資源簡介

跨學科教學設計方案
課程名稱：我的智能房間——人工智能技術改善家庭生活
主體學科：人工智能 教師： 年級：五年級
相關涉及學科：道德與法治
項目簡述： 本項目整合了廣州市《人工智能》課程《我的智能房間》和《道德與法治》課程中的《我的家庭貢獻與責任》，學生既可以通過體驗智能家居的便利性，了解人工智能技術在日常生活中的應用，又能夠加強家庭意識和責任感的培養。這種結合讓學生在科技與道德兩個方面獲得雙重教育，以促進他們全面發展和成長。
涉及教材和相關資料內容： 《人工智能》五年級下冊第五課《我的智能房間》選自廣州市地方教材。這節課主要著重讓學生理解智能家電的工作原理，并通過體驗智能模式下房間燈的開關與窗外自然亮度的關系，幫助他們感受智能家居給生活帶來的便利和舒適。通過選擇語句控制編程實現智能家居的自動化，學生可以體會到人工智能在解決生活實際問題方面的優勢。 《道德與法治》四年級上冊第二單元“為父母分擔”的第 3 課《我的家庭貢獻與責任》是部編版教材中的內容。本課程的目標是提升學生的家庭意識，引導他們思考和行動，為家庭作出貢獻并承擔責任。通過兩個活動主題“我的家庭貢獻”和“我也有責任”，這節課鼓勵學生關心父母長輩、關心家庭生活，并培養他們具備一定的家 庭責任感。
涉及的技術或者工具： 圖形化編程、騰訊扣叮創意實驗室平臺、希沃白板、知新智慧課堂系統
1.信息技術學科目標
核 心 （1）信息素養：體驗生活場景與人工智能融合的環境，認識到互聯網、物聯
知 識 網和人工智能對生活的影響，感受智能家居給生活帶來的便利和舒適，具有
與 素 用人工智能解決生活實際問題的意識。
養 （2）計算思維：通過體驗虛擬智能家居系統，了解智能家電的工作原理，會
用自然語言、流程圖等方式描述,能根據需求使用編程軟件編寫簡單的虛擬智
能家居系統。
（3）數字化學習與創新：運用編程平臺搭建簡單的智能家居系統，在反思與
交流中，對作品進行完善和優化。能根據生活情境需求，設計用人工智能技
術解決問題的方案，將創新理念融入到學習和生活中。
（4）信息社會責任：正確認識人工智能對生活帶來的便利與影響，在物聯網
應用中要尊重和保護個人隱私，合理使用人工智能。
2.道德與法治學科目標
（1）道德修養：懂得子女作為家庭成員要為家庭的幸福美滿貢獻一份力，做
家庭的好成員。
（2）健全人格：能夠換位思考，能夠以自己的方式表達對父母、長輩的愛，
樂意為父母長輩做自己力所能及的事情，學會處理與家庭、他人、集體和社
會的關系。
（3）責任意識：幫助學生增強責任意識，提升對自己、家庭的責任感、擔當
精神和參與能力。
3.總結不同學科內容之間的聯系與遷移路徑（跨學科）
（1）綜合素養：培養學生的信息素養，使其認識到信息技術對生活的影響并
具備使用人工智能解決實際問題的意識。同時，提升學生的道德修養，使其以積極向上的態度參與家庭和社會事務。 創新思維：發展學生的計算思維，培養他們運用編程軟件和平臺設計和優化智能系統的能力。同時，培養學生換位思考、關心他人，并在處理家庭、他人、集體和社會關系時展現出責任意識和擔當精神。 社會責任：引導學生正確認識人工智能的利弊，教育他們遵守法律法規， 在物聯網應用中尊重個人隱私，保護他人權益，以負責任的態度合理使用信息技術，為家庭、社會的幸福與和諧做出貢獻。
驅 動 性 問 題 與支架 驅動性問題 家庭的幸福需要每個人做出貢獻，那我們又可以為家庭做些什么呢？ 請大家看看這個家庭：小明的爺爺生病了，爸爸媽媽都要上班。沒有人照顧爺爺，該怎么辦呢？ 人工智能技術是否可以幫助我們照顧爺爺，如果你是設計師，你會怎么設計你家的智能房間呢？ 學習支架（建構主義支架，元認知支架等）學習支架：學習任務單（附件一） 編程環境：騰訊扣叮創意實驗室平臺
關 鍵 技 術 與 教 學 融 關鍵技術 圖形化編程、語音識別技術 2.融合教學的環節與具體方式 本節課基于“一主三環”的教學范式，采用情景創設法、任務驅動法等
合 教學方法，通過注重學生學科核心素養和問題解決能力的培養，教學中引入 “設計師”身份作為本節課任務情境。通過自主學習、小組合作的方式思考如何用人工智能技術解決家庭遇到的問題，讓學生認識到人工智能是實現美 好生活的有利工具，培養學生解決問題能力和創新意識。
成 果 與 評價 個人成果： 虛擬智能房間系統 評價針對的內容和評價方式： 作品評價，個人自評
團隊成果： 獨居老人智能房間設置 評價針對的內容和評價方式： 小組評價、教師評價
公開方式： 網絡發布（ ）成果展（√）張貼（ ）… 通過多種方式點評，將作品成績點評呈現在廣州市中小學人工智能教學平臺中，并給予修改意見和分數等級（如圖 1 所示）。 圖 1.作品評分圖 自評形式在課堂以算分的形式自我評定屬于哪個等級的設計師。小組評和教師評分數通過知新智慧課堂系統進行加分，教師對學生跨學科的創新能 力進行評價。（具體評價指標可參考附件二）
實 踐 與 項 目 流程 涉及的學習實踐： 探究性實踐（√）社會性實踐（√ ）調控性實踐（ ）審美性實踐（ ）技術性實踐（√ ）創造性實踐（√） 可以自行補充說明實踐： 通過人工智能平臺編程設計虛擬智能房間的功能，將日常生活中的遇到的問題情境用人工智能技術進行解決，實現探索性研究和技術性實踐。 通過小組合作方式針對老齡化社會問題進行探索，分析獨居老人遇到的 生活困難，運用人工智能技術設計智能家居功能解決問題。
教學過程 教師活動 學生活動 設計意圖
情境導入 【3分鐘】 創設情境：家庭的幸福需要每個人做出貢獻，那我們又可以為家庭做些什么呢？請大家看看這個家庭：小明的爺爺生病了，爸爸媽媽都要上班。沒有人照顧爺爺，該怎么辦呢？ 生自由回答。 思考問題。 聆聽，回答。 創設情境，激發學生學習興趣。 賦予學生設計師身份，讓其在學習中更有沉浸感。
3.給予學生設計師身份，展示本課標題“我家的智能房間”，介紹本節課內容。
1. 體驗虛擬智 增強對智能家居的工作原理理解，培養學生信息意識和發現問題、分析問題的能力。 通過組內互助、自主探究和教師指導的方式，來突破本課教學重點，培養計算思維。
能家居系統，
1. 請學生體驗虛擬智能家居
思考子任務一
系統，并思考子任務 1 的問
問題。
題。
2. 通過組內互
助、自主探究、
原理剖析 【10分鐘】 2. 讓學生通過組內互助、自 主探究、教師指導的方式完 教師指導的方
式完成子任務
成子任務二“流程填寫”。
二 “ 流 程 填
寫”。
3. 展示學生流程圖，教師總
3. 反思并完成
結。
評價任務完成
情況。
程序編寫 【12分鐘】 分析如何從流程圖理解程序代碼。 思考如何用流程圖來理解代碼。 完成“居家 模式”的開發， 從具象思維到抽象思維過度，幫助學生理解程序，培養學生計算思維。 借助任務單和編程提 示作為腳手架，輔助學生任
完成子任務三“ 程序實現”。 展示學生作品，邀請學生進行作品分析。 師點評：作為家庭的一員，盡管我們的能力有限，但是也可以用我們的創意和勞動為家庭做貢獻。總結編程的易錯點，講解程序中體現人工智能技術的重要模塊——語音識別。 讓學生修改和完善程序。 完成較快的同學 可 以 增 加 “學習模式”。 展示、分析作品。 反思，明白編程中人工智能 技 術 的 體現。 修改完善程序。 務，突破本課難點。通過分層教學，滿足不同編程能力學生的學習需求，在提升任務中培養學生的知識遷移能力。
拓展延伸 【10分鐘】 新時代新征程，隨著社會的發展，人們期盼著有更舒適的居住條件、更優美的環境。人民對美好生活的向往，就是我們的奮斗目標。通過情境中爺爺的問題過渡介紹中國人口老齡化問題，介紹獨居老人遇到的困境，引出思考。 提出獨居老人的問題情境，引導各小組根據任務單的指引討論分析任務三的問題 小組展示。 教師評價、總結。 通過情境中爺爺遇到的問題過渡了解我國人口老齡化問題，思考如何用智能家居幫 助 獨 居 老人。 明確分工，小組合作分析討論，思考任務三問題。 3.小組展示。 4.通過反饋，進一步改進方 案。 讓學生從真實問題出發，關注獨居老人，培養其社會責任感。思考人工智能對生活的作用，培養學生解決問題的能力、小組合作能力和創新精神。
總結評價
【5分鐘】
教師總結提升。
請學生根據自身表現，在任務單中進行自我評價和小組評價。
回顧本課學習內容，進一步思考人工智能的對生活的作用。
自我評價和小組評價。
正確認識人工智能對生活帶來的便利與影響，培養學生信息社會責任。
進行多元評價，通過自評、他評、作業評價等方式，多維度考察學生學習情況。
關 鍵 1.關鍵技術（核心或者主體技術）技 術 圖形化編程
與 教 2.融合教學的環節與具體方式
學 融 具體環節合 教學目標
制定
融合的內容
信息技術學科的目標主要包括培養學生的信息素養和計算思維能力，使他們能夠認識人工智能對生活的影響，并具備使用人工智能解決實際問題的意識。同時，還要促進學生數字化學習與創新能力的發展，讓他們能夠運用編程平臺搭建智能系統并進行反思和優化。此外，
實施的方式
這兩個學科之間存在一定的聯系和遷移路徑。例如，培養學生的綜合素養可以從信息技術學科中的信息素養和道德與法治學科中的道德修養入手，使他們既能認識到信息技術對生活的影響，又能以積極向上的態度參與家庭和社會事務。此外，創新思維也是一個重要的跨學科能力，可以從信息技術學科的計算思維中培養，并結合道德與
信息社會責任也是重要的目標，要引導學生正確認識人工智能的利弊，尊重個人隱私，合理使用信息技術。 道德與法治學科的目標包括培養學生的道德修養和健全人格，使他們能成為良好的家庭成員，換位思考并關心他人，處理好與家庭、他人、集體和社會的關系。同時，培養學生的責任意識，提升他們的責任感、擔當精神和 參與能力。 法治學科中的換位思考和責任意識，使學生在設計和優化智能系統的同時展現出關心他人和擔當精神。最后，社會責任也貫穿于兩個學科之中，要引導學生正確認識人工智能的利弊，并在使用信息技術時尊重個人隱私、保護他人權益，為家庭和社會的幸福與和諧做出貢獻
教學內容開發 《我的智能房間》和 《我的家庭貢獻與責任》兩節課可以通過融合智能科技和家庭價值觀，培養學生的綜合素養。在《我的智能房間》中，學生通過理解智能家電的工作原 學生可以將所學的智能家居知識應用于實際生活中，例如使用智能控制系統管理家庭用電，持續減少浪費，并積極參與家務勞動，關心家人的需要，從而增強家庭意識和責任感。通過 這樣的融合，學生既能夠享受智
理和體驗智能模式下房間燈的開關與窗外亮度的關系，感受到智能家居給生活帶來的便利和舒適，同時也培養了節約能源的意識。這為《我的家庭貢獻與責任》提供了一個自然的過渡，讓學生思考如何運用智能科技來為家庭作 出貢獻并承擔責任。 能科技帶來的便利，又能夠將其與家庭價值相結合，提升整體素養和家庭情感的發展。
學習資源建設 教師準備課件、教材、學生任務單、情境引入視頻、編程指引等。 借助任務單和編程提示作為腳手架，輔助學生任務，突破本課難點。通過分層教學，滿足 不同編程能力學生的學習需求
教學活動設計 本節課一共設計三個任務。 任務一：探索智能家居之密。通過智能家居的真實情境出發，引發學生思考智能家居的工作原理。 任務二：開發智能家居之道。此任務為實現簡易虛擬智能家居系統開發，突破教學重難點，分解成三個子任務。 任務三：構建智能生活之善。通過小組合作的方式思考如何用智能家居幫助獨居老人，讓學生認識到人工智能是實現美好生活的有利工具，培養學生解決問題能力和創新意 識。 本節課基于“一主三環”的教學范式，采用情景創設法、任務驅動法等教學方法，注重學生學科核心素養和問題解決能力的培養，教學中引入“設計師”身份作為本節課任務情境。在教學過程中，以學生為中心，教師起引導作用，鼓勵學生通過自主探究、小組互助互學等方法進行學習。
教學支架搭建 利用多媒體技術等設備輔助課堂教學。 利用人工智能平臺實現虛擬智能房間設計。 教師在教學過程中積極引導和支持學生創造性 表現和學習。 運用現代化教學設備，例如希沃白板、知新互動平臺。通過廣州市中小學人工智能平臺實現虛擬智能房間的編程設計。
組織形式落實 給每個小組分配一個任務或問題，要求小組成員共同討論并提供答案或解決方案。鼓勵小組成員相互討論和合作，分享自己的想法、觀點和知識?？梢栽O置時間限制，確保每個小組有足夠的時間來完成任務。要求每個小組派代表向全班展示他們的成果或答案，讓其他小組成員也能了解不同小組的 觀點和思路。 通過小組合作學習，學生可以共同解決問題、分享知識、彼此傾聽和理解，并相互支持和協助。
教學環境創設 提供體驗和設計虛擬智能房間環境。 提供學習任務單等學習支架。 體驗和設計虛擬智能房間環境可以激發學生的興趣和好奇心，使他們更加主動地參與學習過程，并提高學習的積極性。學生可以進行真實的操作和互動，增強他們對智能家居設備功能的理解和掌握。 學習任務單和相關的問題引導可以幫助學生在體驗和設計過程中思考問題、尋求答案，并培養他們的問題解決能力和 創新思維。
教學評價實施 在課堂教學過程中，教師運用語言和行為對學生的回答和表現進行激勵性評價，并通過學生自評、互評、師評，多維度考察分析學生學習情況。 針對跨學科課程重點評價創新能力部分。 1.自評：其中自我評 價表（表 1）將評價融入任 多維度評價能夠實現全面、客觀、準確、可比較的評估，并為個體或對象提供有針對性的反饋和發展方向，采用多維度評價可以降低個人主觀因素對評價結果的影響，可以指導個體或對象在各個方面的發展和改進，促進其全面提升和成長。
務中，讓學生做完即可自我反思評價，發揮學生主觀能動性。 互評：組長根據表 2對組員進行評價，強化組長責任與義務，將評價表量化，易于組長評價操作，更直觀表現學生學習效果。 師評：教師課后能根據課堂表現、作業情況、任務單填寫情況通過表 2 對學生進行評價。
附件一：學生任務單
第五課 《我的智能房間》 學生任務單
班級： 小組：第 組 姓名： □組長 □組員
任務一：探索智能家居之密 任務評價 （完成任務打√）
觀看視頻，回答問題。 視頻中的智能家居運用了哪些人工智能技術？（請在對應選項中打√） 語音識別 ○物聯網 ○文字識別 ○指紋識別 （2）視頻中在影院模式下，以下哪些智能家電發生變化？ 電視 ○燈 ○空氣凈化器 ○空調 ○窗簾 正確回答問題 1 正確回答問題 2
任務二：開發智能家居之道
子任務一：體驗分析
體驗系統，思考以下問題。 系統如何開啟語音識別？ 說出口令“我回來了”，情境模式變成什么模式？ 進入模式后，什么情況會自動開燈？什么情況會自動關燈？ 認真思考問題
子任務二：流程填寫
分析虛擬智能家居系統，將序號填入流程圖對應位置。 □正確填寫流程圖
選項 流程圖
開燈 是 進入“居家模式”，說“歡迎回家” 關燈 語音中包含“回來”嗎？ 否
子任務三：編寫程序
在編程平臺中，完成智能家居系統的開發。
語音識別模塊 模式設置 □實現“居家模式”
1. 按下“空格”鍵開始
基礎任務居家模式 進行語音識別； 如果語音識別結果包含“回來”； 情境模式設置為“居家模式”；發出“歡迎回家”的聲音。 當情境模式是“居家模式”時； 如果“自然光”＜50，開燈； 否則，關燈。 □實現“學習模式”
提升任務學習模式 如果語音識別結果包含“學習”； 情境模式設置為“學習模式”；發出“進入學習模式”的聲音。 當情境模式是“學習模式”時； 如果“自然光”≥60，關燈、打開窗簾； 否則，開燈（窗簾狀態可設關閉）。
任務三：構建智能生活之善
小組討論以下問題，并進行匯報。 合理分析獨居老
（1）獨居老人在家中會遇到什么困難？（可從居家安全、健康檢測、心理問題等方面思 人的生活困難
考） 設計的智能家居
模式能解決困難
（2）可以設計什么智能家居模式解決該困難？（針對 1 個困難多個功能進行解決）
匯報內容形式： 小組分工明確
1. 小組介紹，自我介紹。 積極參與小組討
我們小組討論結果如下，獨居老人有 特征，在生活中可能會遇到 問題。 針對上述問題，我們小組設計了 智能家居模式。該模式有 個功能。 （1）智能家居可以幫助獨居老人....... 論
（2）智能家居可以幫助獨居老人.......
........
4.我們小組的匯報到此結束，謝謝大家聆聽。
設計師資格認定我本節課獲得 個 ，設計師資格為： □ 高級設計師（8 及以上） □ 中級設計師（7 -4 ） 初級設計師（3 及以下 ）
附件二：評價表（共三表）
表 1.自我評價表
表 2.小組評價和教師評價表
評價維度 評價內容 組長評 教師評
學會學習 上課認真聽講，積極舉手回答問題（10 分）
善于觀察，發現和解決流程圖與代碼編寫過程中的問題（10 分）
小組合作 小組分工明確，能夠積極交流，表達觀點和提出質疑（10 分）
學習過程中，相互幫助，有小組合作意識（10 分）
任務情況 正確填寫任務一的問題和流程圖（20 分）
能夠編寫、調試和優化代碼程序（20 分）
課堂紀律 課上保持安靜、不與他人嬉戲打鬧（10 分）
課下保持教室整潔、將椅子、耳機、鼠標鍵盤復位（10 分）
表 3.跨學科創新能力評價表
評價維度 評價指標 指標內涵 評價方式
創新人格 好奇心 喜歡探究事情發生的原因，對不了解的事物感興趣 自評
想象力 善于思考，能夠理出標新立異的想法 自評、小組評價
創新思維 發散思維 沖破傳統思想、觀念、理論、方法的束縛，同中求異、多向播射、正向求反 拓展延伸任務小組匯報、小組評價、教師評價
邏輯思維 對事物形成完整認識，能夠對跨學科問題進行分析綜合、抽象概括、判斷推理 拓展延伸任務小組匯報總結
創新學習 自主學習 根據自身興趣或需求，有計劃地學習不同學科的新知識并進行總結反思 自評
知識遷移 在掌握跨學科概念及創新方法的基礎上，融會貫通各學科知識，形成整體知識結構并能遷移應用于不同情境 分層任務評價
創新技能 問題提出 在復雜情境下，能夠發現問題并清晰地表述問題 自評、小組評價
問題解決 對于復雜問題，能夠冷靜分析、妥善規劃、運用跨學科知識與方法解決問題 拓展延伸任務小組匯報總結
創新成果 藝術性 作品造型美觀，比例協調，具有觀賞性 作業評價
新穎性 作品在外觀、材料、結構、功能等方面具有新穎性
過程性 作品在制作過程中綜合運用了多種學科的知識與方法
價值性 作品能夠解決生活與學習中的實際問題，或為解決未來跨學科難題提供思路及啟發

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