基于STEAM理念的农村 小学人工智能教育课程设计与实践

摘要：随着科技飞速发展，人工智能教育在农村小学的普及已成为必然趋势。本文基于STEAM理念，探索农村小学人工智能课程的设计与实践。通过项目式学习，将科学、技术、工程、艺术和数学融入人工智能教学中，目的是提升学生的AI素养和跨学科思维。课程实施中，结合农村生活实际，创设真实问题情境，引导学生进行自主学习和合作学习。实践表明，该课程设计能有效提高学生的问题解决能力和创新精神，为农村小学人工智能教育提供了新的思路。

关键词：STEAM理念；农村小学；人工智能教育；课程设计

信息化时代背景下，人工智能技术的迅猛发展对教育领域产生了深远影响。农村小学作为教育的重要阵地，如何有效开展人工智能教育成为亟待解决的问题。STEAM教育理念以其跨学科、情境化和实践性的特点，为农村小学人工智能课程设计提供了新的视角。本文旨在通过STEAM理念，构建符合农村小学实际的人工智能课程体系，促进学生全面发展。

一、课程设计思路

（一）融合STEAM理念，明确课程目标

基于STEAM理念，人工智能课程设计需融合多学科知识，明确以提升AI素养和跨学科思维为核心目标。在科学方面，引导学生了解人工智能背后的科学原理，如传感器如何感知环境信息；在技术层面，需教授学生基础的编程技术以及相关软件的使用；在工程上，要鼓励学生运用所学知识设计简单的人工智能应用模型；在艺术角度上，要启发学生为人工智能作品赋予独特的外观设计或交互界面。课程设计过程中，还要注重情境创设，结合农村生活实际，激发学生的学习兴趣和创作动机。[1]

（二）构建梯度课程，满足不同层次需求

针对农村小学学生特点，构建梯度课程体系，包括人工智能体验、编程应用和综合实践三个阶段。

在人工智能体验阶段，主要通过简单有趣的活动让学生初步接触人工智能。比如，利用智能语音助手设备，让学生体验语音识别与指令执行功能，了解人工智能在日常生活中的应用。同时，组织学生观看一些关于人工智能发展历程和实际应用案例的科普视频，拓宽学生的视野，激发他们对人工智能的好奇心。在编程应用阶段，从基础的图形化编程入手，如Scratch编程平台，教授学生基本的编程逻辑和指令操作。以设计一个简单的“智能农场巡逻机器人”程序为例，引导学生学习使用条件判断、循环等指令，控制机器人在虚拟农场环境中完成巡逻任务。随着学生编程能力的提升，逐渐引入Python等文本编程语言，让学生能够编写更复杂的程序，实现诸如数据分析、图像识别等功能。在综合实践阶段，则要求学生将之前所学的知识和技能进行整合运用。例如，布置“打造智能果园管理系统”的项目任务，学生需要综合考虑果园的温度、湿度、光照等环境因素，运用传感器收集数据，通过编程实现数据的分析与处理，并最终设计出一套能够自动调节果园环境参数、预警病虫害的智能管理系统。通过这样逐步深入的学习，使学生在掌握基础知识的同时，不断提升实践能力和创新精神。

二、课程实施策略

（一）创设真实问题情境

课程实施中，教师需结合农村生活实际，创设真实问题情境。如利用智能技术设计“智能农具”这一情境，具体来说，考虑到农村农业生产中，农民在灌溉时常常需要根据农田的湿度情况手动控制灌溉设备，耗费人力且不够精准。引导学生思考如何设计一个“智能灌溉农具”，通过安装湿度传感器实时监测土壤湿度，当湿度低于设定值时，自动启动灌溉设备，当湿度达到合适范围时，自动停止。让学生分组讨论这个项目的可行性，制定初步方案，然后在后续的课程中逐步学习如何实现这一智能农具的设计与制作。在这个过程中，学生能真切地感受到人工智能在解决农村实际问题中的作用，从而提高学习的积极性和主动性。[2]

（二）实施项目式学习

教师可采用项目式学习策略，引导学生进行自主学习和合作学习。以“智能家禽养殖系统”项目为例，首先组织学生进行小组讨论，让他们共同分析家禽养殖过程中存在的问题，如饲料投喂不精准、禽舍环境控制不佳等。接着，将整个项目任务分解为多个子任务，如环境监测模块、饲料投喂模块、数据分析模块等，每个小组负责一个或几个子任务。在任务执行过程中，学生通过查阅资料、请教老师等方式自主学习相关知识和技能，进行作品制作。小组合作过程中，学生们需要相互交流想法、分享经验，共同解决遇到的问题。例如，在环境监测模块中，有的学生负责硬件设备的连接与调试，有的学生负责编写数据采集程序，大家分工协作，共同完成该模块的开发。同时，鼓励学生进行创新性思考，如在饲料投喂模块中，有小组提出可以利用图像识别技术，根据家禽的生长状态和数量自动调整投喂量，这种创新思维推动了人工智能教育的深度发展。

（三）提供丰富学习资源

教师需提供丰富的学习资源和工具，如专门编写的适合农村小学生的人工智能教材，教材内容结合农村实际案例，深入浅出地讲解相关知识；配套的教辅资料，包含练习题、拓展阅读材料等，帮助学生巩固所学内容。同时，配备多媒体设备，如投影仪、电脑等，方便教师进行演示教学，也便于学生查找资料、观看学习视频。要充分利用网络资源，如推荐一些优质的在线学习平台，如少儿编程学习网站、人工智能科普网站等，上面有丰富的教程、案例和互动游戏，拓展学生的学习视野。还可以引导学生关注一些人工智能领域的公众号、微博账号等，及时了解行业动态和最新成果，提高学习效果。

三、课程评价与优化

（一）建立多元化评价机制

课程评价方面，可建立多元化评价机制，包括过程性评价和总结性评价。过程性评价贯穿于课程实施的全过程，通过观察学生在课堂讨论、小组合作、项目执行等环节中的表现，如参与度、团队协作能力、问题解决能力等进行评价。例如，在“智能农具”项目实施过程中，观察学生在小组讨论时是否积极发言，提出有价值的观点；在硬件组装和编程调试过程中，能否与小组成员密切配合，共同解决遇到的技术难题等。

总结性评价则在每个项目结束后进行，通过作品展示、项目汇报等方式，全面了解学生的学习成果。学生需要展示自己小组完成的项目作品，并进行详细的汇报，阐述项目的设计思路、实现过程以及所取得的成果。教师根据学生的作品质量、汇报表现等进行评价打分。同时，注重评价的反馈作用，及时给予学生必要的指导和帮助。[3]

（二）持续优化课程设计

教师需不断收集学生的反馈意见，对课程设计进行持续优化。定期组织学生座谈会，鼓励学生分享在课程学习中的感受、困难和建议。比如有的学生反映编程部分难度较大，希望增加更多的实例讲解和练习时间；有的学生认为项目实践环节可以更多地走出教室，实地考察农村生产场景，获取更多灵感。针对这些反馈，结合农村小学的实际情况，调整教学内容和教学方法。对于编程教学，适当增加一些简单易懂的实例，并安排专门的练习课；在项目实践方面，组织学生到附近的农场、养殖场进行实地调研，让学生亲身体验农村生产生活，为项目设计积累更多素材，确保课程的有效性和针对性。

结语

基于STEAM理念的农村小学人工智能课程设计与实践，不仅提升了学生的AI素养和跨学科思维，还促进了学生的全面发展。未来，我们将继续探索和完善课程设计，为农村小学人工智能教育贡献更多力量。

参考文献：

[1]张莉. 浅析小学人工智能课程的STEAM分层教学[J]. 求知导刊，2022（6）：83-85.

[2]黄浩婷，许明伟. STEAM理念下小学人工智能综合课程的设计与实践——以”防疫安全门”项目式教学为例[J]. 中小学信息技术教育，2022（10）：77-78.

[3]林莉. 基于STEAM教育理念的小学机器人教学研究——以"智能扫地车"主题课程为例[J]. 中国信息技术教育，2022（24）：43-45.