小學(xué)信息技術(shù)人工智能課堂實(shí)踐

季菲

摘要：信息技術(shù)飛速發(fā)展，人工智能開始進(jìn)入中小學(xué)課程中。本文以“手寫數(shù)字識別”為例，通過寓教于樂的小作品，對小學(xué)信息技術(shù)課堂的人工智能啟蒙教育進(jìn)行探究，以激發(fā)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：人工智能課堂;機(jī)器學(xué)習(xí);kittenblock;手寫數(shù)字識別

中圖分類號：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?論文編號：1674-2117（2021）07-0053-02

人工智能在小學(xué)信息技術(shù)課堂中的開展方法

1.化難為易

北京航空航天大學(xué)副教授秦曾昌認(rèn)為，中小學(xué)AI教育的目的首先是讓學(xué)生會使用一些AI的應(yīng)用模塊。要做到深入淺出，由易到難，利用學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的知識和熟練使用的軟件，從熟悉感中拉近與人工智能的關(guān)系，讓學(xué)生有成就感，能在學(xué)習(xí)中融會貫通，逐步形成相關(guān)知識的架構(gòu)，最終達(dá)到舉一反三的效果。

2.化碎為整

人工智能中涵蓋的學(xué)習(xí)內(nèi)容較多，教師應(yīng)在教學(xué)前，設(shè)計相應(yīng)的知識結(jié)構(gòu)，可以先將相關(guān)程序控件以流程圖的形式展示給學(xué)生，再一步一步實(shí)現(xiàn)最終的目標(biāo)，讓學(xué)生預(yù)先知曉自己所做的是什么動作，并在過程中逐步領(lǐng)會各個流程之間的關(guān)系，形成對問題解答的知識結(jié)構(gòu)體系。

3.化寫為示

教師在教學(xué)時可以弱化復(fù)雜的理論概念，讓學(xué)生通過現(xiàn)實(shí)生活情境初步了解什么是人工智能，什么是機(jī)器學(xué)習(xí)。鼓勵學(xué)生多想、多說、多演，鼓勵學(xué)生編寫腳本，理解其中的涵義，并能通過自我意識加以生活化，從而深入理解程序的意圖。

機(jī)器學(xué)習(xí)“手寫數(shù)字識別”的設(shè)計框架

下面，筆者以“手寫數(shù)字識別”為例，談?wù)勅绾卧谛W(xué)信息技術(shù)課堂中開展人工智能教育。

1.課前激趣

通過展示人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)的例子（形色—識別花草圖片），引入人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)的概念。

2.教學(xué)鋪墊

課前，為了讓學(xué)生能更直觀地理解機(jī)器學(xué)習(xí)的原理，筆者節(jié)選了MobileNet識別物體和MNIST手寫數(shù)字識別這兩個方案來進(jìn)行初步的機(jī)器學(xué)習(xí)原理的教授。

教師用MobileNet識別物體讓學(xué)生認(rèn)識機(jī)器學(xué)習(xí)，給學(xué)生一個示例程序，讓學(xué)生先試用程序看能識別出哪些動物。

MNIST手寫數(shù)字識別就是將帶有手寫數(shù)字的圖片輸入到已經(jīng)訓(xùn)練過的機(jī)器中，且機(jī)器能夠很快識別圖片中的手寫數(shù)字，并將結(jié)果打印出來。MNIST是一個包含數(shù)字0～9的手寫體圖片數(shù)據(jù)集，圖片已歸一化為以手寫數(shù)字為中心的28×28規(guī)格的圖片。MNIST由訓(xùn)練集與測試集兩個部分組成，訓(xùn)練集有60000個手寫體圖片及對應(yīng)標(biāo)簽，測試集有10000個手寫體圖片及對應(yīng)標(biāo)簽。

3.驗證程序

要求學(xué)生利用Kittenblock（Kittenblock支持arduino、Microbit、MicroPython，利用kittenblock平臺，設(shè)計貼近小學(xué)生生活的學(xué)習(xí)目標(biāo)，可以更加簡單、快速地讓小學(xué)生了解人工智能）制作手寫筆來驗證識別程序是否成功。首先，將識別的數(shù)據(jù)庫以及相關(guān)程序直接給學(xué)生，讓學(xué)生獨(dú)立制作一款手寫數(shù)字的小軟件，然后將驗證的環(huán)節(jié)交給程序自動完成。

①導(dǎo)入畫筆（如圖1）。

②增加角色作為畫筆，拖入代碼。

③角色任意，這里以圓球為例，記得把球隱藏起來，隱藏按鍵如圖2中的畫框所示（如果不隱藏，會影響寫字的效果）。

④積木塊代碼，如圖3所示。（顏色為白色，數(shù)字盡量寫大一些，或者把畫筆加粗）

4.反饋完善

經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對這個小程序已經(jīng)有了一定的了解，但是在測試過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)對于手寫數(shù)字的識別，錯誤率較高，于是對此展開了討論。教師引導(dǎo)學(xué)生從程序中的模型數(shù)據(jù)著手，結(jié)合前面的示例思考是如何識別圖片的，明確需要通過增加模型的數(shù)量（如圖4）、使用正確的程序、計算機(jī)的高配置，才能提高識別的正確率，最終讓學(xué)生思考出機(jī)器學(xué)習(xí)的三要素：數(shù)據(jù)、算法、算力。

5.拓展暢想

最后，利用視頻案例進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)，讓學(xué)生暢想未來，使其對人工智能的強(qiáng)大功能有更加深刻的認(rèn)識，為日后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

人工智能進(jìn)課堂的展望

中小學(xué)階段人工智能課程的開設(shè)，是新時代發(fā)展的必然選擇，但也要理性對待人工智能教育，不盲目跟風(fēng)，不急于求成。要想讓人工智能更好地進(jìn)入小學(xué)的基礎(chǔ)課程中，必須結(jié)合可視化編程，通過簡單易懂的模塊學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓小學(xué)生更好地理解人工智能的相關(guān)內(nèi)容，使人工智能逐漸從小眾教育變?yōu)橥ㄗR教育，從精英教育變?yōu)槠栈萁逃?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]江岸區(qū)科協(xié)，江岸區(qū)教育局.關(guān)于中小學(xué)人工智能教育的思考[J].科協(xié)論壇，2018（08）：29-31.

[2]張愷天.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的文字識別方法[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（21）：237.

[3]王本陸，千京龍，盧億雷，等.簡論中小學(xué)人工智能課程的建構(gòu)[J].教育研究與實(shí)驗，2018（04）：37-43.

本文系常州市優(yōu)秀教師城鄉(xiāng)牽手行動項目成果。