基于人工智能的少兒科創(chuàng)精神的培養(yǎng)

董靜敏

摘要：人工智能的迅速發(fā)展將深刻改變?nèi)祟惿鐣睢⒏淖兪澜纭Ｔ诹x務(wù)教育階段開展小學(xué)人工智能課程，對于未來人工智能發(fā)展具有重要意義。文中主要探討將人工智能作為輔助小學(xué)科學(xué)技術(shù)與工程領(lǐng)域教學(xué)的一種技術(shù)手段，用于課堂教學(xué)之后的拓展學(xué)習(xí)的模式，供同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：人工智能;小學(xué)科學(xué);技術(shù)與工程

1人工智能教育與科學(xué)教學(xué)

國務(wù)院于2017年印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，其中提到：人工智能的迅速發(fā)展將深刻改變?nèi)祟惿鐣⒏淖兪澜纭瓕?shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。在義務(wù)教育階段，開展小學(xué)人工智能課程對于未來人工智能發(fā)展具有重要意義。人工智能是一種發(fā)現(xiàn)、研究、模擬與拓展人類的智能理論和相關(guān)策略并展開實(shí)踐應(yīng)用的技術(shù)。當(dāng)前，人工智能在義務(wù)教育階段中的教學(xué)應(yīng)用主要有兩個(gè)方向：一是專門開設(shè)的人工智能課程;二是將人工智能作為技術(shù)手段輔助學(xué)科教學(xué)。兩種方式的教學(xué)模式和應(yīng)用指向均存在較大差異。關(guān)于前者，業(yè)界已逐漸形成一系列課程資源或較為成熟的教學(xué)案例，但有關(guān)人工智能輔助學(xué)科教學(xué)的探索則較為鮮見。因此，本文主要探討將人工智能作為輔助學(xué)科教學(xué)的一種技術(shù)手段，用于科學(xué)課堂教學(xué)之后的拓展學(xué)習(xí)的可行性與價(jià)值，供同行參考借鑒。從育人價(jià)值上看，人工智能教育與小學(xué)科學(xué)技術(shù)與工程領(lǐng)域教育頗有相同之處：二者均強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐，注重對某項(xiàng)技術(shù)的掌握并以此提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。這意味著二者在教學(xué)中具有廣闊的融合應(yīng)用前景。

2人工智能在小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

2.1平臺助力

市面上有很多的編程公司都開發(fā)了人工智能編程相關(guān)課程，比如，“編程星空”的人工智能模塊里就有視覺識別、面部識別、姿勢識別、語音識別、曲線擬合和數(shù)字識別;“編程貓”中也有分類AI、GameAI、認(rèn)知AI和AR等人工智能模塊。小學(xué)信息技術(shù)課完全可以借助這些平臺，結(jié)合學(xué)校、學(xué)生情況設(shè)計(jì)一些有趣的人工智能編程課程，帶領(lǐng)學(xué)生邊玩邊學(xué)。例如，上學(xué)期在河南省遠(yuǎn)程互動(dòng)教研的課例中任老師的一節(jié)人工智能教研課———人體姿勢識別，借助攝像頭，使用了“編程星空”的人工智能“姿勢識別”模塊。課程伊始，教師通過“連連看”的場景創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生的興趣，然后利用人機(jī)互動(dòng)，編寫人工智能程序，讓鯊魚跟著人的鼻子游動(dòng)，讓學(xué)生體驗(yàn)程序編寫與執(zhí)行的過程。課堂氛圍活躍，杜老師在問答中不斷啟發(fā)學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生解決問題，使學(xué)生充分參與其中。

2.2創(chuàng)設(shè)情境

小學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能，并不是讓他們?nèi)パ芯磕切┏橄箅y懂的概念，也不是讓他們編寫出一系列人工智能程序，而是讓他們從小有人工智能的意識，培養(yǎng)相關(guān)的思維，有興趣，會運(yùn)用，愿意探索，在他們的心中埋下人工智能的種子。教師在教學(xué)時(shí)不應(yīng)直接給學(xué)生講解人工智能的概念和原理，這樣會降低學(xué)生的積極性，會讓他們對人工智能學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸心理。教師要把學(xué)生不明白的概念轉(zhuǎn)換成他們能理解的語言，把看似遙不可及的人工智能，用他們熟悉的方式呈現(xiàn)出來。教師要靈活運(yùn)用人工智能技術(shù)和設(shè)備，創(chuàng)設(shè)相關(guān)情境，激發(fā)學(xué)生的興趣，使他們主動(dòng)參與課堂教學(xué)。例如，上學(xué)期在信息技術(shù)研討課中黃老師開展一節(jié)人工智能教研課———語音識別，黃老師為了創(chuàng)設(shè)情境，特意購買了一個(gè)智能音箱，課程一開始就創(chuàng)設(shè)了互動(dòng)小游戲，還設(shè)計(jì)了一系列的人機(jī)互動(dòng)環(huán)節(jié)，學(xué)生興奮不已，獲得了很好的教學(xué)效果。如在講到人臉識別時(shí)，黃老師在課堂上演示了手機(jī)解鎖、人臉支付。小學(xué)階段是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的關(guān)鍵階段，所以教師一定要多花心思創(chuàng)設(shè)情境，讓他們?nèi)ジ惺埽a(chǎn)生直觀的體驗(yàn)。

2.3搭建編程，自主探究

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)是主動(dòng)建構(gòu)的過程。實(shí)踐的過程可以將學(xué)生學(xué)習(xí)的零碎的知識關(guān)聯(lián)起來，轉(zhuǎn)變成一個(gè)運(yùn)用綜合知識探究的過程。在實(shí)踐中，教師需調(diào)動(dòng)學(xué)生的已有認(rèn)知，將投石器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成實(shí)物并實(shí)現(xiàn)其功能。同時(shí)，學(xué)生也需要在嘗試中將所學(xué)知識不斷深化重組，這對培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)能力、運(yùn)用知識和工具解決問題的能力有良好的促進(jìn)作用。在“制作投石器”中，各小組繪制投石器結(jié)構(gòu)圖并結(jié)合圖紙選擇適合的材料進(jìn)行搭建。搭建完成后，教師引導(dǎo)小組進(jìn)行組間交流改進(jìn)。搭建的過程中的主要問題聚焦如下：投石器力臂長短、投射物放置位置、投石器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等。調(diào)整完成后安裝舵機(jī)，將人力投石器改造為智能投石器。下一步，小組分析投石器工作時(shí)的各個(gè)動(dòng)作并進(jìn)行拆分，將拆分后的單個(gè)動(dòng)作轉(zhuǎn)化為執(zhí)行語句進(jìn)行編程，最后執(zhí)行命令。實(shí)踐中，學(xué)生不斷試錯(cuò)，通過程序數(shù)值調(diào)整找到適合的舵機(jī)轉(zhuǎn)速，使舵機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力恰好讓拋出的石頭投中目標(biāo)。

2.4拓展遷移，深化學(xué)習(xí)

內(nèi)容上的適度拓展遷移不僅可以鞏固學(xué)生的已有知識，也意味著思維的無限延伸。在問題的解決過程中，引導(dǎo)學(xué)生對該類問題進(jìn)行歸類處理而后進(jìn)行良好的遷移，有利于學(xué)生將所學(xué)知識進(jìn)行再次提煉升華，實(shí)現(xiàn)知識轉(zhuǎn)化，深化學(xué)習(xí)的目的。在“制作投石器”中，完成投射目標(biāo)后，教師進(jìn)一步追問：如果要投射得更遠(yuǎn)可以怎么做？投射目標(biāo)變近又該如何改進(jìn)？引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)嘗試，通過不斷地調(diào)試（更改程序中的舵機(jī)轉(zhuǎn)速或者是力臂長短）達(dá)到投射不同的目標(biāo)對象。隨后任務(wù)再升級：如何讓投石器更智能化？引導(dǎo)學(xué)生從自動(dòng)定位投射目標(biāo)等方向思考，通過添加紅外傳感器、聲控傳感器等完善自己的投石器。

2.5交流展示

根據(jù)課堂預(yù)留時(shí)間，教師挑選代表性作品進(jìn)行展示交流。在分享環(huán)節(jié)當(dāng)中，教師積極鼓勵(lì)學(xué)生上臺交流，呈現(xiàn)作品以及針對作品講解思路。在整個(gè)交流環(huán)節(jié)中，學(xué)生活躍地發(fā)言帶動(dòng)課堂氛圍。通過生生評價(jià)、師生評價(jià)，學(xué)生在交流中發(fā)現(xiàn)了在編程過程中遇到的難題，鞏固了本節(jié)課的知識點(diǎn)，并在自我反思中提出對作品進(jìn)行改進(jìn)的建議與拓展的思路。與此同時(shí)，教師針對學(xué)生在編程中存在的問題進(jìn)行整理和知識點(diǎn)歸納、講解。部分學(xué)生還能提前將其他命令加入本節(jié)課的制作中，如循環(huán)、顏色等，為下節(jié)課的開展做了鋪墊準(zhǔn)備。

結(jié)語

綜上所述，人工智能走進(jìn)小學(xué)信息技術(shù)課堂，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的思維意識和編程能力，也是為以后學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)技術(shù)打下基礎(chǔ)。教師運(yùn)用人工智能工具，可以有效提高課程教學(xué)的質(zhì)量和效率，使教師從重復(fù)的機(jī)械勞動(dòng)中脫身，多些時(shí)間做研究，多做教學(xué)上的創(chuàng)新。總之，人工智能賦能教育，未來可期。

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