中小學人工智能教育課程探究

摘 要：隨著我國科技的不斷發(fā)展，人工智能已經(jīng)逐漸成為增強國際競爭力的重要戰(zhàn)略。人工智能已經(jīng)逐漸被應(yīng)用在各個領(lǐng)域，包括教育領(lǐng)域。在中小學教育中應(yīng)用人工智能具有深遠的意義。目前，教育部發(fā)布的教育規(guī)劃已經(jīng)提出在中小學設(shè)置和開展人工智能課程。人工智能課程的內(nèi)容涉及多學科知識，重點培養(yǎng)學生的實踐能力。各學校要配備充足的硬件設(shè)施和相應(yīng)的教材，同時要建立專業(yè)性較強的師資隊伍，保障中小學人工智能教育課程的順利開展。

關(guān)鍵詞：人工智能;中小學教育;課程研究

中圖分類號：G423? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-9192（2022）02-0007-03

引 言

在科學技術(shù)領(lǐng)域，人工智能取得了較大的發(fā)展，同時也在教育領(lǐng)域發(fā)揮了重要的價值和作用。在教育領(lǐng)域，人工智能產(chǎn)生的影響主要包括兩大方面：一方面是基于人工智能技術(shù)的智慧教育，主要是充分利用人工智能的成果，使其助力教育過程;另一方面是中小學人工智能課程，主要是指引導(dǎo)學生掌握人工智能技術(shù)，使其具備良好的人工智能素養(yǎng)。在具體的課程中，人工智能課程具有交叉學科知識的內(nèi)容，對學生的動手能力有較高的要求，并且在落實的過程中對課程、師資、設(shè)備等方面也有較高要求，需要根據(jù)實際的教學情況不斷地進行完善和改進。

一、人工智能課程概述

人工智能屬于計算機科學，從字面上看是指利用人工方法和技術(shù)，通過模仿來拓展人的智能，使機器變得智能化。該技術(shù)主要研究計算機模擬和延伸人腦功能的內(nèi)容。人工智能技術(shù)不僅影響了人類的生活，還對人類的工作過程和思維模式產(chǎn)生了較大的推動作用[1]。如今，人工智能技術(shù)已經(jīng)作為教育內(nèi)容納入了中小學課程體系中。人工智能課程的主要內(nèi)容是針對人工智能知識的集合學習以及進行與之對應(yīng)的活動，但具體的課程內(nèi)容并沒有局限在編程軟件的學習和使用上，還包括了機器人、模式識別及各種開源硬件等工具的學習。

二、人工智能課程特點

（一）交叉學科知識

在人工智能課程的學習過程中，學生需要在掌握計算機編程相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，對物理、數(shù)學等學科知識擁有一定程度的了解。由此便能看出，人工智能課程是由多學科的知識融會貫通而形成的，這些學科知識相互融合，共同為人工智能課程提供支撐，進而有效推進人工智能課程的開展和落實。

另外，這門課程涉及的知識十分豐富，理論性較強，知識內(nèi)容十分抽象、難懂。因此，學生在學習時需要具備較強的數(shù)學基礎(chǔ)和邏輯能力。其內(nèi)容涉及的其他科目也較多，包括物理、數(shù)學、計算機科學等。因此，編者在編寫教材時，還需要對其他科目的知識內(nèi)容進行考慮和填充，使教材內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)與其他學科的銜接。

（二）重視實踐操作

人工智能課程對學生的實踐能力要求較高。在課程進行的過程中，教師應(yīng)注重讓學生動手實操，使學生能夠在學習過程中將理論知識充分落實。另外，這門課程開展的主要目的是讓學生能夠?qū)⒆约旱南敕ê蛣?chuàng)意實物化，讓學生能夠在學習中提高創(chuàng)新思維和動手能力。

豐富的實踐活動能在一定程度上增強學生在課堂上的體驗感，使他們能夠更積極主動地投入課程學習，逐漸發(fā)現(xiàn)學習人工智能課程的樂趣，并對此產(chǎn)生較大的熱情和動力，進而主動、積極地進行知識的學習和探究。這同時也是人工智能課程獨具的特色。

（三）拓展教學資源

靈活而豐富的教學始終是人工智能課程的教學主旨。綜合能力的培養(yǎng)最重要的就是要引入大量的教學資源。常規(guī)的人工智能課程設(shè)置缺少教學手段和內(nèi)容的變化，教學資源傾向于理論傳授，教學步驟完全按部就班，學生很難得到足夠的拓展空間，對于一些技術(shù)性理論知識的理解也不夠透徹。小學生需要豐富的學習資源來提高自己的技術(shù)能力。資源越多，涉及的范圍越廣泛，學生的思維就會得到更大的拓展。

人工智能教學本是以拓展教學為主，應(yīng)該成為鍛煉學生多方面能力的教學平臺，但目前很多人工智能課堂教學并沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。另外，在人工智能教學過程中，還有一點需要教師注意，那就是怎樣能培養(yǎng)學生的技術(shù)素養(yǎng)，不能僅僅依靠教師的講解進行有限的操作。學生在實際操作過程中可能會遇到很多教材上未曾講過的問題，如果沒有良好的技術(shù)素養(yǎng)，只憑借書本內(nèi)容解決實際問題，那么學生將會遇到很多困難。

三、中小學人工智能教育課程實施的現(xiàn)狀

（一）課程設(shè)置滯后

如今，雖然許多學校已經(jīng)開始編寫人工智能相關(guān)教材，但從總體上看，大部分學校還是難以開展系統(tǒng)的人工智能課程，還依賴信息技術(shù)課程進行人工智能知識的滲透，這樣的人工智能知識具有片面性。同時，學生在學習時也難以將自己的學習重點放在掌握人工智能相關(guān)知識方面。在信息技術(shù)課堂上，學生主要是利用編程語言和軟件進行操作和學習。在學習人工智能相關(guān)知識時，他們很難從虛擬的學習環(huán)境轉(zhuǎn)換到現(xiàn)實的學習過程中。

（二）專業(yè)教師匱乏

作為一門新興的交叉學科，人工智能教育的開展仍然存在許多難以解決的問題。其中，師資力量的匱乏便是明顯的問題。部分教師并沒有經(jīng)歷過系統(tǒng)的培訓，甚至部分教師僅僅是通過自學相關(guān)的知識內(nèi)容而進行教學，并沒有真正了解人工智能。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)主要有兩方面原因。

一方面，各個高校輸出的人工智能專業(yè)人才大多不會進入中小學任教，這也進一步導(dǎo)致人工智能教育方面專業(yè)教師匱乏，成為開展人工智能課程的重大阻礙。另一方面，在中小學階段，教師很難系統(tǒng)地接觸人工智能方面的知識。雖然有一些教師投身于創(chuàng)客教育，對人工智能相關(guān)的知識有一定的了解，但這些教師的掌握還是不夠系統(tǒng)的，僅僅是了解零散的知識，很難迅速成長為這項課程的專業(yè)教師。

（三）硬件設(shè)施不足

當下，部分地區(qū)的教材中已經(jīng)開始涉及機器人項目的學習。例如，燈光閃爍有規(guī)律、聲波測距離障礙等。但對應(yīng)的設(shè)備沒有到位。這一問題在大部分的學校中都出現(xiàn)了，普遍現(xiàn)象是有充足的編程軟件，但與之相匹配的設(shè)備十分缺乏。這就導(dǎo)致學生在學習時只能通過編程對知識進行理解和掌握，無法結(jié)合實物進行實踐體驗，其實踐能力和動手能力難以得到有效提升，也難以實現(xiàn)人工智能教育的目標。當前，人工智能設(shè)備價格昂貴，許多學校引進的設(shè)備數(shù)量不足，在一定程度上降低了普及人工智能課程的可能性。

四、中小學實施人工智能課程的相關(guān)策略

（一）研發(fā)人工智能課程教材

具有指導(dǎo)性的教材是開展人工智能課程的基礎(chǔ)和迫切需求。只有研發(fā)出適合的教材，才能為人工智能教師提供理論依據(jù)。教材的設(shè)計需要遵循人工智能的課程特點，充分體現(xiàn)交叉學科知識，并將一些實踐操作的主題進行詳細具體的闡述。教材開發(fā)既要考慮到學校課程的整體性，也要遵循學生知識學習的整體性。學校要從校本教材開發(fā)過程的整體性出發(fā)，全程確定好目標，配置內(nèi)容，組織實施，改革課堂評價，培訓實驗教師及保障教學條件。

人工智能的教材開發(fā)要通過學生自身經(jīng)歷而實現(xiàn)，所以學校要引導(dǎo)學生聯(lián)系實際，主動調(diào)查，主動實踐，主動查閱文獻，收集資料，提出和探討問題。教材應(yīng)符合學生生活和社會生活的實際，遵從“教材從問題開始，問題來源于生活”的實踐性原則。學校在教材開發(fā)的過程中，要根據(jù)學生的需求、學校以及社會教育資源的實際，確立校本課程開發(fā)的內(nèi)容，不跟風、不盲從，量力而行。

（二）打造“雙師雙聘”教師隊伍

在中小學階段，雖然有一些教師具備計算機專業(yè)基礎(chǔ)，但目前仍然普遍缺乏人工智能的專業(yè)人才。因此，各學校需要通過培養(yǎng)或引進教師資源來增強學校的師資力量。學?？梢詮母咝Ｆ刚埲斯ぶ悄軐＜?，開展人工智能主題講座，為教師提供優(yōu)質(zhì)的人工智能學習環(huán)境，使教師能夠通過講座了解到全面、豐富的人工智能知識，其中包括人工智能的發(fā)展與應(yīng)用、人工智能現(xiàn)狀、機器學習概述、模式識別概述等內(nèi)容。

此外，學校還可以定期進行人工智能專題培訓，內(nèi)容包括機器人培訓、無人機培訓等，讓教師通過實際的操作，逐漸提升實踐意識和動手能力。通過這些活動，中小學教師能夠不斷提升自己，逐漸成長為專業(yè)性較強的中小學人工智能教師。

（三）加強對優(yōu)秀教師隊伍的建設(shè)

人才的培養(yǎng)靠教育，教師也需要不斷學習。只有進行多元化的教師隊伍建設(shè)，才能激發(fā)教師對人工智能教學的工作熱情，并把全部精力投放到對學生的教育中去，促進教學水平的進步。教育環(huán)境的改變是外部保障，而培養(yǎng)教師要從激發(fā)教師的內(nèi)驅(qū)力入手。作為新時代的教師，尊重自己的職業(yè)，理解自己的職責，提升職業(yè)素養(yǎng)是發(fā)展之本。青年教師工作應(yīng)當注重實效，而不是成績，讓學生能夠?qū)W會知識，能用技術(shù)，熱愛和享受學習。

基于此，學校應(yīng)投入更多的時間與精力，結(jié)合人文管理的教學理念，提升教師的專業(yè)素養(yǎng)，努力優(yōu)化教學方案，使人工智能教育能夠與時代的發(fā)展同步，與新時代的發(fā)展思想同步，在不斷的創(chuàng)新中為教學改革做出貢獻。另外，學校還應(yīng)制訂合理的鼓勵性措施，注重對教師的創(chuàng)新鼓勵，充分結(jié)合榮譽評比、評優(yōu)制度，激勵教師積極進行管理工作創(chuàng)新，完成人工智能教師隊伍的優(yōu)化[2]。

（四）加強場館教學資源開發(fā)

未來，科技館、智能技術(shù)館可以帶來真實場景、模擬設(shè)備、音響效果等立體的體驗。利用豐富的教學素材和教學情境把抽象化的書本學習轉(zhuǎn)化成更直接的感官感受，能夠顯著提升學生的學習欲望和教師的教學效果。學習興趣的培養(yǎng)對于學習質(zhì)量的提高有著顯著的促進作用。單純的課堂教學和語言授課很難讓學生充分理解教材上的諸多的公式和定理。場館課程將為學生創(chuàng)造一個真實的、立體的授課環(huán)境，加強學生多方位的感官感受。學生在模擬的教學情境中可以更容易融入人工智能的學習內(nèi)容，接受教師的指導(dǎo)并完成探究性學習，還能強化對人工智能知識的理解程度，加深學習的印象。同時，立體化教學將理解與運用相結(jié)合，能夠顯著提升學生對理論知識和相關(guān)定理的理解能力和邏輯思維能力，從而在根本上提升學生的學習效果。

教師利用逼真的教學情境可以優(yōu)化課程的設(shè)計，創(chuàng)新教學方法，充分調(diào)動學生的好奇心和興趣，使其期待能夠在教師的指導(dǎo)下學習到新的東西。場館課程提供了豐富的教學內(nèi)容和新鮮的學習體驗，學生能夠在活靈活現(xiàn)的情境中掌握教材的知識點，全方位提高感官體驗，在大腦中留下深刻的記憶。斯賓塞說過：“硬塞知識的辦法經(jīng)常引起人對書籍的厭惡，這樣就無法使人得到合理的教育所培養(yǎng)的那種自學能力，反而會使這種能力不斷地退步”。可見，相比于被動的灌輸式學習，開發(fā)場館資源能夠激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生主動學習的習慣，拓寬學生的視野，讓學生發(fā)自內(nèi)心地熱愛學習、享受學習，養(yǎng)成良好的思考和觀察習慣[3]。

結(jié) 語

文章在闡述人工智能課程概念的基礎(chǔ)上，從幾方面講述了人工智能的課程特點，主要包括交叉學科知識、重視實踐操作這兩方面，同時指出，在中小學落實人工智能教育的過程中仍然存在著許多難以解決的問題，其中包括課程設(shè)置滯后、專業(yè)教師匱乏、硬件設(shè)施不足等問題。最后，文章又從幾方面提出了在中小學落實人工智能課程的相關(guān)策略，主要包括研發(fā)人工智能課程教材、打造“雙師雙聘”教師隊伍這兩方面。希望文章的內(nèi)容能夠給相關(guān)工作人員提供一些幫助。

[參考文獻]

張均芳.淺談在小學信息技術(shù)教學中引入人工智能的策略[J].天天愛科學（教育前沿），2021（05）：37-38.

馬靜，劉江岳，劉奕林.中小學人工智能教學平臺研究與設(shè)計：以“智慧狗”人工智能教學輔助系統(tǒng)為例[J].中國教育信息化，2021（01）：1-10.

姚進，林彥杰.關(guān)于人工智能進入中小學教育課程的探究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2020（06）：209-211.

基金項目：本文系福建省中青年教師教育科研項目（基礎(chǔ)教育研究專項）“人工智能校本化課程建設(shè)實施路徑探究”（項目編號：JSZJ20154）的研究成果（福建教育學院資助）。

作者簡介：蔡曉程（1972.12-），男，福建南平人， 任教于福建省南平師范學校附屬小學，高級教師。