人工智能走进“跨学科-项目式”中草药校本课程

摘要：我校以本草园中的中草药作为学习项目，将人工智能、科学、劳动等课程有机结合起来，在校园中实现信息化学习中草药知识，采用“跨学科-项目式”学习本草园，传承国粹精髓，让学生的学习方式更加多样，学习效果更加显著。

关键词：人工智能;中草药校本课程;跨学科;项目式;教学案例;

我校致力于开展种植中草药的科学劳动教育，拥有中药材本草园劳动教育实践基地，学生可以在本草园种植、养护中草药。推崇中医药文化进校园，让孩子近距离认识中草药，培养学生热爱劳动的美德，把健康理念带回家。跨学科教学是以某一学科（要学习的学科）为主导，通过其他多门学科资源的介入，有效地解决问题，更好地达成教学目的，并在探究的过程中全面培养和训练学生的学习能力和综合素养。①将中草药校本课程以跨学科学习的方式与人工智能结合在一起，是笔者从闽教版信息技术教材六年级下册综合实践活动3《制作土壤水量检测仪》中得到的启发，第一次进行教学尝试。

一、“跨学科-项目式”学习主题的选取

本案例以“我的智能本草园”为主题，通过我校信息技术——科学教师共同探讨、开发、执教，运用在小学信息技术与科学跨学科教学中实施项目式学习，针对缺水导致本草园中草药植物生长不良的情况，以真实的问题情境为载体，设计了简易的土壤水量检测仪，采用土壤湿度传感器实时检测土壤湿度，并把土壤水分含量通过四位数字管显示出来。根据土壤的湿度值判断土壤的干湿程度，从而得知植物是否需要进行浇水，可实现智能提醒功能。在分组实践检测土壤湿度的基础上，鼓励学生创新性思维的开发，通过增加更多功能元件，如光照传感器、温度传感器、红外传感器等，拓展作品的更多智能化功能，打造智能本草园。

二、“跨学科-项目式”学习预设目标

（一）通过动手搭建检测仪，利用程序编程读取土壤湿度传感器的数值，能够敏锐感觉到信息的变化，分析数据中所承载的信息，采用腾讯共享表格，各小组共享信息，实现信息的更大价值。

（二）利用自然语言、流程图等方式简要的描述算法分析问题，结合蜂鸣器完成浇水提醒功能，同时能利用智趣编程套件其他传感器制作出更多有趣的作品。

（三）通过搭建土壤水量检测仪增强学生保护自然环境意识、关注土壤保护，增长探究能力、获取知识，激发培养学生体验学习人工智能知识的乐趣，体验学习成功的喜悦。

三、“跨学科-项目式”教学实施

教师事先布置学生借助网络搜索熟悉的中草药的习性，课前在每个小组的桌面上准备智趣编程套件、积木、笔记本电脑、三种中草药盆栽、学习任务单，并组织组长对组内成员进行分工。

（一）创设情境，设疑导入

1、从教室里每张桌子上摆放的中草药盆栽（芦荟、薄荷、百合花）入手，观看本草园三种植物现状视频，对这三种植物在五一劳动节前后的生长情况进行对比，提出疑问：百合的叶子枯黄了，芦荟的叶子也枯萎了，这是什么原因呢？

2、引导学生在小组内讨论、交流，倾听学生汇报。

3、引出：能不能搭建简易的土壤水量检测仪实时检测土壤的含水量。

设计意图：

通过观看视频中三种植物的长势和百合叶子枯黄以及芦荟叶子枯萎的图片进行对比，激发学生探索新知的欲望，揭示本课教学内容。

（二）初识硬件，小组合作

1、小组阅读课本，结合教师提供的微课，认识智趣编程套件中主要使用的硬件（逻辑主控板 Arduino、土壤湿度传感器、四位数码管等）的工作原理，教师引导学生对硬件进行连接。

2、小组参照任务单一：搭建土壤水量检测仪分别测量三种植物的土壤含水量。

各小组先探讨、分析任务，结合任务单中的“任务要求”“算法”确定制作土壤水量检测仪所需的设备，进行合理分工，分别承担方案完善、脚本编写、调试运行等任务，检测不同盆栽的湿度值，并在腾讯共享文档（如下图）里记录，进行对比，对实施任务过程进行思考。

3、请同学分享：以小组为单位，分享本组在设计、创作、编写程序、调试等方面的设计意图及功能，也可以分享本组在实践过程中的辛苦和喜悦、经验与教训。

（三）抛出问题，深入探究

从任务一中，我们可以测量出每种植物的土壤含水量，判断它的土壤干湿情况，但是不同的植物对水的需求量是不同的，如何让土壤保持适度的含水量？教师抛出问题，引发学生思考。

含水量多少是适度的，要结合植物的习性，同时需要长时间的测量与观察。本节课以教师以薄荷为例，薄荷比较喜欢潮湿，为长日照作物，性喜阳光，可将具体任务设计如下（以薄荷为例）：

1、布置任务二： 任选一种植物，根据它的习性给简易的土壤水量检测仪添加一些智能化的功能。

2、分享：以小组为单位，点评讲解本组在设计、创作、编写程序、调试等方面的设计意图及功能，分享本组在实践过程中的辛苦和喜悦、经验与教训。

3、以投票的方式选出本次活动的“最佳外观设计奖”“最精密检测仪”“最优算法奖”等。

（四）畅所欲言，展开想象

结合影响本草园中草药的生长要素，能否通过增加更多功能元件，如光照传感器、温度传感器、红外传感器等，拓展作品的更多智能化功能，打造智能本草园。

（五）课堂总结，巩固知识

在此次综合活动中，我们一起回顾了土壤水量检测仪制作过程，每个小组都设计出了优秀的作品。希望同学们课后可以继续探索，设计出更有趣、更有创意的作品。

参考文献：

[1] 赵军，陆启威.学科融合不是简单的跨学科教育——学科融合教育的实践和思考[J].江苏教育研究，2016，（31）.