裴日旭
钦州市第三中学535000
摘要：STEM是教育是一种跨学科的教育理念，注重多学科的融合，提升学生的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养。而对于人工智能教育，教育部公布了《2019年教育信息化和网络安全工作要点》，提出了：启动中小学生信息素养测评，并推动在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。因此各类编程产品和人工智能课程也应运而生。但是现在很多学校在实际的教学中往往只停留在了为学编程而教编程的情况，没能让学生充分的理解人工智能的知识，并培养学生学生运用人工智能及其他学科知识去解决实际问题的能力。
关键词：STEM教育,人工智能，应用探究
一、人工智能课程进校园
不难发现，现在越来越多的学校都开展了机器人编程教育而这也是人工智能进学校重要载体，包括高中的一些课程，如“通用技术”、“信息技术”的选修模块也为学生初步学习人工智能提供了条件。但是人工智能只是一门编程课嘛？答案当然不是，人工智能是一门新的技术科学，涉及的学科包括：哲学、认知科学、数学、神经生理学、心理学，计算机科学等等。不得不说，机器人编程教学是中小学生打开和学习人工智能领域的一把钥匙，易学，易懂也好玩，学生喜欢，广大家长也都认可。
由于机器人编程教育的普及和受重视，机器人编程产品就如雨后春笋般，样式之多，内容差异大，更新的速度也非常快，加上学校在人工智能课程上的课时往往安排得较少，所以老师基本上都只停留在了让学生学习几节编程课体验一下人工智能的学习便了事。这样的学习效果我们都可想而知，人工智能课最终还是变成了编程课，这不仅达不到课程的学习目标，甚至还会误导学生对人工智能的认识与理解。
二、人工智能课程的创新与应用探究
如何把人工智能教育与STEM教育理念相结合，把体验课变成实践课，把学生单纯的编程学习变成培养学生解决问题的能力是我们当前应该思考和解决的问题。
我校的人工智能教学也是从机器人编程教学开始然后逐渐融入了3D创意设计、激光雕刻技术等，最后转变成了现在的人工智能设计课程。学生学到的不仅仅是编程，还包括发现问题，运用多种学科知识去设计、制作从而解决问题，还有对技术的应用与评价等多方面能力。
模式一：人工智能源于生活应用于生活的教学模式
1、人工智能教学的素材与主题源于生活并结合生活实例开展学习与探究，充分调动学生的兴趣。
2、采取多种模式的教学，演示操作、组内探讨、自由练习、任务驱动等。
3、结合STEM教育理念，使学生学、练、研相结合，注重让学生学会利用多学科的知识解决实际问题，创作出自己有实际利用价值的人工智能作品。
4、充分给学生上机练习的机会，并加强指导，及时对知识与技能进行检测，提高反馈效益，加强小组的交流、讨论、学习。
5、课程安排：6课时
（1）人工智能知识介绍。
（2）人工智能与生活中的应用。
（3）认识声、光等传感器及其他模块，结合编程学习与应用。
（4）源于生活问题的人工智能作品创作
作品实例：智能红绿灯的设计
1、提出问题
行人误闯或故意闯红灯的行为屡见不鲜，严重危害人们的出行安全，有什么办法可以减少或杜绝这样的行为发生呢？
2、学生提出解决方案
设计一个智能的红绿灯，可以发出声、光警示，并且利用拦杆控制行人是否允许通过。
3、设计思路、自主探究过程
如何设计声光警示功能？
解决方案：利用蜂鸣器发出提示音，LED彩灯发出红、蓝警示光。
如何减少或杜绝行人闯红灯的行为？
解决方案：利用舵机控制拦杆起落，当红灯时落下防止行人通过。
模式二：人工智能与3D创意设计结合的STEM教学模式
3D创意设计，就是让学生能够将自己的创意、想法利用三维建模软件和3D打印机来实现作品的实体化。在设计和装配调试的过程中，不断发现问题，并尝试解决问题，从而有效提高学生的技术素养。
3D创意设计与人工智能智能学习相结合的STEM教育模式，就是以真实情境为导向，让学生在设计任务、活动的基础之上，进行自主探究，利用物理、数学、艺术、信息技术等多学科知识和工程的设计思维去思考和解决问题，并将学习结果以作品的形式表现出来，最终达到知识建构与自身能力的提高。
3D创意设计的教学实施策略:
1、活动内容要具体，丰富调动学生的强烈兴趣。
2、采取多种模式的教学，演示操作、组内探讨、自由练习、任务驱动等。
3、结合STEM教育理念，使学生学、练、研相结合，注重让学生学会利用多学科的知识解决实际问题，创作出自己有实际利用价值的作品。
课程安排：6课时
1、3D One基本工具使用介绍。 2、实体工具的应用
3、画图工具的应用 4、主题创作
作品实例：高速路救援先锋机器人
1、以真实情境提出问题
最近看到一则揪心的新闻:应急车道被占用救护车过不去，受伤孩子的母亲下跪给一辆辆车碴头请求让路，原本只有5分钟车程却被堵了大半个小时。
2、学生提出解决方案
为解决高速路上应急车道严重被堵，靠救援车辆和车上人员无法快速疏散前方拥堵车辆的问题，我们设计了能够替代人为并能快速疏散的救援先锋机器人。
3、设计思路、自主探究过程
机器人在严重拥堵的情况下如何快速到达前方进行疏散？
解决方案：能在公路护栏上行走，不受车辆拥堵的影响。
机器人应具有哪些功能，才能起到很好的疏散作用？
解决方案：声光警示、语音提示、做交通疏散手势、利用超声波检测车辆是否占用应急车道。
模式三：人工智能与激光雕刻的STEM教学模式
激光雕刻技术有助于让学生的概念可视化，帮助学生加深对抽象概念、原理和知识的理解以及能让学生的创意快速成型、检测设想，锻炼学生的动手实践能力。
教学实例：太阳能自动浇花器
（1）以真实情境提出问题
小王平时在家里养了很多花，但是现在她准备要外出旅游一个月时间，她很苦恼自己的花没人浇水怎么办？
（2）学生提出解决方案
设计一个太阳能供电的自动浇花控制系统，既能保证能源供电，又能自动给花浇水。
（3）设计思路、自主探究过程
1、采用太阳能充电板、充电电路、锂电池实现系统供电。
2、Arduino控制器、土壤湿度传感器、水泵实现自动浇水。
3、利用激光雕刻技术绘制、制作出作品外壳模型
激光雕刻技术的应用课程：4课时
1、激光雕刻能做什么 2、文字与图片雕刻
2、模型绘制与切割 4、作品外观的设计及制作
【参考文献】
【1】腾讯研究院、人工智能：国家人工智能战略行动抓手、中国人民大学出版社、2017年11月第1版
【2】王作冰、人工智能时代的教育革命、北京联合出版有限责任公司、2017年5月第1版
【3】刘琼发、普通高中教科书通用技术（必修1）、广东科技出版社、2019年7月第1版