小學信息技術課程滲透人工智能教育的探索與實施

焦振洲 于曉雅

【摘 要】人工智能教育勢在必行，對小學生而言，在啟蒙課程中，將人工智能按照核心概念或者模塊進行劃分，以滲透的方式融合進“知識、技能、思維、視野”的實施途徑，有利于在感性的課程中理解人工智能的技術和倫理。本文嘗試在漢字輸入課程中，滲透人機交互的概念，通過智能輸入引導小學生對人工智能的認識和思考。

【關鍵詞】人工智能課程;小學信息技術

【中圖分類號】G434 ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2021）05-049-03

小學階段的人工智能教育在課標、課程、師資等方面都有所欠缺，短板非常明顯。小學階段開展人工智能教學，要解決“講什么？標準是什么？怎么講？”等問題。是否可以將人工智能與現有小學信息技術學科課程相滲透，在小學階段走一條培養學生核心素養、幫助學生建立信息技術學科大概念的道路呢？

通過理論與文獻確定研究思路

對“人工智能教育與小學課程相結合的問題”進行文獻研究，梳理出研究的理論依據和研究現狀，為后續研究確定思路。

（1）理論依據。根據皮亞杰認知發展理論，小學階段屬于具體運算階段，小學生的思維特點是具有守恒性、自我中心性和可逆性，該時期心理操作著眼于抽象概念、運算性（邏輯性），但思維活動需要具體內容的支持。簡而言之，學生可以進行思維活動，但是需要具體內容進行支撐，純符號、純理論的學習困難。

（2）研究現狀。通過“知網”進行文獻研究，發現人工智能及其教育呈現出如下特點：學科高度交叉，綜合性強;前沿技術變化快，日新月異;理解現象容易，系統學習難;激發興趣容易，深入探究難;嘗試體驗容易，評價技術影響難。

（3）研究思路。一是立足現有課程。在地方性（或者校本性）信息技術教材的基礎上，從“知識、技能、思維、視野”四個方面構建現有課程與人工智能教育的聯系，擴展延伸人工智能前沿知識與內容，從而實現現有信息技術課程滲透人工智能教育的目的。這里的“知識”是指計算機和人工智能的基礎知識;“技能”是指計算機和人工智能應用的基本技能;“思維”是指利用計算機和人工智能解決實際問題的思維;“視野”是指計算機和人工智能的前沿視野與未來視野。

二是整合課程內容。對擴展以后的信息技術課程和人工智能教育進行整合處理，整合方法是把具有“內容相近、工具性明顯、實踐性強”三大特點的教學內容，以項目制學習的形式整合到一起。如可以把有關Word的信息技術課程內容完全融合到項目制學習中，變成編寫項目計劃、設計項目工具、撰寫項目報告等實際工作，使Word成為項目制學習中的一種工具，進而成為學生的信息意識、數字化學習和創新能力。

三是以高中課標為引領，設計項目制學習。項目制學習的設計思路是通過學習知識、體驗技能、訓練思維、開闊視野和實踐活動等五個環節，使小學生保持對人工智能的興趣，建立信息技術學科核心概念，培養學生核心素養。設計項目時還要結合本地區或者學校的學情和條件，將普通高中課標作為引領，確定正確的培養方向和設計恰當的知識難度。

“輸入與人工智能”教學設計

1.教學內容

依托北京版信息技術教材第一冊第二單元“輸入小能手”單元，以“鍵盤輸入”技能為起點，拓展“手寫輸入、語音輸入、文字識別、圖形識別、指紋識別、人臉識別”等人工智能輸入體驗，補充“馬斯克腦機接口”等前沿知識，開闊學生視野，最后引導學生開展“未來物品設計”的實踐活動。教學內容參考了普通高中“選擇性必修模塊4：人工智能初步”的知識，實踐活動方面可以整合繪圖軟件或者圖形處理軟件的學習，如北京版信息技術教材第三冊第一單元“圖形圖像處理”或者第一冊第三單元“計算機小畫家”。

2.課例整體設計

采用項目式學習，共分三個階段。

（1）第一階段，通過“鍵盤輸入”和“人工智能輸入”之間強烈的“認知沖突”讓學生反思鍵盤輸入與人工智能輸入之間的關系，需要1個課時。

設計意圖：提高學生對人工智能的興趣，初步理解人工智能對信息技術發展的意義，促進學生積極關注人工智能的發展，主動探索人工智能的新產品、發展人工智能的新想法，此目的屬于信息意識的范疇;通過人工智能輸入體驗、馬斯克腦機接口技術的討論讓學生體會信息社會責任，幫助學生初步感受人工智能技術，樹立人工智能觀念。

（2）第二階段，以任務驅動、問題導向為策略，開展“未來物品設計”實踐活動，共需要3個課時。

暢想科幻物品（1課時）。圍繞“人機接口和產生的神奇效果”，組織學生大膽想象一個科幻物品，用語言將自己的想法告訴所有同學，隱含任務“選擇恰當的輸入方式記錄自己的想法和討論過程，為進一步設計物品做準備”。

設計意圖：通過實際學習過程體驗現有人工智能輸入方法，鍛煉數字化學習能力，暢想未來物品的“人機接口”形式，提升學生對于人工智能的興趣;培養學生有意識地根據解決問題的需要，自覺、主動地尋求恰當的方式獲取與處理信息的信息意識;通過實際應用，讓學生了解人工智能的新發展、新應用，并運用在學習和生活中，培養學生數字化學習與創新素養。

設計科幻物品（2課時）。依據上一課時的學習成果，按照一定的規范，繪制科幻物品的設計圖紙。

設計意圖：將自己的想法轉化成實際成果，體驗應用信息技術進行創作的過程，同時整理設計思路，體會掃描儀、鼠標作圖、手繪板、打印機等輸入輸出方式。

（3）第三階段，“我眼中的未來——科幻物品設計展”，需要2課時。

“輸入與人工智能”第一課時教學實踐

（1）理論依據：根據奧蘇貝爾“有意義學習”理論，遵循“輸入”與“人機交互”之間實質性的聯系，完成學生原有認知結構中“輸入”概念的同化過程，使之形成“人機交互”的概念，實現提升學生人工智能興趣，持續培養學生信息意識、數字化學習與創新兩項素養，初步塑造學生信息系統、信息社會兩個大概念的教學目標。

（2）學情分析：授課年級為小學六年級。這一階段的學生經過多年的信息技術學科學習，已經具備了一定的計算機操作基礎，對于“輸入、輸入設備”等基本概念已經掌握，并在生活中對于“語音輸入、圖形圖像識別、自動翻譯、人臉識別”等人工智能應用有了一定的體驗和認識，且具有一定的判斷能力和信息技術創造能力。但并未形成真正的能力和素養，都需要引導和訓練。

（3）教學目標：通過體驗可以對“鍵盤輸入”與“手寫輸入、語音輸入、文字識別、圖形識別、傳感器輸入、馬斯克腦機接口輸入”進行對比與評價，對“輸入”的發展建立一定的認識;能夠舉例說出“輸入”的概念、區分常見的“輸入”與“輸出”;能夠用自己的語言說出“人機交互”對于人工智能的作用;對人工智能充滿興趣，發揮自己的想象力進行“科幻物品設計”，思考未來信息技術的發展趨勢、暢想未來社會的信息化特征，在創作的過程中能夠發揮自己的所學，自覺、自主地選取技術工具完成任務。教學重點是現有人工智能輸入方式的體驗以及學生的評價。教學難點是在理解“人機交互”作用的前提下進行“科幻物品設計”。

（4）教學環境：計算機網絡教室;帶有圖像識別、文字識別、自動翻譯等功能的智能終端。

（5）教學過程：組織學生進行錄入考核，錄入內容“50字英文+50字中文”，3分鐘完成為合格，對比鍵盤、語音和手寫輸入速度。

設計意圖：根據學生能力設置較難完成的任務，為后續引發學生的認知沖突做好鋪墊。

教師盲目的評價“輸入快的學生家里一定有鍵盤，日常總用鍵盤”引發討論和認知沖突。從而引出日常的手寫輸入、語音輸入、掃碼等。組織學生通過手機體驗手寫輸入、語音輸入、文字識別、自動翻譯、圖像識別、人臉識別等。

以問題鏈的形式組織學生討論理解概念：舉例說明什么是輸入，判斷“顯示器、打印機、手機屏幕文字顯示是否是輸入”;舉例介紹你最喜歡哪種輸入方式，為什么;舉例判斷“鍵盤輸入過時了，應該淘汰;猜一猜最先進的輸入是什么”。以此引出前沿的科技內容。

教師將相關新技術資料介紹給學生，講解該技術應用的好處，提問學生對于該項技術的看法，和學生一起分析該項技術的隱患，最終提出“我們學習人工智能、開發人工智能的目的是什么”。引導學生的價值方向為：研究和開發人工智能是為了更好地解決人類遇到的問題;我們學習人工智能是為了以后更好地開發、掌握、控制人工智能，更好地讓它為人類服務。布置“未來物品設計”實踐活動。

本課例是從“知識、技能、思維、視野”等方面開展小學人工智能教育的典型實例，是普通高中信息技術課標引領下信息技術學科素養在小學階段實施的一種嘗試。本課例具有普遍適用性，教學內容能在大部分小學開展，且做到了人工智能與小學信息技術課程的結合。

基金項目：本文系中國教育學會教育科研課題“中小學人工智能教學活動設計和實施課例研究”（課題編號：201900302301A）階段性研究成果

參考文獻

張婷婷. 人工智能在小學信息技術課中的應用[J]. 電腦編程技巧與維護，2020（5）.

龔超. 中小學人工智能教育的“五心”理念[J]. 課程教學研究，2020（5）.

李哲，李娟，李章杰，曾丹. 日本人工智能戰略及人才培養模式研究[J]. 現代教育技術，2019，29（12）.

李婷. 小學階段開展人工智能課程的策略探討[J]. 中小學信息技術教育，2019（Z2）.

何莉娜. 例談小學人工智能課程的有效開展[J].新課程研究，2019（28）.

作者單位：北京市昌平區馬池口中心小學 ?北京教育學院