摘 要：人工智能的出现给教育领域带来了很大的变革，为了适应这种变革，需要在中学生课程中开展人工智能科普教育，培养学生的科技素养。STEAM教育是一种涵盖多学科的教育思想理论，注重多学科交叉融合以及综合能力的培养。本文主要研究STEAM教育以及STEAM教育与人工智能教育的共同特征，并在此基础上对基于STEAM 教育的中学生人工智能科普教育项目进行研究，结合具体教学案例剖析项目实施的过程和评价方式，并给出有效实施建议。

关键字：人工智能，STEAM教育，科普教育

1.STEAM教育特征

STEAM涵盖了科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）五个学科的内容，注重多学科交叉融合以及综合能力的培养。STEAM教育遵守实证原则，主要还原学科的基本原理、知识在日常生活中的联系。STEAM教育的项目主要来源于真实的背景，注重问题的真实性和趣味性。学生通过模仿、搭建等基本活动，体验在做中学，学中做的过程中进行知识建构，并培养思考问题和解决问题的能力。

2.STEAM教育与人工智能教育共同特征

近年来，人工智能（Artificial Intelligence，AI）发展飞快，它是一门可以延伸人类的智能理论，也是一门新型的且重要的学科。人工智能教育也在逐渐发展，我国也开始在中小学开设人工智能课程，研究表明在中小学开设人工智能课程有利于提升学生的科学素养，对培养综合性人才具有重要意义。经研究人工智能教育与STEAM教育拥有以下共同特征：

（1）二者具有相同的学习理论。均以知识建构为理论学习依据，是一种有助于学习者进行知识学习的理论。该学习理论认为学生通过在小组协作探究中学习知识而不是从一般的课堂或者课本上获取知识。在人工智能教育与STEAM教育的进程中，都是在实际的问题情境当中，通过小组协作探究去解决问题。

（2）二者具有共同的价值追求。STEAM教育注重跨学科知识的获取，提高学生的综合实践水平。在进行人工智能教育活动中，需要用到多种学科知识，特别是在进行程序设计时，可以培养学生的团队协作能力和创新精神。STEAM教育和人工智能教育都注重在学习过程中，培养学生的综合实践能力和团队协作能力。

3.基于STEAM教育的中学生人工智能科普教育项目设计策略

结合STEAM教育与人工智能教育二者的共同特征，对基于STEAM教育的中学生人工智能科普教育项目进行研究，有利于激发学生的创造性思维，突出学生的主体地位。研究基于STEAM教育的中学生人工智能科普教育项目主要从以下几步进行设计：

（1）创设问题情境

首先要从真实的情境出发引出需要解决的问题，这种情境要符合学生的认知水平，同时可以激发学生的探究欲望并且可以锻炼学生解决问题的能力。教师可以从日常生活中、身边的生活环境或者热点新闻中寻找材料，要注意情境源于现实或者贴近现实。

（2）分析问题

在这一教学环节中，教师要基于创建好的真实情境，提出与人工智能原理有

关的问题，引导学生进行分析思考。教师在进行问题设计时，既要考虑到设计的可操作性是否符合学生的知识水平，也要注意到问题是否可以激发学生的学习兴趣。然后，教师要引导学生分析该问题的解决方法，并进行小组分享。这个教学过程既可以使学生学会主动学习知识，也可以增强学生分析问题的能力。

（三）组织探究实践

该学习环节是整个教学过程中很重要的环节，人工智能科普教育的实践部分

虽然没有单纯的理论学习那么乏味，但是如果设计不合理也很难使学生积极的参与。在设计中运用STEAM教育的设计理念，从跨学科知识、项目式制作和模型或原型制作等方面入手，设计关于人工智能教育的程序设计与实践操作，借用STEAM教育的特点，在整个探究过程中培养学生探究问题的能力和逻辑思维能力。

（4）评价交流

评价交流在整个学习过程中具有重要的作用，这个环节能够让教育者和学习

者掌握教学情况和学习情况，有助于修正自身的教学和学习。在评价交流过程中，可以从STEAM教育理念中的成果展示、交流评价与改进优化几个方面进行设计。例如采用PPT展示汇报、小组之间互评打分等评价方式。在评价交流这个环节中，可以提升学生的交流表达水平，促进学生的批判性思维能力发展。

4.实践探索-以《智能晾衣架设计》为例

基于以上设计策略，设计了《智能晾衣架设计》一课。首先，以“学生每天穿的校服有时候洗了第二天干不了，能否设计一款智能晾衣架，如果遇到阴雨天气也可以使衣服快速干了？”这样的真实的、贴近学生日常生活的情境进行导入，激发学生参与课堂教学的积极性。然后，教师引出采用Arduino开源软件进行程序的设计，设计一款基于Arduino开发板的智能晾衣架系统。由于学生之前对Arduino开源软件有一定的学习基础，学习过图形化编程方法，所以对这个实践项目比较感兴趣。学生利用课下时间查阅相关资料寻找设计方案，每个小组最终确立一个解决方案，课上进行小组展示和讨论。小组成员通过自主学习，查阅资料并组内进行讨论交流，培养了学生的自主学习能力和沟通表达能力。通过学生的分享交流，最终确定采用舵机实现对晾衣架的升降控制，整个晾衣架的框架设计与制作由各小组进行自主设计。教师在课上讲解如何利用Arduino开发板实现旋扭开关控制舵机的编程方法，学生学到编程的基本原理之后，开始自己动手搭建晾衣架的框架结构和连线。根据实际情况，教师给与一定的帮助和讲解。同学们通过小组实践设计并搭建了智能晾衣架系统。整个实践活动以搭建智能晾衣架为实践项目，学生学会利用跨学科知识解决问题，不仅锻炼了学生动手实践能力也培养了计算机编程能力。最后，各小组通过制作PPT进行现场展示交流，不仅展示了整个制作过程也重点讲解了各组的创新设计。这个环节从过程性评价和成果性评价两个方面进行评价，评价过程中各组之间不仅肯定了作品的优点，还给出来优化建议，同学们的高阶思维得到发展。

5.结语

当前，我国人工智能教育在实际教学中应用的不多，但是当前社会需要可以使用人工智能的创新性人才，所以要加强对青少年进行人工智能教育。本文在研究了STEAM教育的基本特征基础上，研究了基于STEAM教育的人工智能科普教育，通过教学实践发现，对中学生进行基于STEAM教育的人工智能科普教育，有利于培养青少年的科技素养，对培养创新性、综合性人才具有重要的作用。

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