资源简介

跨学科教学设计方案
课程名称：我的智能房间——人工智能技术改善家庭生活
主体学科：人工智能 教师： 年级：五年级
相关涉及学科：道德与法治
项目简述： 本项目整合了广州市《人工智能》课程《我的智能房间》和《道德与法治》课程中的《我的家庭贡献与责任》，学生既可以通过体验智能家居的便利性，了解人工智能技术在日常生活中的应用，又能够加强家庭意识和责任感的培养。这种结合让学生在科技与道德两个方面获得双重教育，以促进他们全面发展和成长。
涉及教材和相关资料内容： 《人工智能》五年级下册第五课《我的智能房间》选自广州市地方教材。这节课主要着重让学生理解智能家电的工作原理，并通过体验智能模式下房间灯的开关与窗外自然亮度的关系，帮助他们感受智能家居给生活带来的便利和舒适。通过选择语句控制编程实现智能家居的自动化，学生可以体会到人工智能在解决生活实际问题方面的优势。 《道德与法治》四年级上册第二单元“为父母分担”的第 3 课《我的家庭贡献与责任》是部编版教材中的内容。本课程的目标是提升学生的家庭意识，引导他们思考和行动，为家庭作出贡献并承担责任。通过两个活动主题“我的家庭贡献”和“我也有责任”，这节课鼓励学生关心父母长辈、关心家庭生活，并培养他们具备一定的家 庭责任感。
涉及的技术或者工具： 图形化编程、腾讯扣叮创意实验室平台、希沃白板、知新智慧课堂系统
1.信息技术学科目标
核 心 （1）信息素养：体验生活场景与人工智能融合的环境，认识到互联网、物联
知 识 网和人工智能对生活的影响，感受智能家居给生活带来的便利和舒适，具有
与 素 用人工智能解决生活实际问题的意识。
养 （2）计算思维：通过体验虚拟智能家居系统，了解智能家电的工作原理，会
用自然语言、流程图等方式描述,能根据需求使用编程软件编写简单的虚拟智
能家居系统。
（3）数字化学习与创新：运用编程平台搭建简单的智能家居系统，在反思与
交流中，对作品进行完善和优化。能根据生活情境需求，设计用人工智能技
术解决问题的方案，将创新理念融入到学习和生活中。
（4）信息社会责任：正确认识人工智能对生活带来的便利与影响，在物联网
应用中要尊重和保护个人隐私，合理使用人工智能。
2.道德与法治学科目标
（1）道德修养：懂得子女作为家庭成员要为家庭的幸福美满贡献一份力，做
家庭的好成员。
（2）健全人格：能够换位思考，能够以自己的方式表达对父母、长辈的爱，
乐意为父母长辈做自己力所能及的事情，学会处理与家庭、他人、集体和社
会的关系。
（3）责任意识：帮助学生增强责任意识，提升对自己、家庭的责任感、担当
精神和参与能力。
3.总结不同学科内容之间的联系与迁移路径（跨学科）
（1）综合素养：培养学生的信息素养，使其认识到信息技术对生活的影响并
具备使用人工智能解决实际问题的意识。同时，提升学生的道德修养，使其以积极向上的态度参与家庭和社会事务。 创新思维：发展学生的计算思维，培养他们运用编程软件和平台设计和优化智能系统的能力。同时，培养学生换位思考、关心他人，并在处理家庭、他人、集体和社会关系时展现出责任意识和担当精神。 社会责任：引导学生正确认识人工智能的利弊，教育他们遵守法律法规， 在物联网应用中尊重个人隐私，保护他人权益，以负责任的态度合理使用信息技术，为家庭、社会的幸福与和谐做出贡献。
驱 动 性 问 题 与支架 驱动性问题 家庭的幸福需要每个人做出贡献，那我们又可以为家庭做些什么呢？ 请大家看看这个家庭：小明的爷爷生病了，爸爸妈妈都要上班。没有人照顾爷爷，该怎么办呢？ 人工智能技术是否可以帮助我们照顾爷爷，如果你是设计师，你会怎么设计你家的智能房间呢？ 学习支架（建构主义支架，元认知支架等）学习支架：学习任务单（附件一） 编程环境：腾讯扣叮创意实验室平台
关 键 技 术 与 教 学 融 关键技术 图形化编程、语音识别技术 2.融合教学的环节与具体方式 本节课基于“一主三环”的教学范式，采用情景创设法、任务驱动法等
合 教学方法，通过注重学生学科核心素养和问题解决能力的培养，教学中引入 “设计师”身份作为本节课任务情境。通过自主学习、小组合作的方式思考如何用人工智能技术解决家庭遇到的问题，让学生认识到人工智能是实现美 好生活的有利工具，培养学生解决问题能力和创新意识。
成 果 与 评价 个人成果： 虚拟智能房间系统 评价针对的内容和评价方式： 作品评价，个人自评
团队成果： 独居老人智能房间设置 评价针对的内容和评价方式： 小组评价、教师评价
公开方式： 网络发布（ ）成果展（√）张贴（ ）… 通过多种方式点评，将作品成绩点评呈现在广州市中小学人工智能教学平台中，并给予修改意见和分数等级（如图 1 所示）。 图 1.作品评分图 自评形式在课堂以算分的形式自我评定属于哪个等级的设计师。小组评和教师评分数通过知新智慧课堂系统进行加分，教师对学生跨学科的创新能 力进行评价。（具体评价指标可参考附件二）
实 践 与 项 目 流程 涉及的学习实践： 探究性实践（√）社会性实践（√ ）调控性实践（ ）审美性实践（ ）技术性实践（√ ）创造性实践（√） 可以自行补充说明实践： 通过人工智能平台编程设计虚拟智能房间的功能，将日常生活中的遇到的问题情境用人工智能技术进行解决，实现探索性研究和技术性实践。 通过小组合作方式针对老龄化社会问题进行探索，分析独居老人遇到的 生活困难，运用人工智能技术设计智能家居功能解决问题。
教学过程 教师活动 学生活动 设计意图
情境导入 【3分钟】 创设情境：家庭的幸福需要每个人做出贡献，那我们又可以为家庭做些什么呢？请大家看看这个家庭：小明的爷爷生病了，爸爸妈妈都要上班。没有人照顾爷爷，该怎么办呢？ 生自由回答。 思考问题。 聆听，回答。 创设情境，激发学生学习兴趣。 赋予学生设计师身份，让其在学习中更有沉浸感。
3.给予学生设计师身份，展示本课标题“我家的智能房间”，介绍本节课内容。
1. 体验虚拟智 增强对智能家居的工作原理理解，培养学生信息意识和发现问题、分析问题的能力。 通过组内互助、自主探究和教师指导的方式，来突破本课教学重点，培养计算思维。
能家居系统，
1. 请学生体验虚拟智能家居
思考子任务一
系统，并思考子任务 1 的问
问题。
题。
2. 通过组内互
助、自主探究、
原理剖析 【10分钟】 2. 让学生通过组内互助、自 主探究、教师指导的方式完 教师指导的方
式完成子任务
成子任务二“流程填写”。
二 “ 流 程 填
写”。
3. 展示学生流程图，教师总
3. 反思并完成
结。
评价任务完成
情况。
程序编写 【12分钟】 分析如何从流程图理解程序代码。 思考如何用流程图来理解代码。 完成“居家 模式”的开发， 从具象思维到抽象思维过度，帮助学生理解程序，培养学生计算思维。 借助任务单和编程提 示作为脚手架，辅助学生任
完成子任务三“ 程序实现”。 展示学生作品，邀请学生进行作品分析。 师点评：作为家庭的一员，尽管我们的能力有限，但是也可以用我们的创意和劳动为家庭做贡献。总结编程的易错点，讲解程序中体现人工智能技术的重要模块——语音识别。 让学生修改和完善程序。 完成较快的同学 可 以 增 加 “学习模式”。 展示、分析作品。 反思，明白编程中人工智能 技 术 的 体现。 修改完善程序。 务，突破本课难点。通过分层教学，满足不同编程能力学生的学习需求，在提升任务中培养学生的知识迁移能力。
拓展延伸 【10分钟】 新时代新征程，随着社会的发展，人们期盼着有更舒适的居住条件、更优美的环境。人民对美好生活的向往，就是我们的奋斗目标。通过情境中爷爷的问题过渡介绍中国人口老龄化问题，介绍独居老人遇到的困境，引出思考。 提出独居老人的问题情境，引导各小组根据任务单的指引讨论分析任务三的问题 小组展示。 教师评价、总结。 通过情境中爷爷遇到的问题过渡了解我国人口老龄化问题，思考如何用智能家居帮 助 独 居 老人。 明确分工，小组合作分析讨论，思考任务三问题。 3.小组展示。 4.通过反馈，进一步改进方 案。 让学生从真实问题出发，关注独居老人，培养其社会责任感。思考人工智能对生活的作用，培养学生解决问题的能力、小组合作能力和创新精神。
总结评价
【5分钟】
教师总结提升。
请学生根据自身表现，在任务单中进行自我评价和小组评价。
回顾本课学习内容，进一步思考人工智能的对生活的作用。
自我评价和小组评价。
正确认识人工智能对生活带来的便利与影响，培养学生信息社会责任。
进行多元评价，通过自评、他评、作业评价等方式，多维度考察学生学习情况。
关 键 1.关键技术（核心或者主体技术）技 术 图形化编程
与 教 2.融合教学的环节与具体方式
学 融 具体环节合 教学目标
制定
融合的内容
信息技术学科的目标主要包括培养学生的信息素养和计算思维能力，使他们能够认识人工智能对生活的影响，并具备使用人工智能解决实际问题的意识。同时，还要促进学生数字化学习与创新能力的发展，让他们能够运用编程平台搭建智能系统并进行反思和优化。此外，
实施的方式
这两个学科之间存在一定的联系和迁移路径。例如，培养学生的综合素养可以从信息技术学科中的信息素养和道德与法治学科中的道德修养入手，使他们既能认识到信息技术对生活的影响，又能以积极向上的态度参与家庭和社会事务。此外，创新思维也是一个重要的跨学科能力，可以从信息技术学科的计算思维中培养，并结合道德与
信息社会责任也是重要的目标，要引导学生正确认识人工智能的利弊，尊重个人隐私，合理使用信息技术。 道德与法治学科的目标包括培养学生的道德修养和健全人格，使他们能成为良好的家庭成员，换位思考并关心他人，处理好与家庭、他人、集体和社会的关系。同时，培养学生的责任意识，提升他们的责任感、担当精神和 参与能力。 法治学科中的换位思考和责任意识，使学生在设计和优化智能系统的同时展现出关心他人和担当精神。最后，社会责任也贯穿于两个学科之中，要引导学生正确认识人工智能的利弊，并在使用信息技术时尊重个人隐私、保护他人权益，为家庭和社会的幸福与和谐做出贡献
教学内容开发 《我的智能房间》和 《我的家庭贡献与责任》两节课可以通过融合智能科技和家庭价值观，培养学生的综合素养。在《我的智能房间》中，学生通过理解智能家电的工作原 学生可以将所学的智能家居知识应用于实际生活中，例如使用智能控制系统管理家庭用电，持续减少浪费，并积极参与家务劳动，关心家人的需要，从而增强家庭意识和责任感。通过 这样的融合，学生既能够享受智
理和体验智能模式下房间灯的开关与窗外亮度的关系，感受到智能家居给生活带来的便利和舒适，同时也培养了节约能源的意识。这为《我的家庭贡献与责任》提供了一个自然的过渡，让学生思考如何运用智能科技来为家庭作 出贡献并承担责任。 能科技带来的便利，又能够将其与家庭价值相结合，提升整体素养和家庭情感的发展。
学习资源建设 教师准备课件、教材、学生任务单、情境引入视频、编程指引等。 借助任务单和编程提示作为脚手架，辅助学生任务，突破本课难点。通过分层教学，满足 不同编程能力学生的学习需求
教学活动设计 本节课一共设计三个任务。 任务一：探索智能家居之密。通过智能家居的真实情境出发，引发学生思考智能家居的工作原理。 任务二：开发智能家居之道。此任务为实现简易虚拟智能家居系统开发，突破教学重难点，分解成三个子任务。 任务三：构建智能生活之善。通过小组合作的方式思考如何用智能家居帮助独居老人，让学生认识到人工智能是实现美好生活的有利工具，培养学生解决问题能力和创新意 识。 本节课基于“一主三环”的教学范式，采用情景创设法、任务驱动法等教学方法，注重学生学科核心素养和问题解决能力的培养，教学中引入“设计师”身份作为本节课任务情境。在教学过程中，以学生为中心，教师起引导作用，鼓励学生通过自主探究、小组互助互学等方法进行学习。
教学支架搭建 利用多媒体技术等设备辅助课堂教学。 利用人工智能平台实现虚拟智能房间设计。 教师在教学过程中积极引导和支持学生创造性 表现和学习。 运用现代化教学设备，例如希沃白板、知新互动平台。通过广州市中小学人工智能平台实现虚拟智能房间的编程设计。
组织形式落实 给每个小组分配一个任务或问题，要求小组成员共同讨论并提供答案或解决方案。鼓励小组成员相互讨论和合作，分享自己的想法、观点和知识。可以设置时间限制，确保每个小组有足够的时间来完成任务。要求每个小组派代表向全班展示他们的成果或答案，让其他小组成员也能了解不同小组的 观点和思路。 通过小组合作学习，学生可以共同解决问题、分享知识、彼此倾听和理解，并相互支持和协助。
教学环境创设 提供体验和设计虚拟智能房间环境。 提供学习任务单等学习支架。 体验和设计虚拟智能房间环境可以激发学生的兴趣和好奇心，使他们更加主动地参与学习过程，并提高学习的积极性。学生可以进行真实的操作和互动，增强他们对智能家居设备功能的理解和掌握。 学习任务单和相关的问题引导可以帮助学生在体验和设计过程中思考问题、寻求答案，并培养他们的问题解决能力和 创新思维。
教学评价实施 在课堂教学过程中，教师运用语言和行为对学生的回答和表现进行激励性评价，并通过学生自评、互评、师评，多维度考察分析学生学习情况。 针对跨学科课程重点评价创新能力部分。 1.自评：其中自我评 价表（表 1）将评价融入任 多维度评价能够实现全面、客观、准确、可比较的评估，并为个体或对象提供有针对性的反馈和发展方向，采用多维度评价可以降低个人主观因素对评价结果的影响，可以指导个体或对象在各个方面的发展和改进，促进其全面提升和成长。
务中，让学生做完即可自我反思评价，发挥学生主观能动性。 互评：组长根据表 2对组员进行评价，强化组长责任与义务，将评价表量化，易于组长评价操作，更直观表现学生学习效果。 师评：教师课后能根据课堂表现、作业情况、任务单填写情况通过表 2 对学生进行评价。
附件一：学生任务单
第五课 《我的智能房间》 学生任务单
班级： 小组：第 组 姓名： □组长 □组员
任务一：探索智能家居之密 任务评价 （完成任务打√）
观看视频，回答问题。 视频中的智能家居运用了哪些人工智能技术？（请在对应选项中打√） 语音识别 ○物联网 ○文字识别 ○指纹识别 （2）视频中在影院模式下，以下哪些智能家电发生变化？ 电视 ○灯 ○空气净化器 ○空调 ○窗帘 正确回答问题 1 正确回答问题 2
任务二：开发智能家居之道
子任务一：体验分析
体验系统，思考以下问题。 系统如何开启语音识别？ 说出口令“我回来了”，情境模式变成什么模式？ 进入模式后，什么情况会自动开灯？什么情况会自动关灯？ 认真思考问题
子任务二：流程填写
分析虚拟智能家居系统，将序号填入流程图对应位置。 □正确填写流程图
选项 流程图
开灯 是 进入“居家模式”，说“欢迎回家” 关灯 语音中包含“回来”吗？ 否
子任务三：编写程序
在编程平台中，完成智能家居系统的开发。
语音识别模块 模式设置 □实现“居家模式”
1. 按下“空格”键开始
基础任务居家模式 进行语音识别； 如果语音识别结果包含“回来”； 情境模式设置为“居家模式”；发出“欢迎回家”的声音。 当情境模式是“居家模式”时； 如果“自然光”＜50，开灯； 否则，关灯。 □实现“学习模式”
提升任务学习模式 如果语音识别结果包含“学习”； 情境模式设置为“学习模式”；发出“进入学习模式”的声音。 当情境模式是“学习模式”时； 如果“自然光”≥60，关灯、打开窗帘； 否则，开灯（窗帘状态可设关闭）。
任务三：构建智能生活之善
小组讨论以下问题，并进行汇报。 合理分析独居老
（1）独居老人在家中会遇到什么困难？（可从居家安全、健康检测、心理问题等方面思 人的生活困难
考） 设计的智能家居
模式能解决困难
（2）可以设计什么智能家居模式解决该困难？（针对 1 个困难多个功能进行解决）
汇报内容形式： 小组分工明确
1. 小组介绍，自我介绍。 积极参与小组讨
我们小组讨论结果如下，独居老人有 特征，在生活中可能会遇到 问题。 针对上述问题，我们小组设计了 智能家居模式。该模式有 个功能。 （1）智能家居可以帮助独居老人....... 论
（2）智能家居可以帮助独居老人.......
........
4.我们小组的汇报到此结束，谢谢大家聆听。
设计师资格认定我本节课获得 个 ，设计师资格为： □ 高级设计师（8 及以上） □ 中级设计师（7 -4 ） 初级设计师（3 及以下 ）
附件二：评价表（共三表）
表 1.自我评价表
表 2.小组评价和教师评价表
评价维度 评价内容 组长评 教师评
学会学习 上课认真听讲，积极举手回答问题（10 分）
善于观察，发现和解决流程图与代码编写过程中的问题（10 分）
小组合作 小组分工明确，能够积极交流，表达观点和提出质疑（10 分）
学习过程中，相互帮助，有小组合作意识（10 分）
任务情况 正确填写任务一的问题和流程图（20 分）
能够编写、调试和优化代码程序（20 分）
课堂纪律 课上保持安静、不与他人嬉戏打闹（10 分）
课下保持教室整洁、将椅子、耳机、鼠标键盘复位（10 分）
表 3.跨学科创新能力评价表
评价维度 评价指标 指标内涵 评价方式
创新人格 好奇心 喜欢探究事情发生的原因，对不了解的事物感兴趣 自评
想象力 善于思考，能够理出标新立异的想法 自评、小组评价
创新思维 发散思维 冲破传统思想、观念、理论、方法的束缚，同中求异、多向播射、正向求反 拓展延伸任务小组汇报、小组评价、教师评价
逻辑思维 对事物形成完整认识，能够对跨学科问题进行分析综合、抽象概括、判断推理 拓展延伸任务小组汇报总结
创新学习 自主学习 根据自身兴趣或需求，有计划地学习不同学科的新知识并进行总结反思 自评
知识迁移 在掌握跨学科概念及创新方法的基础上，融会贯通各学科知识，形成整体知识结构并能迁移应用于不同情境 分层任务评价
创新技能 问题提出 在复杂情境下，能够发现问题并清晰地表述问题 自评、小组评价
问题解决 对于复杂问题，能够冷静分析、妥善规划、运用跨学科知识与方法解决问题 拓展延伸任务小组汇报总结
创新成果 艺术性 作品造型美观，比例协调，具有观赏性 作业评价
新颖性 作品在外观、材料、结构、功能等方面具有新颖性
过程性 作品在制作过程中综合运用了多种学科的知识与方法
价值性 作品能够解决生活与学习中的实际问题，或为解决未来跨学科难题提供思路及启发

展开更多......

收起↑