著更智能的方向發展。
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2、 教無定法，貴在得法。我們不能只寄望于一種教學模式，一種教學方法就能夠 處理好每一節課，應該根據教學目標，學情分析，教材分析等等，選擇適合本節課的教 學方法。這要求我們平時要大量學習各種教學方法，教學模式，不讓自己局限于只會一 種教學方法。因此教師應該廣泛學習，因地制宜，在探索STEAM人工智能課程教學過 程中，選擇更精確的教學模式。
3、 人工智能課程缺乏教師指導用書，教學資源相對落后。這要求老師克服困難， 通過與學校領導溝通，增加教學資源以及相關設備。對于經費不足的學校，還需要老師 利用課余時間，開發適合自身教學需要的資源、工具以及設備。
5.4學生課堂學習分析
5.4.1過程性評價表反饋情況
每節課結束后，學生都需要如實填寫課堂學習評價表，以便及時了解每個階段學生 課堂表現，為后續的學生的“學”和老師的“教”提供反饋，優化教學。本研究所采用 的評價表結合對應課堂教學的三維目標出發，以多元化形式開展，如自評、小組評價， 以及學生課堂表現和每節課的課堂評價反饋，可以了解到絕大多數同學都能夠完成教學 任務，充分肯定了基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學實施的有效性和可行 性，如表5-12為案例二的部分活動的過程性評價表，該表主要以學生自評、小組評兩 種方式進行評價，及時了解學生知識的掌握程度以及小組合作情況。
表 5-12 過程性評價表
評價的標準（評分為四個等級，每個等級從最高分依次遞減5分） 自評 小組評
能夠清晰地描述新學知識（20分）
能夠搭建模型（25分）
能夠通過編程完成模塊程序（25分）
在小組中貢獻力量（30分）
總分
表5-13是班級1 在案例二部分活動的過程性評價情況，從中可以了解到班級的自 評、小組評的平均分值都大于80，而各小組的自評（平均）及小組評價分值也大多大于 80，體現學生自我感覺良好，反映課堂表現不錯，基本能夠完成學習任務，在課堂中有 所收獲。但從各小組的自評（平均）分值來看，有多個出現低于80，反映出仍有個別小 組在任務完成方面存在一定困難，因此教師在教學過程中需要關注到學生的個體差異性。
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表 5-13 班級 1 過程性評價表的分數匯總
案例一
班級1
（組別） 活動二——探究會
動的機器人 活動三——探究不會 撞墻的機器人
自評 小組評
（平均） 活動四——探究
循跡機器人
自評
（平均） 小組評
自評
（平均） 小組評
第一組 76 80 85 90 71 85
第二組 86 80 79 85 90 90
第三組 84 90 75 70 93 90
第四組 81 85 88 85 81 90
第五組 81 85 80 85 78 75
第六組 79 85 86 85 84 90
第七組 73 80 93 90 89 95
第八組 84 85 80 80 86 85
全班平均分 81 84 83 84 84 88
表 5-14 是班級 2 在案例二的部分活動中的課堂過程性評價情況，從表中可見，班 級的自評、小組評的平均分值都大于80，且各小組的自評（平均）及小組評價也大多大 于80分，也反映了學生在課堂中有所收獲，但個別小組的自評（平均）分值低于80， 需要教師引導優秀學生發揮帶頭作用，并及時關注低于80分的同學，了解他們在哪一 方面存在困難。
表5-14 班級2過程性評價表的分數匯總
第六組 89 85 78 85 78 80
第七組 81 85 76 85 91 95
第八組 81 85 85 90 81 90
全班平均分 81 83 82 86 84 88
表5-15 是班級 3在案例二的部分活動中的課堂過程性評價情況，從中可以了解到 各小組的每個活動的自評、小組評的平均分值都大于80，反映學生課堂表現良好，但從 各小組的分值來看，需要關注有困難的學生，做到因材施教。
表 5-15 班級 3 過程性評價表的分數匯總
案例一
班級 3
（組別） 活動二——探究會
動的機器人 活動三——探究不會 撞墻的機器人
自評 小組評
（平均） 活動四——探究
循跡機器人
自評
（平均） 小組評
自評
（平均） 小組評
第一組 83 85 88 90 89 90
第二組 89 85 86 80 88 85
第三組 78 80 76 80 88 95
第四組 74 80 86 85 83 80
第五組 84 90 83 90 79 75
第六組 84 80 85 80 91 90
第七組 79 80 90 85 73 80
第八組 84 85 78 85 88 85
全班平均分 82 83 84 84 85 89
表5-13、5-14、5-15中各小組的總分匯總，學生課堂表現不錯，能夠完成學習任務， 但各維度的學習還有一定提升空間，還可以了解到整體呈現逐步上升趨勢，其原因是這 三個活動知識相關，都是通過搭建模型、編寫程序、連接硬件構成一個完整任務，難度 螺旋上升，符合學生認知發展規律，有利于學生建構知識和獲得成功體驗，激發學生學 習人工智能的熱情。
5.4.2學生作品制作評價分析
附錄D評價表主要是以考察學生創作、技術及理念要素而設計的案例作品評標標準。 三個班的小組成員在案例一中作品制作使用附錄D評價表評分，對作品進行評價，具體
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涉及作品的主題、技術應用、功能性、藝術性、創新性及作品介紹表達能力的情況。表 5-16為班級1的作品評分情況，可了解到學生作品的各維度評價中主題、技術應用、功 能性、創新型、介紹表達能力的平均分值是B等級，藝術性維度的平均分值則是C等 級。各小組總體表現不錯，但個別小組在藝術性方面還需要提升。另外各小組的作品評 價平均總分大于 70，反映各小組總體表現不錯，但各小組的總分分布不均，這需要教師 引起重視，調動各小組的積極性，積極參與活動，發揮想象。
表 5-16 班級 1 作品評價表的分數匯總
班級
組別 2 3 班級 1（案例一） 7 8 9 平均值
評價標準 1 4 5 6
組別 作品的主題（10） 4 10 7 10 7 7 10 4 10 8
作品的技術應用（20） 15 10 15 20 15 15 20 15 10 15
作品的功能性（20） 15 15 15 20 15 15 15 20 20 17
作品的藝術性（20） 15 10 15 20 10 10 10 20 10 13
作品的創新性（20） 10 20 15 15 15 15 20 15 15 16
作品介紹表達能力（10） 7 10 7 7 10 7 7 10 7 8
總分 66 75 74 92 72 69 82 84 72 76
表 5-17 是班級 2 的作品評分分析，顯示出學生作品的各維度評價的平均分值都達 到 B 等級，各小組總體表現不錯，另外各小組的作品評價平均總分大于 70，僅有一組 總分值低于 70，反映各小組總體表現不錯，能積極合作、積極創作作品。
表 5-17 班級 2 作品評價表的分數匯總
班級 班級 2（案例一）
組別
評價標準 1 2 3 4 5 6 7 8 9 平均值
組別 作品的主題（10） 7 7 4 10 7 7 10 4 7 7
作品的技術應用（20） 15 15 15 15 15 15 20 15 10 15
作品的功能性（20） 15 15 15 15 10 10 20 20 20 16
作品的藝術性（20） 10 15 15 15 15 15 20 20 20 16
作品的創新性（20） 15 10 15 15 15 20 20 15 15 16
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作品介紹表達能力（10） 10 77 7 10 10 7 10 7 8
總分 72 69 71 77 72 77 97 84 79 78
班級3的作品評分情況分析如表5-18所示，學生作品的各維度評價中主題、技術 應用、功能性、介紹表達能力平均分值B等級，藝術性、創新型維度的平均分值則是C 等級，各小組總體表現不錯，另外各小組的作品評價平均總分大于70，反映各小組基本 能積極參與活動。
表 5-18 班級 3 作品評價表的分數匯總
班級
組別 2 3 班級 1（案例一） 7 8 9 平均值
評價標準 1 4 5 6
組別 作品的主題（10） 7 7 4 7 10 7 10 4 7 7
作品的技術應用（20） 15 15 15 15 20 10 15 40 15 18
作品的功能性（20） 15 15 15 20 10 10 15 15 20 15
作品的藝術性（20） 10 15 15 20 15 15 15 10 15 14
作品的創新性（20） 10 15 15 15 15 20 15 10 10 14
作品介紹表達能力（10） 10 7 10 10 7 7 10 10 7 9
總分 67 74 74 87 77 69 80 89 74 77
根據表 5-16、 5-17、 5-18的分析數據，可了解到各小組在作品外觀的技術應用、主 題、功能性及介紹表達能力方面總體表現不錯，但個別小組在藝術性、創新性方面還需 積極提升。總體來說，各小組能夠積極參與、發揮想象、積極創新，通過各種藝術手段， 使作品具有多樣性、藝術性，反映了人工智能課程課堂中融合藝術（Art）的重要性。
本研究結合各小組的評分，挑選優秀學生的外觀作品展示，表5-19為案例一投選 出的部分學生外觀作品。學生制作的機器人功能完整、外觀較美觀、造型豐富，學生在 人工智能課堂中運用藝術（Art）知識，有利于提高學生的藝術素養，增加學生的自我 滿足感。部分學生人文和藝術方面知識不夠，制作的機器人外形簡陋。對于初中生而言， 他們所學的知識技能還不夠牢固，只對功能豐富，外形獨特的事物感興趣，但動手實踐 能力不夠高，但也有部分學生在原來的基礎上，經過思考，添加了一些有用的功能，使 得作品功能性更豐富，極大提高了學生創造性，并且制作的作品不單只考慮使用，還要 兼顧造型，使得作品的藝術性得以更好地展示。
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表 5-19 部分優秀作品展示
學生介紹
作品名稱：珍貴的鞋子
外觀設計材料：泡沫板、黏土、彩帶
外觀設計理念：學生發揮創意的能力絕對是你無法想象的，學生描述只是利
用了老師畫室中現有的材料直接制作的。
作品名稱：花車
外觀設計材料：花、泡面桶、3D打印筆、白乳膠、小麥、黃顏料、卡皮丘、
葉子、餐桌布
外觀設計理念：學生利用鼴鼠機器人為基礎，采集了真花、真實的稻谷作為 材料，再利用廢紙設計車身，切實地符合環保主題，利用身邊的材料設計作 品，并利用3D打印技術將材料粘合。
作品名稱】追夢號
外觀設計材料】泡沫板、黏土、彩帶
外觀設計理念】用了國旗代表中國，彩帶代表國慶。希望祖國繁榮昌盛， 實現偉大的中國夢，發揚海上絲綢之路，所以取名“追夢號”。
【作品名稱】中國機器人
【外觀設計材料】紙殼
外觀設計理念：中國風的外殼帶來了喜慶，熊貓是中國動物，京劇是中國特
色，鼴鼠是灰色的，但紅色京劇和熊貓卻讓灰色的外殼增添色彩。
作品名稱】綠色的汽車
外觀設計材料】紙、馬克筆、勾線筆
外觀設計理念】國旗代表中國，我把外觀做成了汽車的樣子象征著中國的
科技發展得越來越好了，從古時候的馬車，變成了現在的新型汽車。選擇綠 色來做主色有三大理由： 1、綠色是環保色。 2、綠色是我們校服的主色，代
表著學校。 3、地球上的環境越來越差了，綠色也寄托著我對地球環境一片 綠色生機的希望。
【作品名稱】直走的螃蟹1號
【外觀設計材料】卡紙、彩帶、油性筆
【外觀設計理念】這機器人的外觀類似于海邊沙灘上的螃蟹，橫行霸。兩根 觸角就是它的夾子。螃蟹是直橫著走。但為了創意，我們把它做成直走的。
第一只直走的“螃蟹”就此誕生。
【作品名稱】七星瓢蟲
【外觀設計材料】顏料、紙或紙箱、剪刀、膠水
【外觀設計理念】這個普通的七星瓢蟲，代表著生命還有對美好事物的聯想, 既可以讓大家聯想到大自然的美好事物，又可以大家通過一個生物而想到保
護環境的意識，只有保護環境才有這些美好事物的存在。
【作品名稱】蝎子
【外觀設計材料】卡紙、彩筆、油性筆
【外觀設計理念】本機器人外觀酷似堅強的蝎子，蝎子堅強勇猛，團結前行。
這個機器人采用了蝎子的黑和褐色的外觀，兩根觸角模仿蝎子，展現出蝎子
的真實和勇敢。
5.4.3終結性評價分析
附錄E為終結性評價表，主要是融入STEAM教育理念促進學生發展性，在每個項 目案例結束后對學生開展終結性評價，以多維度、多主體方式考核學生學習情況。該評 價表分為五個方面進行反饋：第一個方面是探索知識，能積極探索知識與技能，如探索 制作機器人所需的馬達、電路、電機、傳感器等的基本原理，合理使用電動機、聲光控 傳感器等硬件設備，制作出具有一定功能的機器人；第二方面是思考解決問題，敢于提 出問題、發現問題，自主學習，尋找多種解決對策；第三方面是創新革新，不屈服于權 威，敢于質疑，勇于表達；第四方面是科技實踐，通過科技實踐探究，具有獨立科技想 法和設計思維。第五方面是溝通合作，在學習過程中，善于與人交流，分享自己的想法， 并虛心聽取別人的意見，互相學習，體現出團隊合作意識。每個方面的結果通過 ABCD 四個等級來考核評價，各評價等級分別為 A 為優秀， B 為良好， C 為一般， D 為有待 進步。
表 5-20 為班級 1的案例一和案例二的終結性評價在各維度統計中的占比率，從表 5-20可以看出，絕大部分學生的評價等級達到了 B等級以上，反映學生各維度的表現
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不錯，學生積極合作學習，完成學習目標，其中探索知識和溝通合作要素較其他要素獲 得A、B等級多，說明學生在這兩方面表現較好；案例二的獲得A、B等級比率比案例 一的略高，說明學生各維度能力一定程度上有所提升。
表 5-20 班級 1 終結性評價表的結果匯總
案
例 類 別 班別 自我評價 班級1
1組——9組
小組評價 教師評價
小組名稱
評價要素 A
B C D A B C D A B C D
一 探索知識 26% 47% 18% 8% 29% 47% 16% 8% 29% 50% 13% 8%
二 （10 分） 32% 55% 8% 5% 32% 50% 13% 5% 32% 55% 8% 5%
一 思考解決問 21% 53% 21% 5% 18% 47% 29% 5% 21% 50% 24% 5%
二 題（20 分） 21% 55% 24% 0% 21% 50% 26% 5% 24% 53% 21% 3%
一 創新革新 21% 45% 26% 8% 21% 50% 24% 5% 24% 47% 21% 8%
二 （30 分） 26% 47% 26% 0% 24% 50% 24% 3% 26% 47% 18% 8%
一 科技實踐 21% 50% 24% 5% 21% 47% 24% 8% 21% 39% 32% 8%
二 （20 分） 18% 53% 26% 3% 26% 47% 24% 3% 21% 42% 32% 5%
一 溝通合作 39% 39% 21% 0% 42% 45% 13% 0% 37% 47% 16% 0%
二 （20 分） 47% 37% 16% 0% 47% 45% 8% 0% 50% 39% 11% 0%
注：一表示案例一（智能仿生鼴鼠機器人），二表示案例二（創意智能機器人）
表 5-21 為班級 1 的在案例一和案例二的終結性評價中各維度的得分均值和標準差， 由表可見案例二標準差總體比案例一小，反映學生在案例二學習情況相對案例一表現較 好。
表 5-21 班級 1 終結性評價表均值和標準差的匯總
班別 班級1
案例 小組名稱 1組——9組
類別 評價要素 自我評價 小組評價 教師評價
均值 標準差 均值 標準差 均值 標準差
一 探索知識 8 1.74 8 1.75 8 1.72
二 1.53 8 1.61 8 1.53
（10 分） 8
一 思考解決問題 14 3.94 14 4.00 14 4.00
二 （20 分） 15 3.34 15 4.08 15 3.71
一 創新革新 24 4.32 24 4.00 24 4.32
二 （ 30 分） 25 3.63 25 3.80 25 4.35
一 科技實踐 14 4.00 14 4.27 14 4.40
二 （ 20 分） 14 3.66 15 3.89 14 4.16
一 溝通合作 16 3.78 16 3.42 16 3.47
二 （ 20 分） 17 3.65 17 3.15 17 3.35
表 5-22 為班級 1的案例一和案例二的終結性評價在各維度統計中的占比率，從該 表可以看出，絕大部分學生的評價等級達到了 B等級以上，反映學生各維度的表現不錯, 學生積極合作學習，其中探索知識和溝通合作要素較其他要素獲得A、B等級略多，說 明學生在這兩方面表現較好；案例二的獲得A、B等級比率較之案例一有所提升，說明 各維度能力一定程度上有所提升。
表 5-22 班級 2 終結性評價表的結果匯總
案
例
類
別 班別 班級2 D
小組名稱
評價要素 A 自我評價 1組——9組
D 小組評價 A 教師評價
B C A B C D B C
一 探索知識 29% 50% 13% 8% 29% 47% 16% 8% 29% 53% 11% 8%
二 （10分） 34% 53% 8% 5% 34% 50% 8% 8% 32% 58% 5% 5%
一 思考解決問 16% 53% 26% 5% 16% 50% 26% 8% 21% 50% 24% 5%
二 題（ 20 分） 18% 55% 24% 3% 21% 53% 21% 5% 24% 53% 21% 3%
一 創新革新 21% 42% 29% 8% 21% 47% 24% 8% 26% 47% 21% 8%
二 （ 30 分） 26% 45% 26% 3% 26% 50% 21% 3% 26% 47% 18% 8%
一 科技實踐 21% 50% 24% 5% 21% 47% 24% 8% 21% 42% 34% 5%
二 （ 20 分） 21% 47% 26% 5% 24% 47% 26% 3% 24% 42% 29% 5%
一 溝通合作 39% 39% 21% 0% 39% 50% 11% 0% 37% 45% 18% 0%
二 （20 分） 53% 34% 13% 0% 53% 39% 8% 0% 53% 37% 11% 0%
班級3的在案例一和案例二的終結性評價中各維度得分的均值和標準差如表5-23, 由表可見案例二的標準差大部分比案例一小，反映學生在案例二學習情況比案例一相對 較好。
表 5-23 班級 2 終結性評價表均值和標準差的匯總
班別 班級2
案例 小組名稱 1組 9組
類別 評價要素 自我評價 小組評價 教師評價
均值 標準差 均值 標準差 均值 標準差
一 探索知識 8 1.72 8 1.75 8 1.69
二 （10分） 8 1.56 8 1.70 8 1.49
一 思考解決問題 14 3.83 14 4.09 14 4.00
二 （20 分） 14 3.59 14 3.94 15 3.71
一 創新革新 24 4.36 24 4.27 25 4.46
二 （ 30 分） 25 3.96 25 3.80 25 4.35
一 科技實踐 14 4.00 14 4.27 14 4.22
二 （ 20 分） 14 4.06 15 3.87 14 4.22
一 溝通合作 16 3.78 16 3.23 16 3.60
二 （ 20 分） 17 3.54 17 3.18 17 3.37
表 5-24 為班級 3 的案例一和案例二的終結性評價在各維度統計中的占比率，從表 可以看出，絕大部分學生的評價等級達到了 B 等級以上，反映學生課堂表現不錯，其中 探索知識和溝通合作要素較其他要素獲得 A、 B 等級多，說明學生在這兩方面表現較好； 案例二的獲得A等級比率比案例一的略高，說明各維度能力都有提升。
表 5-24 班級 3 終結性評價表的結果匯總
案 班別 班級3
例 小組名稱 1組——9組
類 評價要素 自我評價 小組評價 教師評價
別 ABC D A B C D A B C D
一 探索知識 26% 50% 18% 5% 26% 47% 16% 8% 29% 53% 13% 5%
二 （10分） 29% 55% 11% 5% 32% 47% 16% 3% 29% 55% 11% 5%
一 思考解決問 21% 53% 21% 5% 21% 45% 26% 8% 24% 50% 21% 5%
二 題（ 20 分） 24% 55% 21% 0% 24% 50% 26% 5% 24% 53% 21% 3%
一 創新革新 18% 45% 29% 8% 24% 45% 26% 5% 26% 47% 24% 3%
二 （ 30 分） 24% 50% 26% 0% 24% 50% 24% 3% 26% 50% 16% 8%
一 科技實踐 21% 50% 24% 5% 24% 47% 21% 8% 24% 39% 32% 5%
二 （ 20 分） 24% 47% 26% 3% 26% 50% 21% 3% 24% 42% 34% 0%
一 溝通合作 39% 42% 18% 0% 39% 47% 13% 0% 42% 47% 11% 0%
二 （ 20 分） 47% 42% 11% 0% 47% 45% 8% 0% 50% 42% 8% 0%
班級 3的在案例一和案例二的終結性評價中各維度得分的均值和標準差如表5-25， 從中了解到案例二的標準差大部分小于案例一，一定程度反映學生在案例二學習情況比 案例一好。
表 5-25 班級 3 終結性評價表均值和標準差的匯總
班別 班級3
案例 小組名稱 1組 9組
類別 評價要素 自我評價 小組評價 教師評價
均值 標準差 均值 標準差 均值 標準差
一 探索知識 8 1.62 8 1.73 8 1.59
二 （10分） 8 1.55 8 1.52 8 1.55
一 思考解決問題 14 3.94 14 4.32 15 4.04
二 （20 分） 15 3.34 15 4.24 15 3.71
一 創新革新 24 4.24 24 4.16 25 3.89
二 （ 30 分） 25 3.53 25 3.80 25 4.28
一 科技實踐 14 4.00 14 4.32 14 4.27
二 （ 20 分） 15 3.87 15 3.80 14 3.77
一 溝通合作 16 3.66 16 3.38 17 3.27
二 （ 總分 20 分） 17 3.33 17 3.15 17 3.17
綜上所述，學生課堂表現不錯，絕大部分學生的評價等級達到了 B 等級以上，內容 的學習效果較好，學生通過課程學習，基本達到了學習目標；在各維度中學生在探索知 識和溝通合作兩方面表現較好。另外，學生項目二的學習情況比項目一的學習情況要好， 且獲得A等級的學生人數有所增加，說明通過課程學習，學生在以上五方面都有了提升。 通過以上數據不難看出，基于 STEAM 教育理念的初中人工智能課程在完成教學目標外， 也凸顯出人工智能跨學科融合特點，學生的學習興趣變得更加濃厚，學習積極性極大提 高。學生不僅是課堂的學習者，還是創造者，經歷發現問題、解決問題的過程，體會到 人工智能的價值，提高了人際交往能力、動手實踐能力。
5.5總結
本次教學活動緊緊圍繞著STEAM教育理念而開展，通過調查問卷、訪談和學生課 堂學習分析，對教學效果有了更加客觀地了解，明確了基于STEAM教育理念的人工智 能課程教學具有可行性，但還有一些地方需要完善，筆者將會更加仔細觀察，發現問題， 并尋找改進方法。教學實施后的總結如下：
（1） 提高了學生學習的積極性 學生由過去的旁聽者，到現在的實踐者，學習方式發生了根本變化。課堂上，學生
希望通過努力，完成一份滿意的作品，學生的積極性有了很大提高。與此同時，學生可 以分享自己的觀點，展示自己的勞動成果，通過小組之間的競爭，學生的學習效率有了 很大提升。
（2） 學生學習收獲頗豐，認知程度較高
在基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學中，教師起到引導者的角色，通 過創設問題情境，發布項目，引導學生進行合作探究學習。從教學反饋可知，學生的知 識、能力和情感都有所提升，值得大力推廣和普及。學生之間存在個體差異性，充分利 用好學生充當“小老師”的帶頭作用，加強小組合作及組內成員有效的互幫互助，促進 組員之間的配合精神，提高學生學習效率。
（3） 學生學習主動性顯著提高
在基于STEAM教育理念的初中人工智能課程中，教師起到引領、指導的作用，學 生是學習的主人翁，處在主體地位。在學習項目中學生需要對教師提供的示范模型變得 更有意義，教師需要在活動中提供必要的幫助，學生需要投入精力進行自主探索思考。 從“做中學”“做中創”，多鼓勵和引導學生積極參與活動，提高學生學習的積極性；
99
在制作過程中遵循學生認知觀，讓學生由體驗到模仿，從模仿到創新，允許學生進行個 性化設計，重視學生的學習過程，發揮學生自主創新性，提高學生自主學習能力。
（4） 學生合作意識有所提高
基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學以項目式學習形式展開，要求學生 學習項目內容的過程中，分小組合作完成任務，小組長起帶頭作用，帶領小組成員互幫 互助，小組成員積極參與，分工合作探究問題、分享交流、共同進步。此外教師對各小 組之間設置合作、競爭機制，各小組在競爭中，發現自己的不足，學習別人的長處，形 成合作、競爭、共贏的氛圍，這大大促進他們之間的交流活動，提升學生的合作意識。
（5） 學生創新性思維、跨學科解決問題能力有所提升
人工智能課程中融入STEAM教育理念，鼓勵學生“做中學”，鼓勵學生跨學科思 維解決問題，引導學生的思想相互碰撞，“百家爭鳴”、各抒己見。如在機器人搭建項 目中，教師引導學生完成項目模型構建，不對機器人的外形等細節做出過多的束縛，允 許學生通過各種渠道獲取足夠的、大量的信息，在外觀、功能等方面進行個性化設置， 激發學生最大限度地發散思維，從而提高創造力。筆者在授課過程中，重視引導學生思 維發展，發現學生的創意無限，很多想法新奇有趣，體現了學生的創新性，因此可以看 出基于STEAM教育的人工智能課程可以極大地培養了學生的創新思維能力。
100
第六章 研究總結與展望
隨著人工智能發展，做好人工智能教育，才能不被時代潮流所淘汰。現階 段我國人工智能發展速度較快，但由于起步較晚，導致學科內容、課程標準都 還不夠完善，權威性的相關文獻較為缺乏。本論文通過整理 STEAM 教育、人工 智能教育相關文獻，初步探討基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學， 希望對我國初中人工智能課程教學貢獻自己一份力量，到目前為止， 預期工作 已基本完成。
6.1研究成果與不足
6.1.1研究成果
本研究以廣州市某中學為實踐場所，基于STEAM教育理念，結合現有研究 理論和實際情況， 以及人工智能課程的特點， 開發以項目式學習方式為框架的 初中人工智能課程教學設計， 通過兩個項目案例的詳細設計與實施，展開效果 分析，驗證了本研究的合理性。實踐總結如下：
1、 分析基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學相關理論
通過梳理國內外的相關研究， 明確人工智能課程、 STEAM 教育以及基于 STEAM教育的人工智能課程等概念，對現階段STEAM教育理念和人工智能力 課程教育的現狀進行闡述， 通過對文獻的研究和實踐教學的反思， 探究基于 STEAM教育理念的初中人工智能課程教學具有可行性，豐富了人工智能課程的 理論基礎。
2、 開展基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學設計 筆者以廣州市某學校七年級學生作為研究對象，結合 ADDIE 教學模式，融
入STEAM教育理念，構建初中人工智能課程教學模式。案例中案例項目一的識 別障礙功能可運用于掃地機器人， 通過鼴鼠機器人和掃地機器人的避障功能進 行分析，發現它們背后都有共同的原理、 相似的解決方案， 通過聯系學習， 學 生更好地構建知識，并且在案例中融入智能垃圾識別功能， 突出了智能化、 生 活性、 功能性；案例項目二的距離墻反饋知識、循跡知識、 人臉識別及物體追 蹤運用于進門閘口及循跡知識可運用于餐廳機器人及等，學生的思維不再拘束， 變得更發散，收獲的知識更廣泛。 相對于傳統教學， 學生的實踐能力、 問題解 決能力都有一定的進步，所學知識更加牢固。基于STEAM教育理念的初中人工
101
智能課程教學能夠煥發新力量，避免傳統課堂教學的缺點，整個過程效果明顯， 可行性強， 為初中人工智能課程教學研究提供一種教學思路，為豐富初中人工 智能課程教學案例出一份綿薄之力。
3、驗證了人工智能課程教學融合STEAM教育理念的可行性
本研究的教學實施效果主要利用調查問卷、 訪談、 學生過程性評價、 終結 性評價及作品評價分析，得出客觀的教學評價。基于STEAM教育理念的人工智 能課程深受學生喜歡， 他們感受到知識的重要性， 提高了創新能力、 團隊合作 能力及跨學科問題解決能力， 培養了學生良好的情感態度和優秀意志品質， 為 進一步深入學習人工智能課程提供保障。
6.1.2研究不足
基于 STEAM 教育理念的人工智能教學有較多優點，教學效果明顯。但存在 一些地方不夠成熟，需要進一步完善。其中主要問題如下：
1、 課程內容更新及政策變化帶來的挑戰。我國人工智能課程起步晚、發展 快， 相關政策文件不斷更新發展， 課程內容日益變化， 現階段初中人工智能課 程已經有相應教材， 但還需學習有關教育政策及相關要求， 把握好研究方向， 更新資源設備， 與時俱進， 凸顯出智能化特點，并且本研究研究時間尚短，存 在研究內容典型性不足問題， 往后還需完善自我專業知識， 提高信息敏銳度， 牢牢把握人工智能核心思想。
2、 研究對象所選取范圍較窄。本研究選取了廣州市某學校七年級學生為研 究對象，樣本數量和類型偏少，對于其他年級、其他學校、 其他地區， 能否得 到相似的結論有待驗證，因此日后還需針對不同年級學生、 不同地區、 不同的 類型學校進行廣泛性驗證，進一步豐富研究，提高可行性，拓展適用范圍。
3、 案例設計缺乏典型性。本研究設計的項目案例僅結合學校已有的資源開 展設計，案例主題覆蓋面小，智能化模塊融合面少，更多的是強調工程、技術、 藝術， 因此案例設計具有一定的局限性；此外筆者工作經驗不足，部分內容設 計不夠流暢，譬如課堂設計方面， 技術、 工程知識、 人文藝術等內容未融合自 然， 有些知識融入不夠，流于形式，希望在日后不斷努力下，能夠完善自我的 專 業 知 識 ， 提 高 自 己 的 業 務 水 平 。
6.2研究創新點
102
1、 結合人工智能課程展開，以學生的某項素養作為發展的方向有針對性地制定內 容，貫徹因材施教的原則，在課堂教學中滲透核心素養有助于本校初中學生學習人工智 能課程開展具有針對性和符合其發展規律。
2、 本研究在初中人工智能課程中融入STEAM教育理念，驗證其對促進學生綜合素 養發展的可行性，是初中人工智能課程發展的一種有意義嘗試新探索，也順應了時代對 復合型人才發展的需求。
3、 完善初中人工智能課程的應用研究，一定程度上補充理論和實踐研究中的空缺， 為初中人工智能課程教學提供可供參照的實踐案例，也為后續更多的相關課程開發和其 他同行教師提供一定的經驗參考與借鑒。
6.3研究展望
隨著科學技術發展， 人工智能時代已經到來， 相關應用正深刻改變著我們 生活方方面面， 人工智能課程作為一門前沿學科， 與社會發展緊密結合。近年 來國家高度重視人工智能教育， 迫切需要人工智能方面專業人才， 有關人工智 能教育的政策陸續出臺，學校開始重視中小學的人工智能課程教學。 人工智能 課程內容日益變化，傳統教育模式難以滿足課程所需，現階段一些教師教育理 念不夠明確，把人工智能課當成了信息技術課或者綜合實踐課， 初中人工智能 課程教學處在起步階段，需要加強專職教師隊伍的建設，課程體系需不斷完善。 基于STEAM教育理念的初中人工智能課程教學，避免了傳統教學存在的一些弊 端， 但我國在這方面的工作起步較晚， 對于課程資源開發等還不夠多， 文獻還 不夠豐富， 希望本研究有助于初中人工智能課程教學實踐的有效開展。 今后， 筆者還會持續關注STEAM教育以及國內外人工智能教育，重視課程建設，繼續 完善教學資源， 促進個性化學習， 希望國家加強政策落實， 大力推廣人工智能 教育，提高學生跨學科綜合實踐能力、創新能力。
103
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