社区智能共享停车位设计与制作

人工智能作为信息科技的更高发展阶段，也给现阶段教育教学带来创新与挑战。教育部最新印发的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》明确把人工智能纳入9年级信息科技课程内容，可以看出只有充分利用信息科技才能在未来信息社会占据更大优势。如何在中小学人工智能课堂上开展教学，如何让信息时代学生更好地理解人工智能，是新课标下信息科技教师需要研究和思考的问题。本文从项目式教学的情境、探究和重构3个维度出发，结合学校开展的人工智能校本课程“社区智能共享停车位设计与制作”为例，从创设情境、头脑风暴、选择测试、迭代创新、交流分享及反思重构6个环节入手，探索中小学人工智能课堂的教学设计与实施，为中小学人工智能教育的教学与跨学科课堂实施提供参考。

人工智能与项目式学习

项目式学习是以建构主义理念为指导，强调以学生为中心，引导学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。学生通过小组或团队合作主动探索和解决源于现实世界的、非常规且具有挑战性的复杂问题或任务[1]。在智能时代背景下，项目式学习能帮助学习者更好地适应社会发展。

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》指出，“人工智能是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学”[2]。在选择人工智能课程内容的时候除了要考虑不同年龄段学生的学情以外，还要以能够促进学生素养与技能提升为课程目标。笔者结合所在学校学情，选择物联网等新技术，结合开源硬件和可视化编程软件开展跨学科研究的人工智能课程，通过身边真实情境展开项目式研究，利用学生可以理解的方式探究人工智能，培养学生的核心素养和创新能力。

人工智能项目式课堂教学模式

人工智能课堂教学模式通过项目驱动开展教学，以项目式学习的方式从真实情境出发，引发学生深入交流。学生通过观察、交流、反思、迭代分析制订相应的项目实施方案，根据方案和已有的知识储备，并结合教师提供的项目式学习支架，通过教师组织与思维引导完成项目的实施方案，结合新知探究，总结出解决实际问题的方法和步骤，并组内协助完成项目制作。在此过程中，教师作为课堂教学的辅助者，负责组织和思维引导，通过搭建脚手架，帮助学生拓展新知，激发学生创新意识，同时还需要实施跟踪每组学生的项目式学习进展，进行阶段点评和问题迁移。

在人工智能课堂教学中，教师应在整个实施过程中适时引导，并提供自主探究的学习支架，助力学生进行项目迭代和创新，并进行多方面的讨论与评价。在项目式人工智能课堂教学中，学生和教师围绕一个待探究或待解决的问题展开，教师在设计项目时要考虑到项目问题是否具有挑战性，可以供学生持续性参与并开展研究。

人工智能项目式课堂教学实践

现以校本课程“社区智能共享停车位设计与制作”为例，介绍笔者在人工智能教育教学实践过程中的探索。“社区智能共享停车位设计与制作”是学校社团基于项目式学习的课例，也是一门需要学生创新、协作完成的人工智能实践课。课程历时1个月，教学对象为6年级学生。课程从问题的产生到头脑风暴，从需求分析到实地调研，从流程图设计到程序编写，再到后期的调试和外观设计与实施，最后学生以小组的形式展示汇报自己的项目。学生以小组为单位合作完成一个项目，能够熟练使用Mind+编程软件，熟悉掌控版和传感器的使用，能根据自己的需要适当调整修改；通过EasyIoT搭建物联网平台与掌控版进行数据传输和实时共享，认识APPInventor软件并进行简单APP的制作。学生通过小组合作探究学习，共同创作完成“社区智能共享停车位设计与制作”项目，在整个过程中培养学生发现问题、解决问题的能力。本项目式课堂教学设计如图1所示。

创设情境，引入项目

创设情境是项目前期规划的重要环节，可以考查学生是否理解了项目设计原理，即我们为什么要做这个项目。项目通过真实问题情境引入项目，学生作为课堂的主体，教师穿插其中加以引导，对于学生不了解的问题共同探讨研究。

教师以学生日常生活中曾经遇到的事例入手，引发学生对于问题情境的思考：“你是否遇到过同样的问题？有没有想过如何解决？”

每次和爸爸开车去奶奶家都会被停车问题所困扰，因为奶奶家在市中心又是老城区，路窄且泊车位少，所以我和爸爸每次都要在奶奶家周围找车位。经过几次去奶奶家不愉快的停车体验之后，我们几乎都是坐公交车去奶奶家了，但每次来奶奶家时我都会发现奶奶家小区里总是有很多车位是空的，问了保安叔叔后，才得知这个车位是别人花钱租的，其他人是不给停的。明明有空车位却不允许停，能否在车主不使用车位的情况下，经过车主的许可，暂时使用一下他的车位呢？

因为情境贴近生活，孩子们都可以谈谈自己的见解，随后学生分工合作，在教师引导下根据情境中的问题，查阅相关资料，了解城区公共停车位现状，并结合现状设计社区停车位问卷调查，学生以小组形式通过实地走访、个别交流、调查问卷等，对市区居民停车位共享意愿进行调查分析。

头脑风暴，确定主题

小组成员对调查结果进行统计汇总，如表1所示。结合调查结果，学生针对本组项目进行需求分析。教师将收集上来的问题进行汇总并结合相关数据引导学生开展头脑风暴。学生因为亲自参与了前期调研，所以各抒己见发表关于停车位的看法，并把每个人的想法记录下来。经过可行性研究分析，确定项目的基本设计思路。小组将项目思路和原理制作成思维导图或程序流程图，向教师进行项目前期汇报。

选择硬件，测试连接

通过项目前期汇报，小组最终确定项目方案。笔者在开展此项目过程中，综合学生项目的设计思路和想法，最终建议小组采用掌控板作为项目的硬件主板，一是因为小组想要实现一个可以显示车位共享时间的装置，提醒外来车辆可临时停放的时间；二是因为想要借助手机端控制车位的停车信息，起到车位自愿共享的目的。掌控板可以显示车位信息而且可以利用物联网实现手机控制的目的。教师和学生一起合作完成EasyIoT工作间的注册，并将3个参数iot_id（user）、iot_pwd（passowrd）和topic记录下来，这3个参数就相当于多设备通讯的电话号码，只有参数相同才可以进行通讯。学生在教师带领下将记录下的这3个参数通过Mind+软件写入掌控板中。掌控板程序烧录完毕后，就可以通过电脑控制掌控板，学生就可以用电脑给掌控板发送相关共享停车的信息了，发送的信息将会在掌控板上显示出来。

项目迭代与创新

项目迭代与创新可以是在原有基础上对程序代码进行优化和功能上的升级，也可以是利用现有的知识与技能重新设计出新的产品。在教师与学生的共同努力下，项目的雏形已经呈现出来了，小组成员根据项目实际需求选择相应的传感器并连接。为了让发送的信息更加简洁，优化车主的用户体验，学生将发送的信息进行打包简化为相应的数字，如车主通过手机发送信息“11”，则表示车主将于11点左右回来，外来车辆应该在11点前离开此停车位；如果车主当天不想将车位对外共享，则只需通过手机发送信息“0”，对应掌控板上信息则会显示“此车位不可停”。不同小组设计的发送指令会有所不同，有的小组为了完善共享智能停车位，还添加了计费程序。

经过前期的程序调试与修改后，共享理念下的智能停车位项目已从理论转化为实践，学生还需要在此基础上对其外观进行加工并进行内在优化。教师在这个环节辅助学生，解决他们提出的一些可以实现的问题。比如有的学生希望制作一个手机App控制车位，这样就不需要每次都借助小程序了，教师就和小组成员一起讨论，查阅相关资源，利用AppInventor软件开发，学生全程参与软件界面的设计、软件按钮程序的编写，最终到软件的生成下载与安装，图2所示为学生小组参与制作的手机App车主端。

项目交流与分享

经过前期工作，在全班同学的共同合作下，项目成品最终也呈现了出来。小组将自己的项目通过幻灯片的形式进行汇报交流，可包含项目简介、思路分析、程序流程图、在项目制作过程中遇到的问题及其解决方案等。小组成员一起上台进行成果分享，学生经过努力最终将成品展示出来的时候，除了各个脸上洋溢着激动地笑容之外，在完成项目的整个过程中不知不觉也达成了教师之前设定的学习目标。

项目反思与重构

近年来，笔者一直在推进校内人工智能课程建设，并积极参与中小学人工智能教学的探索与实践，“社区智能共享停车位设计与制作”项目运用了开源硬件及相关传感器，同时借助物联网技术和EasyIoT平台实现了手机与停车位之间的通讯。整个项目以学生探究为主，教师辅助对个别小组进行指导，学生在课堂上实现了“做中学、学中玩”，取得了较好的效果。该项目在与学生一起讨论和修改中不断完善，并参加合肥市第37届青少年科技创新大赛获得青少年科技成果项目一等奖。

在人工智能课堂的教学过程中，笔者对中小学人工智能教育形成了以下思考。

首先，人工智能作为一门新兴的科学技术，其自身就具有极强的时代特性。中小学人工智能教育由于难度方面的把控，更注重学生的动手实践，可在人工智能众多范畴中选取一点着重展开，通过项目式学习，让学生认识和体会到人工智能给学习和生活带来的变化。

其次，人工智能的发展与时俱进，具有思维多变、形式多样、理念多重、涉及范围广、融合程度高等特点。人工智能课程授课教师要时刻保持学习的态度，对于新事物、新方法要抱着学习的心态，主动吸收新知识、新理念，结合时代潮，不断突破自己。在人工智能课堂上教师要善于发现学生的创新点，让学生始终保持积极主动的心态思考问题。对于学生提出的问题，教师可以与学生一起研究、一起思考解决问题的方法，当学生发现自己的想法从理论变为实际之后，不仅学生的自主学习能力会提升，而且对于学生人工智能思维培养也很有帮助。

结语

人工智能教育的宗旨是培养适应未来社会发展和未来社会需要的人才，未来已来，未来的中小学人工智能教育将是跨学科融合性课程，无论从教师的讲授者视角还是从学生的使用者视角出发，都应把学生感兴趣且符合学生生活常识和认知规律的内容作为知识传授的切入点，在项目式学习的基础上注重学生自主探究能力的培养，教师知识讲解和学生动手实践并举，在做中启发学生，培养人工智能时代的创新人才。