在小學如何有效地分階段實施人工智能校本課程

黃桂平

【摘要】在小學信息技術課程中融合人工智能教學，能全面促進提升學生的信息技術素養。本文就如何通過游戲化教學內容，讓學生受到人工智能的啟發;如何引導學生在日常生活中體驗人工智能產品，進而更深層次地利用編程解決學習和生活中的問題，培養學生的計算思維和創新思維等進行闡述。在小學分階段，開設人工智能課程，可以提升學生的人工智能認知、思維及能力，使學生適應科技的發展，迎接未來的生活。

【關鍵詞】小學;人工智能課程;分階段

隨著信息科技的迅速發展，人工智能技術一直處于科技發展的前沿陣地，2018年1月，教育部印發了《教育信息化2.0行動計劃》，強調通過大數據的收集和分析，把人工智能融合到日常課堂的教學中。

一、小學開展人工智能教育研究的現狀和需求

現階段，人工智能教育課程對小學生的最大作用不是讓學生學會編程，成為一名程序設計師，編寫更高層次的程序，而是通過人工智能編程教學發展學生的邏輯計算能力。開展人工智能教育的形式有：國家課程及以“機器人教育”“創客教育”“STEM教育”“人工智能教育”等命名的校本課程和校內教育活動，各類與信息技術教育相關的科技創新競賽活動，相關教育部門開展的編程、機器人、創客、STEM、無人機及人工智能等主題教育活動。這些課程多數沒有分階段和針對性地進行實施。所以，在小學精準地分階段實施人工智能教育已成為亟需解決的問題。

二、小學階段開展人工智能的有效實施方法

為了更好地銜接初中和高中的人工智能教學，在小學階段應引入人工智能。最理想的課程是根據不同階段的學生，分階段地進行編程實踐教學。具體如下：

（一）小學人工智能教學初入門階段，教師要夯實學生的基礎知識，把教學內容通過游戲化調動學生的學習積極性，激發學生的學習興趣，從而對學生進行人工智能啟蒙教育。小學人工智能教學初入門階段主要是以游戲為主，讓小學生開始學習編程，其目的不是讓學生去學習編程的強大語言程序，而是開發學生的計算思維能力。因此，小學生低年級的編程課程是以編程思維為主導的游戲化學習。

案例如下：筆者在教學人工智能中《打磚塊》的教學時，以當前最關注的新冠肺炎疫情為主題，把磚塊換成新冠病毒的樣式，彈珠球換成新冠疫苗的樣式，擋板換成醫生的樣式，從而展開一場沒有銷煙的“抗疫拯救”課程，把抗疫戰勝病毒的任務落到每位學生的身上，利用一句“我們要努力學習，誓要成為‘抗疫小戰士’”向醫護人員致敬，這樣簡單的一句話把學生的愛國熱情激發了。

同時，在編程課教學中融入測控板的應用，使學生能在直觀的硬件操作中感受到編程的魅力。此外，還有生動有趣的《吹牛大王》《貓和老鼠》《冰火人游戲》《宇宙大戰升級版》等多個課程。

（二）小學人工智能教學升華階段要讓每個學生學會使用智能工具，體驗學習生活中的人工智能產品。在教學升華階段，要讓學生利用簡單的圖形化編程完成相關的人工智能創造活動，也可以通過改變某些參數完成人工智能作品。在這個教學過程中，教師應巧妙設問，引導學生步步為營、環環相扣地思考如何設計才能達到預期效果。

案例如下：

1.利用語言識別模塊實現人機對話。首先設置好“識別語音條”和“反饋語文本”，快速實現人機對話效果。通過語音識別模塊軟件，進行參數設置編寫。

2.利用人機對話，智能化播放你說要聽的MP3歌曲。

3.利用人機對話，讓學生設計編程任務“聽話的燈”。

語音模塊當聽到你喚醒它：

教師（學生）：“小工小工！

語言模塊：我在呢！

教師（學生）：幫我把燈打開！”

語言模塊：好的！燈已經打開。

對應的電燈就馬上亮了，機器同時語音輸出，當聽到語音“小工小工！關燈！”，燈馬上就滅了。機器同時語音輸出：“好的，燈已經關掉了。”此外，還可以用此方法推廣到控制啟動電動窗簾、電飯鍋、開風扇、開電視等家用電器，讓學生親身經歷，這比教師的言傳效果更好。

（三）小學人工智能教學精英階段要開展更深層次的編程教學，學習用編程解決實際問題，培養計算思維、創新思維等信息素養。小學精英階段的人工智能教學應該指導學生通過使用語音識別、圖像識別、APP應用等進行頭腦風暴，學習人工智能的具體應用進行創作性學習。

案例如下：筆者拋出這樣一個問題——垃圾分類問題是現代社會目前的一大難題。如何解決呢？然后讓學生自己思考處理的方法，學生的各種設計、處理方法不斷地涌現出來。

在編程教學時，讓學生以自我解決問題為主導，結合編程軟件、手上的主板、各大種傳感器、步進電機等，進行自主構思、創作、修改，并結合語音識別、圖像識別、APP應用等完成《校園智能垃圾分類桶》作品。作品分為圖像識別的微電腦、利用步進電機、滑輪、軌道、舵機、弗蘭板等制作出的待分類工作臺，你把手中的垃圾放在“待分類盒”上，微電腦的圖像識別就會自動識別垃圾的種類，并通過滑輪和軌道，自動移動到對應的垃圾桶前面，自動打開工作臺，垃圾自動掉進垃圾桶。這個機器集自動識別、精準自動投放到對應分類的垃圾桶里等功能，讓不會分類的人們都可以精準分類垃圾。根據統計，這樣的投放準確率達到95.6%或以上。

此外，也可以結合人工智能M6語音識別模塊實現人機對話，機器會根據你說的垃圾名稱，告訴你應該投到哪個垃圾桶里面去。例如，很多低年級學生知道那個垃圾叫什么名稱，但走到垃圾桶那里就不知道投到哪個垃圾桶里。在這樣的情況下，就可以問機器。

情景如下：

教師（學生）：大管家！

語言模塊：我在呢！

教師（學生）：我手上的垃圾是舊電池？

語言模塊：你好！請投到有害垃圾桶里面去，謝謝！

教師（學生）：我手上的垃圾是可樂罐？

語言模塊：你好！請投到可回收垃圾桶里面去，謝謝！

……

三、結語

在小學教學階段，應根據不同年齡階段開展相應的人工智能課程，合理安排課程內容，根據學生認知能力、知識掌握水平等綜合因素設計各階段的課程內容。當前，小學人工智能課程設計和教學工作實踐都還處于探索發展階段，尚有許多研究問題待解決，期待通過更多的課程實踐總結出一套完整且具有指導性的課程，以幫助學生更好地適應未來生活，提高教育現代化水平。

參考文獻：

[1]教育部.教育部關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html，2017-04-18.

[2]王振強.中小學人工智能教育現狀問題與思考[J].中國現代教育裝備，2019（22）：1-5.

責任編輯? 胡春華