中小學(xué)人工智能教育課程探究

文 /蔡曉程

引 言

在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，人工智能取得了較大的發(fā)展，同時(shí)也在教育領(lǐng)域發(fā)揮了重要的價(jià)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(guò)程；另一方面是中小學(xué)人工智能課程，主要是指引導(dǎo)學(xué)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(xué)科知識(shí)的內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力有較高的要求，并且在落實(shí)的過(guò)程中對(duì)課程、師資、設(shè)備等方面也有較高要求，需要根據(jù)實(shí)際的教學(xué)情況不斷地進(jìn)行完善和改進(jìn)。

一、人工智能課程概述

人工智能屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)，從字面上看是指利用人工方法和技術(shù)，通過(guò)模仿來(lái)拓展人的智能，使機(jī)器變得智能化。該技術(shù)主要研究計(jì)算機(jī)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(duì)人類的工作過(guò)程和思維模式產(chǎn)生了較大的推動(dòng)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(xué)課程體系中。人工智能課程的主要內(nèi)容是針對(duì)人工智能知識(shí)的集合學(xué)習(xí)以及進(jìn)行與之對(duì)應(yīng)的活動(dòng)，但具體的課程內(nèi)容并沒(méi)有局限在編程軟件的學(xué)習(xí)和使用上，還包括了機(jī)器人、模式識(shí)別及各種開源硬件等工具的學(xué)習(xí)。

二、人工智能課程特點(diǎn)

（一）交叉學(xué)科知識(shí)

在人工智能課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生需要在掌握計(jì)算機(jī)編程相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)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(xué)科的知識(shí)融會(huì)貫通而形成的，這些學(xué)科知識(shí)相互融合，共同為人工智能課程提供支撐，進(jìn)而有效推進(jìn)人工智能課程的開展和落實(shí)。

另外，這門課程涉及的知識(shí)十分豐富，理論性較強(qiáng)，知識(shí)內(nèi)容十分抽象、難懂。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)需要具備較強(qiáng)的數(shù)學(xué)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(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。因此，編者在編寫教材時(shí)，還需要對(duì)其他科目的知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行考慮和填充，使教材內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)與其他學(xué)科的銜接。

（二）重視實(shí)踐操作

人工智能課程對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力要求較高。在課程進(jìn)行的過(guò)程中，教師應(yīng)注重讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)操，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過(guò)程中將理論知識(shí)充分落實(shí)。另外，這門課程開展的主要目的是讓學(xué)生能夠?qū)⒆约旱南敕ê蛣?chuàng)意實(shí)物化，讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)中提高創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。

豐富的實(shí)踐活動(dòng)能在一定程度上增強(qiáng)學(xué)生在課堂上的體驗(yàn)感，使他們能夠更積極主動(dòng)地投入課程學(xué)習(xí)，逐漸發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)人工智能課程的樂(lè)趣，并對(duì)此產(chǎn)生較大的熱情和動(dòng)力，進(jìn)而主動(dòng)、積極地進(jìn)行知識(shí)的學(xué)習(xí)和探究。這同時(shí)也是人工智能課程獨(dú)具的特色。

（三）拓展教學(xué)資源

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

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

三、中小學(xué)人工智能教育課程實(shí)施的現(xiàn)狀

（一）課程設(shè)置滯后

如今，雖然許多學(xué)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(xué)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(jìn)行人工智能知識(shí)的滲透，這樣的人工智能知識(shí)具有片面性。同時(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)也難以將自己的學(xué)習(xí)重點(diǎn)放在掌握人工智能相關(guān)知識(shí)方面。在信息技術(shù)課堂上，學(xué)生主要是利用編程語(yǔ)言和軟件進(jìn)行操作和學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)知識(shí)時(shí)，他們很難從虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境轉(zhuǎn)換到現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中。

（二）專業(yè)教師匱乏

作為一門新興的交叉學(xué)科，人工智能教育的開展仍然存在許多難以解決的問(wèn)題。其中，師資力量的匱乏便是明顯的問(wèn)題。部分教師并沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)系統(tǒng)的培訓(xùn)，甚至部分教師僅僅是通過(guò)自學(xué)相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容而進(jìn)行教學(xué)，并沒(méi)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(gè)高校輸出的人工智能專業(yè)人才大多不會(huì)進(jìn)入中小學(xué)任教，這也進(jìn)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(xué)階段，教師很難系統(tǒng)地接觸人工智能方面的知識(shí)。雖然有一些教師投身于創(chuàng)客教育，對(duì)人工智能相關(guān)的知識(shí)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(shí)，很難迅速成長(zhǎng)為這項(xiàng)課程的專業(yè)教師。

（三）硬件設(shè)施不足

當(dāng)下，部分地區(qū)的教材中已經(jīng)開始涉及機(jī)器人項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。例如，燈光閃爍有規(guī)律、聲波測(cè)距離障礙等。但對(duì)應(yīng)的設(shè)備沒(méi)有到位。這一問(wèn)題在大部分的學(xué)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(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)只能通過(guò)編程對(duì)知識(shí)進(jìn)行理解和掌握，無(wú)法結(jié)合實(shí)物進(jìn)行實(shí)踐體驗(yàn)，其實(shí)踐能力和動(dòng)手能力難以得到有效提升，也難以實(shí)現(xiàn)人工智能教育的目標(biāo)。當(dāng)前，人工智能設(shè)備價(jià)格昂貴，許多學(xué)校引進(jìn)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(xué)實(shí)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(jì)需要遵循人工智能的課程特點(diǎn)，充分體現(xiàn)交叉學(xué)科知識(shí)，并將一些實(shí)踐操作的主題進(jìn)行詳細(xì)具體的闡述。教材開發(fā)既要考慮到學(xué)校課程的整體性，也要遵循學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的整體性。學(xué)校要從校本教材開發(fā)過(guò)程的整體性出發(fā)，全程確定好目標(biāo)，配置內(nèi)容，組織實(shí)施，改革課堂評(píng)價(jià)，培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)教師及保障教學(xué)條件。

人工智能的教材開發(fā)要通過(guò)學(xué)生自身經(jīng)歷而實(shí)現(xiàn)，所以學(xué)校要引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，主動(dòng)調(diào)查，主動(dòng)實(shí)踐，主動(dòng)查閱文獻(xiàn)，收集資料，提出和探討問(wèn)題。教材應(yīng)符合學(xué)生生活和社會(huì)生活的實(shí)際，遵從“教材從問(wèn)題開始，問(wèn)題來(lái)源于生活”的實(shí)踐性原則。學(xué)校在教材開發(fā)的過(guò)程中，要根據(jù)學(xué)生的需求、學(xué)校以及社會(huì)教育資源的實(shí)際，確立校本課程開發(fā)的內(nèi)容，不跟風(fēng)、不盲從，量力而行。

（二）打造“雙師雙聘”教師隊(duì)伍

在中小學(xué)階段，雖然有一些教師具備計(jì)算機(jī)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(xué)校需要通過(guò)培養(yǎng)或引進(jìn)教師資源來(lái)增強(qiáng)學(xué)校的師資力量。學(xué)?？梢詮母咝Ｆ刚?qǐng)人工智能專家，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(xué)習(xí)環(huán)境，使教師能夠通過(guò)講座了解到全面、豐富的人工智能知識(shí)，其中包括人工智能的發(fā)展與應(yīng)用、人工智能現(xiàn)狀、機(jī)器學(xué)習(xí)概述、模式識(shí)別概述等內(nèi)容。

此外，學(xué)校還可以定期進(jìn)行人工智能專題培訓(xùn)，內(nèi)容包括機(jī)器人培訓(xùn)、無(wú)人機(jī)培訓(xùn)等，讓教師通過(guò)實(shí)際的操作，逐漸提升實(shí)踐意識(shí)和動(dòng)手能力。通過(guò)這些活動(dòng)，中小學(xué)教師能夠不斷提升自己，逐漸成長(zhǎng)為專業(yè)性較強(qiáng)的中小學(xué)人工智能教師。

（三）加強(qiáng)對(duì)優(yōu)秀教師隊(duì)伍的建設(shè)

人才的培養(yǎng)靠教育，教師也需要不斷學(xué)習(xí)。只有進(jìn)行多元化的教師隊(duì)伍建設(shè)，才能激發(fā)教師對(duì)人工智能教學(xué)的工作熱情，并把全部精力投放到對(duì)學(xué)生的教育中去，促進(jìn)教學(xué)水平的進(jìn)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(shí)代的教師，尊重自己的職業(yè)，理解自己的職責(zé)，提升職業(yè)素養(yǎng)是發(fā)展之本。青年教師工作應(yīng)當(dāng)注重實(shí)效，而不是成績(jī)，讓學(xué)生能夠?qū)W會(huì)知識(shí)，能用技術(shù)，熱愛(ài)和享受學(xué)習(xí)。

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

（四）加強(qiáng)場(chǎng)館教學(xué)資源開發(fā)

未來(lái)，科技館、智能技術(shù)館可以帶來(lái)真實(shí)場(chǎng)景、模擬設(shè)備、音響效果等立體的體驗(yàn)。利用豐富的教學(xué)素材和教學(xué)情境把抽象化的書本學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化成更直接的感官感受，能夠顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和教師的教學(xué)效果。學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)對(duì)于學(xué)習(xí)質(zhì)量的提高有著顯著的促進(jìn)作用。單純的課堂教學(xué)和語(yǔ)言授課很難讓學(xué)生充分理解教材上的諸多的公式和定理。場(chǎng)館課程將為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)真實(shí)的、立體的授課環(huán)境，加強(qiáng)學(xué)生多方位的感官感受。學(xué)生在模擬的教學(xué)情境中可以更容易融入人工智能的學(xué)習(xí)內(nèi)容，接受教師的指導(dǎo)并完成探究性學(xué)習(xí)，還能強(qiáng)化對(duì)人工智能知識(shí)的理解程度，加深學(xué)習(xí)的印象。同時(shí)，立體化教學(xué)將理解與運(yùn)用相結(jié)合，能夠顯著提升學(xué)生對(duì)理論知識(shí)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(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

教師利用逼真的教學(xué)情境可以優(yōu)化課程的設(shè)計(jì)，創(chuàng)新教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心和興趣，使其期待能夠在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)到新的東西。場(chǎng)館課程提供了豐富的教學(xué)內(nèi)容和新鮮的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生能夠在活靈活現(xiàn)的情境中掌握教材的知識(shí)點(diǎn)，全方位提高感官體驗(yàn)，在大腦中留下深刻的記憶。斯賓塞說(shuō)過(guò)：“硬塞知識(shí)的辦法經(jīng)常引起人對(duì)書籍的厭惡，這樣就無(wú)法使人得到合理的教育所培養(yǎng)的那種自學(xué)能力，反而會(huì)使這種能力不斷地退步”?？梢?jiàn)，相比于被動(dòng)的灌輸式學(xué)習(xí)，開發(fā)場(chǎng)館資源能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣，拓寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生發(fā)自內(nèi)心地?zé)釔?ài)學(xué)習(xí)、享受學(xué)習(xí)，養(yǎng)成良好的思考和觀察習(xí)慣[3]。

結(jié) 語(yǔ)

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(diǎn)，主要包括交叉學(xué)科知識(shí)、重視實(shí)踐操作這兩方面，同時(shí)指出，在中小學(xué)落實(shí)人工智能教育的過(guò)程中仍然存在著許多難以解決的問(wèn)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(wèn)題。最后，文章又從幾方面提出了在中小學(xué)落實(shí)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(duì)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。