【案例&工具】人工智能是最好的跨学科教学纽带

小妖公子

《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》指出各门课程用不少于 10% 的课时设计跨学科主题学习，让「跨学科」这一教学模式的关注度直线上升。本文重点探讨以人工智能为内容和工具的跨学科教学如何高质量开展。



图源 pixabay，mohamed_hassan

内容篇——人工智能教育

人工智能本身是一个跨学科综合的领域，包括计算机科学、数学、生物学、神经科学、认知学科、脑科学、心理学、社会学、哲学等，将这些知识横向解构到各独立学科，纵向分层到不同年级、不同课程和活动中，便形成了多维度多层次的人工智能课程体系。
以提供人工智能创造力教育方案的科技公司——英荔教育的系列跨学科实践工作坊项目为例。



▲ 广州市白云区汇侨第一小学 STEM 教育体验活动现场，英荔工作坊项目备受同学们喜爱

该工作坊项目基于人工智能等前沿技术，聚焦日常生活场景（智能家居、智慧交通、智慧农场、智能停车场），在华南师范大学教育技术研究所所长、博士生导师，英荔人工智能首席科学家李克东教授的指导下研发。项目遵循学生发展规律，符合教育教学原理，聚焦核心素养提升，一经推出便收获中小学生的热烈关注。



▲ 李克东教授指导课研

以《智慧农场》工作坊为例。该项目采用人工智能、物联网、大数据、5G、机器人等新一代信息技术，结合数学、生物学、植物学、气候、化学等学科综合应用，主要为解决传统农业模式中靠手工劳作时，投入高、消耗大量人力成本、产量低、效益差等难题。



▲ 为降低学校成本，英荔教育研发了 mini 沙盘进行模拟跨学科教学

例如除虫害环节，学生通过机器学习对图像进行分类，让机器区分菜叶上是否有害虫。当识别到有害虫时，自动喷洒杀虫药剂。



▲ 除虫害实施环节

工作坊项目将着重引导学生保持好奇心与求知欲，形成良好的学习习惯，初步掌握适应现代化社会所需要的知识与技能，具有学会学习的能力；同时乐于提问，敢于质疑，学会在真实情境中发现问题、解决问题，具有探究能力和创新精神；在与同学协作完成任务的过程中，学会交往，善于沟通，提升基本的合作能力、团队精神。



图源 pixabay，mohamed_hassan

工具篇——教育人工智能

灵活应用人工智能技术中智能工具，不仅帮助老师依据课标进行跨学科项目设计，增强教学内容的趣味性和关联性，也能为学习者的高效学习和真实体验提供支持。
英荔教育不仅打磨了基于人工智能等前沿技术的跨学科主题内容，其人工智能实践平台也在 AI、STEM、创客教育等领域被广泛使用。



▲ 教育部白名单赛事——少年硅谷大赛选手使用硬件编程平台 MicroBlocks（左）和英荔 AI 训练平台（右）

1、图形化编程平台——英荔 MAKE 创作平台

采取「平台+扩展库」的架构，通过远超 MIT 原生版本的超过七十款扩展，让编程的从虚拟的舞台区拓展到现实世界，实现开放互联的可编程空间。
可连接的软硬件包括：百度 AI、微软 Azure、腾讯 AI、TensorFlow 开源 AI 算法、OpenCV 开源 AI 算法、三维创作软件 Blender、沙盒游戏 MindeCraft、索尼 toio 机器人、Kano 魔杖、intelino 英荔诺智能小火车、支持编程协议 DMX512 的舞台设备等等。原生接入无代码英荔 AI 训练平台更便于教学。


2、基于开源算法 TensorFlow 的零代码 AI 训练平台

可与英荔 MAKE 创作平台互通，让使用者直观理解机器学习原理，使用基于浏览器的计算能力直接得出实时结果，在编程界面上创作应用。
提供数据汇集与标注、模型训练、实时运算等功能，将 AI 算力得出的结果与实验、创作相结合，提高使用者应用 AI 解决问题的能力。
无需代码编程基础即可使用，打开网页自动下载算法、本地运行。


3、硬件编程平台——MicroBlocks

是在 Scratch 的启发下专为「物理计算」而生的免费、简洁、便捷、易于理解的图形化编程语言，也是世界上第一个同时支持实时编程和离线运行的编程系统，由英荔教育担任中国区推广大使。
MicroBlocks 支持 Micro:bit、ESP32、Adafruit Circuit Playground Express、Calliope mini 等。


4、开源硬件——英荔比特电子套装

基于编程教育常用开源硬件 micro:bit 的电子积木套装，包含 20 多个传感器，兼容乐高结构件，方便学生动手搭配组合，完成各类指定或自创的 AI 实体应用项目。
可广泛应用于各类电子创客与跨学科实践项目。


综上所述，在教育人工智能技术的支持下，构建基于人工智能技术的学习主题，强化课程综合性和实践性，能够更好地促进跨学科之间的融合，让学生「做中学」「用中学」「创中学」，促进学生核心素养的有效提升。

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