小學階段人工智能校本課程的開發與實施

王欣

人工智能教育正呈現出蓬勃發展之勢，如何讓生活中的人工智能步入課堂，如何讓學生對人工智能深度理解與實踐而不再停留于淺層認識，，還需要不斷探索突破。下面，筆者將簡述所在學校人工智能校本課程開發與實施路徑，并以自己設計的《智能結算》一課為例，梳理總結經驗策略。

● 小學階段人工智能校本課程開發策略

2019年，筆者所在學校開始開發小學人工智能校本課程，以期讓身邊的人工智能技術走近學生，讓學生對人工智能技術有所了解，并可以用人工智能技術進行仿真與建模。

1.教材方向選取與課時保障

在開發人工智能教材時，注重從突破原理性知識、仿真建模等方向著手，將學生身邊可以接觸到的掃碼智能結算、智能聲控燈、AR體感游戲、視頻偵測、文字朗讀等人工智能技術納入課程開發內容。在設計人工智能程序時，教學目標不再停留在對人工智能技術的淺層認識，而是深入學習人工智能的工作原理，理解算法，再通過圖形化編程平臺設計出人工智能程序。

在研究過程中，筆者發現，目前全國專門開設人工智能課程的學校較少，多數學校以社團的形式或者利用較少的信息技術課時傳授人工智能知識。因受課時限制，人工智能教學的普及率較低，同時又因場地受限，理論知識多于實踐活動。為確保人工智能課程的有效實施，保障教學課時，筆者所在學校從地方課程校本化角度出發，將人工智能校本課程開發與粵教版信息技術課程融合，把地方課程教學目標與人工智能培養目標結合起來，為人工智能教學的有效實施提供保障路徑。這樣，通過每周一次的信息技術課，就可以對學生進行常態化的人工智能思維與能力培養。

2.創建人工智能學習環境

（1）課堂內環境建設。人工智能課堂建設一般包含教學資源、軟件平臺、機器人拼裝套件等。教學資源由學校人工智能團隊教師結合校本教材進行開發，目前已建立了8課時的教學資源庫;因為面向小學生，軟件平臺選擇圖形化編程軟件。經過篩選對比，選擇了有人臉識別、二維碼識別、語音識別、AR等人工智能模塊的某貓平臺進行教學。學生可以通過相關內容的學習，仿真建模人工智能程序，同時，還配套了機器人硬件，以體驗為主，讓學生體驗與專家系統對話的過程，還可以通過修改程序，給機器人增加技能。這些準備，為課堂教學提供了豐富的教學資源。

（2）課堂外環境建設。人工智能思維培養不能局限在課堂空間，更應該走入學生的生活，因此在校園建設上，加入了大量的人工智能應用，為學生創設更多元的人工智能學習環境。例如，在教室門口、功能室設置了電子班牌、人臉門禁系統，讓學生常態化體驗人臉識別技術;在教室安裝溫度、濕度傳感器，自動感應調節教室溫度;同時，搭建智慧物聯平臺，師生可以通過平臺遠程控制空調、燈光、窗簾等設施，讓教室變得智慧起來。接下來，還將在校園內建設智慧圖書亭，通過平臺，學生可以隨時了解自己的借書情況，學校也能掌握圖書借閱的數據，為評出學校的閱讀之星及最受學生喜歡的圖書提供數據支持。為學生營造全方位的人工智能技術應用，也會在潛移默化中，給學生帶來知識與情感的內化體驗。

● 基于圖形化編程的人工智能校本課程設計

在查閱目前市面上出版的人工智能教材后，筆者發現，課程多以體驗、理論為主，少有較為系統的人工智能編程課程。同時，如何將地方課程校本化，以保障教學課時，是需要集中解決的問題。通過研究粵教版信息技術教材發現，第三冊（上）教材內容是用軟件學習圖形化編程，更容易與人工智能技術融合。因此，筆者所在學校研究團隊用圖形化編程軟件模仿人工智能技術的工作原理，找到了問題解決的突破口，從而實現地方課程校本化的目的。

1.選定合適的圖形化編程平臺

確定了課程開發的內容，就要選擇合適的圖形化編程平臺。這個平臺，應該具有動作、外觀、事件、控制、偵測、數字與邏輯運算等基本模塊，還應有人臉識別、語音識別等人工智能模塊。結合實際，通過反復對比斟酌，筆者所在學校研究團隊選用某貓軟件為校本課程實踐平臺。

2.課程內容融合設計

在設計課程內容前，先調查了解學生能接觸到的人工智能技術。通過調查發現，學生對二維碼圖像識別、人臉識別、聲控開關、AR體驗游戲等有所了解，所以筆者將這些技術融入到課程中來。通過對學生認知能力與知識建構解析，設計了人工智能五年級上冊校本課程。具體課程目錄如下表所示。

● 《智能結算》教學設計

下面，筆者以《智能結算》一課為例展示課程設計思路。本課帶著學生分析智能結算系統的工作原理，用圖形化編程平臺編寫仿真的智能結算程序，再以小組為單位做職業體驗，體驗超市結算系統。

1.了解智能結算系統原理

智能結算對五年級的學生來說并不陌生，因為學生早就習慣不用紙幣而是用手機“掃一掃”的支付形式購買物品。隨著技術的發展，超市、商場、快餐店里的服務人員在不斷減少，取而代之的是一臺智能結算設備。只要讓智能結算設備掃一下購買物品的二維碼或條形碼，即可在屏幕上顯示出商品單價，點擊結算按鈕后，總價被計算出來即可通過手機進行支付。因此，在課堂設計之初，要先帶著學生理清智能結算程序的設計流程圖。

2.建立商品信息庫

超市的物品要賣出，需要先將物品上架，即把商品信息輸入到一個信息庫中。信息庫里都應該包含商品的哪些信息？通過學生討論思考，明確商品名稱與商品價格是關鍵信息，必不可少。如何給商品建立信息庫呢？這里將用到圖形化編程的模塊類的“列表”，用其來儲存商品信息，如下頁圖1所示。

3.制作商品二維碼

本次編程設計涉及二維碼的概念。什么是二維碼？怎么制作二維碼？機器又是如何識別二維碼的呢？因此，本課設計了人物“安安”與AI博士的對話，從而引出二維碼的概念。同時，在“不同‘視界”環節，為學生提供了制作二維碼的簡單方式，如下頁圖2所示。在學生學會操作后，請其制作出超市商品的二維碼清單，并將商品二維碼貼到對應商品上。

4.編寫掃碼結算程序

前面已經建立了兩個列表，分別顯示商品的名稱和價格。如果要計算購買的商品總價，還需要模塊的另一個成員“變量”來幫忙。什么是變量？變量是指沒有固定的值，是可以改變的數。下面設計增加“和”變量用來記錄實時變化的商品總價的程序，如圖3所示。

增加變量后，可搭建掃碼結算程序。當開啟攝像頭掃描二維碼時進行條件判斷，如果二維碼掃描結果等于商品編號1，則將商品庫里的第1項顯示到“結算列表”中，以此類推。當按結算按鈕時，則計算“結算列表”中商品的價格之和，以得出最后的結算總價。

5.模擬體驗無人結算程序

編寫好程序，還需要測試檢驗。筆者將學生分為多個小組，以小組為單位，請小組展示設計的無人超市結算系統，其他同學模擬體驗，并反饋自己的使用感受，以使設計者不斷優化程序。

至此，本課內容設計結束。本課涉及人工智能技術中的圖像識別技術，即識別二維碼圖像。希望學生對生活中常用的二維碼有進一步的認識，能運用列表、變量、AI模塊編寫出智能結算程序，通過這一過程，培養學生的綜合實踐能力與創新思維。

● 結語

在小學階段培養學生的計算思維、設計思維、交互思維等素養，開發和實踐人工智能、信息技術課程可以說最直接有效的培養路徑。目前，我國人工智能課程仍處于初級發展階段，在開設人工智能課程時，還需要解決學什么、如何教、如何評價等問題。