在初中階段開展人工智能普及性教育的困境與思考

李佳琦

摘要：作者作為一線教師，在初中信息技術教學中開展了人工智能大班化教學的嘗試，將探索過程所遇到的困境和痛點予以整理，并從教學活動設計、活動策略以及科技倫理等方面提出行之有效的策略，為初中階段開展人工智能普及性教育提供參考。

關鍵詞：人工智能教育;初中;普及性教育;教學策略

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）11-0085-03

● 引言

2017年，國務院發布了《新一代人工智能發展規劃》，指出應在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育，鼓勵廣大科技工作者投身人工智能的科普和推廣。2018年，教育部先后印發《高等學校人工智能創新行動計劃》和《教育信息化2.0行動計劃》，進一步明確要“構建人工智能多層次教育體系，在中小學階段引入人工智能普及教育”。[1]可見，發展人工智能已經成為國家戰略的需要。那么，人工智能教育在初中階段應如何開展？筆者作為一線教師，在基層教學中開展了人工智能大班化教學的嘗試。

● 在初中階段開展人工智能普及性教育的必要性

筆者在教學實踐中發現，初中階段的學生普遍存在信息能力差異較大。對人工智能方面的知識一知半解、知識呈現碎片化等現狀。另外，由于人工智能技術本身的復雜性和綜合性，學生對人工智能知識持有好奇、畏懼、對抗等復雜的心理。[2]

筆者通過比對收集到的5套地方性人工智能教材，從中發現大部分課程對各階段學生的學習目標都有區分：小學階段側重感知智能、體會應用和了解人工智能發展;初中階段強調動手體驗應用、分析評估、制作簡易人工智能作品;高中階段則強調搭建應用模塊、調配參數、制作具體案例、創造性地解決問題。

人工智能領域作為科技發展的重要組成部分，其重要性不言而喻。因此，基礎教育階段普及人工智能教育是國之所需，其探索應以大班化課程形態呈現，輔以科創訓練隊的“精英式教育”。在全面提升學生素養的同時，選取有天賦有興趣的學生做小眾教育，兩者相輔相成，才能達到提升與儲備人才的目的。

● 在初中階段開展人工智能普及性教育的現實困境

1.教學內容艱深

人工智能作為一門技術性綜合課程，主要涉及智能科學與技術、數據科學與大數據技術、機器人工程、智能制造工程等以技術為核心的專業學科。[3]近年來，人工智能教育主要放在大學本科或以上教育階段，而在中小學階段開展知識傳授，不論是學生還是授課教師都倍感壓力。

2.課程方面缺少頂層設計

人工智能課程目前并未有國家統一的課程和課程綱要，大部分以地方性校本性課程為主。同時，其授課時間一般發生在信息技術課堂、綜合實踐課堂或科學課堂上，能用于傳授人工智能知識的時間難以得到保證。另外，授課教師本身知識欠缺，校本課程設計的科學性和實用性有待驗證，導致學生掌握的知識不夠系統。

3.授課缺乏成熟的課例示范和參考

由于人工智能課程是新型課程，其教學范例還在逐步摸索中，因此，對于處在開荒時期的教師而言缺乏成熟的課例示范。

4.混淆編程教育、機器人教育、創客教育與人工智能教育

由于編程教育、機器人教育、創客教育、人工智能教育這幾門課程的教學內容和涉及的技術互相交疊、互相依托，所以許多線上課程或機構為了貼合時代熱點，給教材冠以“人工智能”的頭銜，它們表面上看是人工智能課程，內容實則為編程課程或機器人課程，對人工智能的教學內容一筆帶過或僅停留在理論層面。

5.混淆人工智能應用和人工智能教育

“人工智能+”主要用于教學輔助、學習增強、課堂評價、考試測試等方面。簡要地的說，人工智能應用就是人工智能技術運用于教育管理和學科教學，讓技術賦能教育。而人工智能教育討論的是技術本身，技術本就是知識，而非工具。但很多論文成果將人工智能應用和人工智能教育混為一談，引起了大眾的誤解。

● 在初中階段開展人工智能普及性教育的探索

1.使用微課講解重要概念，將知識淺顯化、具象化

Zaid Ali Alsagoff教授曾提出教學視頻的作用是“激發、影響和告知”。因此，通過微視頻能快速引起學生的興趣，帶有標號的步驟描述、關鍵操作的特寫都會讓學生更好地掌握課堂知識，從而快速突出教學重點，高效完成知識的傳授。

例如，在教學《機器學習》一課時，授課對象是初中一年級學生。面對一群缺少基本知識鋪墊的學生，筆者很有壓力，他們應該了解哪些知識點？掌握到怎樣的程度？使用何種學習形式？這些對筆者而言都是難題。經過思考，筆者將這節課的教學難度定位在“重了解、重體驗”上，拋棄艱深晦澀的專業名詞。因此，在突破“什么是機器學習”這一重要概念時，筆者制作了一個4分鐘的科普微視頻，以動畫形式呈現，從類比人類嬰幼兒學習過程入手，簡述計算機機器學習的涵義。緊接著，以“Alphago與李世石的圍棋大戰”為例，強調機器學習與大數據之間的密切關系。最后，展示五種機器學習應用的生活實例，讓學生體驗科技應用就在身邊。

2.設計充分的體驗活動，降低對高深知識的恐懼

去年由于新冠肺炎疫情肆虐，深圳市民紛紛響應政府號召居家隔離，原本面對面的教學方式轉變為線上教學。此時的信息技術教學面臨著參與課堂人數增多（學校要求同年級學生在同一時間段進行上課，學生人數從40～50人激增到200人左右）、失去統一的機房環境、難以配備教學軟件等問題。那么，超大班額的線上課如何講授人工智能課程呢？筆者對計算機通識課——《什么是人工智能》進行教學設計時，嘗試在自由體驗環節，讓學生使用手機打開“訊飛AI體驗棧”小程序，讓學生感受AI各式各樣的應用，并分享自己的體驗，同時整理引出人工智能的概念和特點。

3.借助人工智能實驗平臺驗證技術原理

在人工智能課程中，學習的知識往往比較抽象，因而，將抽象的知識形象化就顯得尤為重要。驗證技術原理就是一種行之有效的教學方式，它是將計算機思維的過程以形象化的形式展現出來，讓學生經歷與計算運行思維相似的過程，幫助他們深入理解人工智能的工作原理，學習科學家的設計方法，領悟科學的思想和精神。

筆者使用得較多的體驗和驗證原理平臺是CocoBlockly人工智能實驗室（https：//www.cocorobo.cn/），該平臺提供視覺處理、語音識別和文本分析三個大模塊的資源，無需安裝任何插件，使用瀏覽器便可直接體驗最前沿的人工智能研究、技術和應用，實現與機器的高效互動。例如，在講解《手寫數字識別》時，涉及深度神經網絡的知識，需要分層，每一層需要有神經元，如何過濾、選用什么激活函數等需要逐步分析。艱深的知識容易把學生繞得云里霧里。該平臺提供了原理驗證，將層級可視化，將輸入層、卷積層、池化層、連接層、輸出層進行展示或隱藏。形象化的演示過程，讓使用者能一目了然地看到每個神經元負責識別數字的哪一部分，最終到達識別數字的目的。

4.將人工智能技術融入虛擬編程作品

在人工智能技術學習過程中，必然涉及利用程序設計編寫個性化作品。筆者認為，大班化授課應“重原理，輕語句”，“輕語句”即盡量降低編程語言的門檻，選擇圖形化語言教學，讓學生動手做貼近生活的實例。

例如，筆者曾指導學生設計“智能家居”編程作品。“智能家居”項目利用圖形化編程軟件作為想象力的工具支撐，借助人工智能技術，模擬未來智能家居的功能與樣式，希望通過智能家居優化人們的生活方式，激發人們對未來生活的向往和熱愛。在項目中，有大量使用人工智能技術作為現實生活輸入、虛擬環境作為響應的例子。①人臉識別技術。使用人臉識別實現房屋的門禁，感應能否進入房屋;使用表情識別分辨主人的情緒，機器人可以根據主人的情緒做出不同的反饋。②語音識別技術。使用語音識別技術，讓家居設備做出相應響應，模擬物聯網環境，如開關燈、換燈光顏色、開關空調、開啟電視等;使用語音識別技術和語言翻譯技術，制作游戲廳中的古詩詞問答游戲和英文練習的語音對答。③姿態識別技術。使用姿態識別技術，識別不同肢體動作，實現體感換衣體驗。

實際上，上述的技術使用并不需要進行底層編程，學生只需要了解人工智能技術的原理以及語句的調用方法即可輕松實現現實控制虛擬世界效果，大大提高了學生的學習成就感。有了上述的案例示范，在后期大班化常態化教學中，筆者就可側重于利用小編程互動案例開拓學生思維，激發學生創作人工智能作品的欲望。

5.在課程中滲透信息道德和倫理意識

教育的目的并不只是學習知識、習得技能，更重要是“育人”，培育有正確價值觀、生活觀、人生觀的人。當人與人之間隔著屏幕和網絡交往時，傳統的道德約束顯得越發無力，這就容易引發一系列倫理風險。教師在課程設計過程中，應當注意滲透信息道德和倫理意識，強調對自身和他人隱私的保護，不隨意攻擊他人，傳遞國際普遍接受的網絡公約。

筆者曾在課堂上借助云平臺，設置“人工智能與機器智能孰高孰低”的討論，希望通過觀點的相互交流碰撞，引發學生思考人類與技術的關系，擺正自身的位置。

● 結語

在中小學階段設置人工智能相關課程，能夠幫助學生適應瞬息萬變的信息時代，從長遠意義上看，能夠推動國家人工智能技術的蓬勃發展，因此，普及人工智能教育已勢在必行。作為科創教師，應秉承“開放創新、探究體驗”的教育理念，保持學習，更新知識庫，并勇于探索人工智能優秀課例，為開發新型教學模式做積累，為學生播撒科創的種子，為提升全民科學素養做貢獻。

參考文獻：

[1]賀德富，楊莉.中小學人工智能普及教育的難點與探索[J].科教文匯，2021（08）：160-162.

[2]胡勝華.佛山市中小學人工智能教育現狀及發展路徑[J].中國教育信息化，2021（02）：40-43.

[3]劉俊波，樂進軍.中小學人工智能課程建設初探[J].基礎教育課程，2020（01）：16-20.