人工智能教育居家分層教學實踐與探索

鄭續(xù)玲

在小學階段，人工智能教育的首要目標是讓學生充分體驗人工智能，了解人工智能在生活中的應用，激發(fā)學生學習、探索人工智能的興趣。因此，不必給人工智能基礎教育設置過高的技術門檻。在新冠疫情期間，筆者一直在研究和實踐如何利用云平臺普及人工智能編程專項教育，但進入后疫情時代，筆者有了以下困惑：隨著新生的加入，如何設置分層系列課程，讓不同基礎的學生都有收獲？如何跨學科整合、開發(fā)STEM基礎課程，提升學生的多學科綜合學習能力和計算思維能力？如何針對居家條件設計人工智能專項課程，提升學生人工智能編程素養(yǎng)？針對以上三個問題，筆者又進行了研究和實踐。

● 分層設計，梯度學習

為了讓學生適應未來的人工智能時代，具備一定的人工智能編程和設計能力，筆者根據(jù)學生的學科知識基礎和年齡認知規(guī)律，將課程分為基礎知識、跨學科STEM學習、人工智能專項三個層次，分層開展課程的開發(fā)、學習和評價。其中，基礎知識是編程入門知識，涉及編程各類積木的用法、編程三種結構等。跨學科整合則是將編程與語文、數(shù)學、英語、科學等學科整合，讓學生用編程解決學科問題，形成跨學科學習能力。人工智能專項學習是以各種體驗為切入點去梳理一條知識演繹的線索，讓學生理解人工智能的概念，通過編寫人工智能程序，體驗人工智能工作過程，提升人工智能編程能力。這樣的設計，可有效地讓學生掌握人工智能編程基礎知識，鍛煉學生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。

● 學科整合，創(chuàng)新體驗

在學生學完基礎課程后，筆者適時地選取各學科特有的思維訓練點為切入點，設計有探究意義的課程，讓學生主動探究體驗，產(chǎn)生成功的樂趣。

（1）編程游戲與學科訓練有機融合。例如，從數(shù)學計算的角度出發(fā)，結合學生喜歡玩的游戲“植物大戰(zhàn)僵尸”，筆者設計了植物大戰(zhàn)僵尸口算練習程序。面對紛至沓來的數(shù)字僵尸，學生通過數(shù)字運算規(guī)律不斷消滅僵尸，優(yōu)勝劣汰，情緒高漲，調(diào)動了口算熱情，達到了很好的學習效果。

（2）動漫設計與故事情節(jié)巧妙搭配。例如，筆者從語文作文訓練基礎出發(fā)設計了新編寓言故事《狐貍與烏鴉》，學生依據(jù)文本內(nèi)容，設計生動形象的動漫角色，并流暢地展示故事內(nèi)容，這期間，既要考慮動物的出場順序、方式，又要考慮各個角色的停留時間、語言形式，以及畫面色彩、構圖技巧等，事無巨細，需要學生很好地構思、排序、組合，提升了他們的邏輯思維能力。

（3）情境創(chuàng)設與知識鞏固相得益彰。例如，從打字能力的訓練角度出發(fā)，筆者讓學生練習字母訓練小程序。程序情境是讓26個字母隨機從屏幕上方下落，此時及時準確地按下鍵盤對應的字母，屏幕上的對應字母才會消失。這樣的情境讓學生注意力高度集中，并加以協(xié)調(diào)準確的動作，才能順利闖關。

● 智能訓練，深度探究

為了引領學生主動探究、深度思考，筆者還從學生的興趣點、關注點、思維點出發(fā)，設計開發(fā)了人工智能深度課程。下頁圖1是15個課時、5個小任務的“人工智能體驗+創(chuàng)新”的深度學習課程分解圖。

1.興趣點

石頭剪刀布游戲是最簡單的居家游戲，如何人機一起玩這個游戲呢？根據(jù)學生的興趣點，筆者設計了“智能識別之石頭剪刀布”游戲，這里涉及人工智能的圖像識別，筆者用到了國外IBM網(wǎng)站的少兒機器學習功能。按下鍵盤的“P”鍵，即可以打開攝像頭，隨機拍攝一張照片，剪刀、石頭還是布？圖2是“智能識別之石頭剪刀布”任務分解圖和知識圖譜。

2.關注點

新冠疫情下，為何居家學習是學生關注的熱點，因此，筆者緊抓學生的關注點，開發(fā)了“模擬新冠肺炎感染程序”。圖3是“新冠肺炎模擬感染程序”任務分解圖和知識圖譜，對學生理解為何新冠疫情期間要居家隔離、出門戴好口罩、避免人群聚集起到了促進作用。

3.思維點

居家遠程醫(yī)療是學生學習的思維點，筆者設計了智能診斷糖尿病程序，賦予學生要設計智能診斷程序的思維意識，讓未來居家遠程醫(yī)療成為可能。“智能診斷糖尿病”任務分解圖和知識圖譜如圖4所示。

● 創(chuàng)新點

1.構建計算思維訓練模式

如何引導學生的編程思路？當學生遇到困難時，筆者利用動畫直觀演示解決問題的過程，通過形象化的演示，引領學生提升計算思維能力，讓學生形成解決問題的固定計算思維模式：問題抽象化描述→形式化表達→構造方法和公式→編程自動化解決。

2.探索居家人工智能訓練模式

小學生居家沒有任何可以用的開源硬件條件，所以先開發(fā)適合小學生居家體驗的相關課程，是筆者考慮并實踐的起點，本方案通過從人工智能的小而精的程序中梳理一條知識演繹的線索，讓學生理解人工智能的概念，通過編寫人工智能程序，體驗人工智能工作過程，提升人工智能編程能力。