小學(xué)信息科技課程開展人工智能教學(xué)的實(shí)踐探索

周曉明 江蘇省張家港市白鹿小學(xué)

人工智能是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力，正深刻改變著人類生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)的方式，推動(dòng)人類社會(huì)迎來人機(jī)協(xié)同、跨界融合、共創(chuàng)分享的智能時(shí)代，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）也將人工智能作為課程內(nèi)容的六條邏輯主線之一。因此，在小學(xué)階段開展人工智能教學(xué)是時(shí)代發(fā)展和科技進(jìn)步的必然趨勢(shì)。但是，小學(xué)生年齡小，專業(yè)知識(shí)和技術(shù)比較薄弱，如何才能讓學(xué)生真正了解人工智能相關(guān)知識(shí)、手段、思維方式及其對(duì)社會(huì)帶來的巨大影響？如何將人工智能這一大概念落實(shí)到信息科技課堂教學(xué)中？如何讓學(xué)生喜歡上人工智能，能夠正確對(duì)待人工智能帶來的倫理和安全挑戰(zhàn)？針對(duì)這些問題，筆者基于核心素養(yǎng)目標(biāo)，圍繞學(xué)生對(duì)人工智能的體驗(yàn)、理解、創(chuàng)造三個(gè)層級(jí)，通過與實(shí)際生活密切相關(guān)的真實(shí)情境對(duì)人工智能教學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐探索。

●多渠道參與人工智能體驗(yàn)

在低中年級(jí)信息科技教學(xué)中，教師可利用學(xué)生身邊的智能設(shè)備、人工智能APP和開放平臺(tái)，多渠道引導(dǎo)學(xué)生參與互動(dòng)體驗(yàn)，切身感受人工智能在生活中的應(yīng)用，從而激發(fā)他們利用人工智能應(yīng)用去解決身邊問題的意識(shí)。

1.借助智能設(shè)備體驗(yàn)智能應(yīng)用

課堂上，教師選擇貼近學(xué)生實(shí)際生活的設(shè)備，如校門口掃臉攝像頭、智能音箱、翻譯筆等，在帶領(lǐng)學(xué)生互動(dòng)體驗(yàn)的同時(shí)，引導(dǎo)他們仔細(xì)觀察和思考（從外觀、功能等方面與普通設(shè)備進(jìn)行對(duì)比）。通過直接體驗(yàn)學(xué)生不僅能掌握智能設(shè)備的使用方法，還能直觀地感受語音交互、圖像識(shí)別等人工智能給人們的生活帶來的便利。

2.利用APP感受強(qiáng)大功能

教師引導(dǎo)學(xué)生使用免費(fèi)的APP、微信小程序等解決生活中的實(shí)際問題，讓學(xué)生感受APP提供的個(gè)性化體驗(yàn)。學(xué)生在體驗(yàn)人工智能軟件過程中，感受到人工智能強(qiáng)大的解決問題的能力，從而更好地提升利用智能技術(shù)解決實(shí)際問題的意識(shí)和能力。

3.基于AI開放平臺(tái)開展學(xué)習(xí)體驗(yàn)

在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)教室中，教師可以基于AI開放平臺(tái)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行人工智能的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在AI開放平臺(tái)上，學(xué)生可以體驗(yàn)語音識(shí)別、人臉識(shí)別、機(jī)器翻譯等智能應(yīng)用。通過AI開放平臺(tái)豐富的體驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生在開闊視野的同時(shí)，也有效提升了數(shù)字素養(yǎng)。

●多途徑理解人工智能原理

當(dāng)學(xué)生對(duì)人工智能有了初步的感知后，通過對(duì)各種案例的分析，他們能更深入地了解場景應(yīng)用中的人工智能技術(shù)，理解人工智能的基本原理。

1.基于開放平臺(tái)初探AI原理

AI開放平臺(tái)除了體驗(yàn)、感受技術(shù)的功能與效果外，還能初步展示相應(yīng)原理。學(xué)生在了解各種AI的功能及其應(yīng)用場景，感受人工智能技術(shù)的價(jià)值后，可以分小組討論日常生活中的各種AI或者多種AI組合的應(yīng)用案例，分析智能化控制實(shí)現(xiàn)的原理，從而理解其工作流程。在經(jīng)歷了體驗(yàn)、思考、討論后，學(xué)生能感受到各種場景中的人工智能技術(shù)的價(jià)值，并形成自己對(duì)技術(shù)發(fā)展的看法，將體驗(yàn)層面上升到更為理性和更為具體的實(shí)踐層面。

2.利用軟件平臺(tái)開展AI趣味編程

在高年級(jí)的信息科技教學(xué)中，教師可采用游戲式、情境化的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生嘗試用圖形化編程軟件來解決實(shí)際問題。例如，某圖形化編程軟件中的“認(rèn)知服務(wù)”模塊可以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別、文字識(shí)別、圖像識(shí)別、人臉各種特征識(shí)別等AI功能。又如，機(jī)器學(xué)習(xí)作為人工智能領(lǐng)域的另一個(gè)核心技術(shù)，能讓計(jì)算機(jī)像人類一樣學(xué)習(xí)，從而獲得知識(shí)與技能。在平臺(tái)中，學(xué)生可以親自體驗(yàn)訓(xùn)練模型，即通過“喂”大量的數(shù)據(jù)，讓它在內(nèi)部建立起自己的邏輯，然后進(jìn)行識(shí)別與判斷。通過實(shí)踐學(xué)生發(fā)現(xiàn)，機(jī)器識(shí)別錯(cuò)誤的情況時(shí)常發(fā)生，而產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因有很多，如樣本不夠多、拍攝照片不準(zhǔn)確、背景太復(fù)雜等，在分析的過程中學(xué)生能深刻地體會(huì)到大數(shù)據(jù)與人工智能相輔相成的關(guān)系。

3.搭建智慧學(xué)習(xí)云平臺(tái)拓寬學(xué)習(xí)路徑

搭建以滿足學(xué)生個(gè)性化、自主性學(xué)習(xí)的需求為目標(biāo)的智慧學(xué)習(xí)云平臺(tái)，通過人工智能與教育全過程的融合，構(gòu)建智能教育新生態(tài)，從而促進(jìn)智慧型人才的培養(yǎng)。①各學(xué)科教師大膽探索基于人工智能技術(shù)的學(xué)科混合式教學(xué)方法，鼓勵(lì)學(xué)生突破時(shí)空界限，以“線上+線下”融合的方式，隨時(shí)瀏覽其中的教學(xué)資源（觀看直播課程）等；②信息科技教師團(tuán)隊(duì)利用平臺(tái)整合教學(xué)資源，積極開設(shè)人工智能線上課程，并結(jié)合硬件漂流活動(dòng)開展人工智能線上教學(xué)；③在進(jìn)行線上線下混合式學(xué)習(xí)的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注平臺(tái)智能化的功能，如智能閱卷、AI輔助分析、智能推送等，了解簡單的AI算法，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和思維品質(zhì)。

●多方式鼓勵(lì)人工智能創(chuàng)意制造

人工智能是一門跨領(lǐng)域的交叉學(xué)科，涵蓋了技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、編程等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，教師應(yīng)以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)與跨學(xué)科思維為目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生融合多學(xué)科的知識(shí)、技能與方法，深入探究，大膽創(chuàng)新，從而培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維，以及創(chuàng)造性地解決問題的能力，全面提升其學(xué)科核心素養(yǎng)。

1.開展人工智能硬件漂流傳遞智慧能量

經(jīng)過前期調(diào)研筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)校人工智能配套設(shè)備僅僅用在課堂上，使用率較低；學(xué)生對(duì)設(shè)備的使用期望值很高；學(xué)生家庭設(shè)備擁有率很低。為了更好地推廣人工智能教學(xué)，筆者所在學(xué)校開展了人工智能實(shí)驗(yàn)器材漂流活動(dòng)。學(xué)生可以利用互動(dòng)平臺(tái)提前申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)器材，也可以通過人臉識(shí)別從智能漂流柜中自主選用所需要的實(shí)驗(yàn)器材。之后，學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)云平臺(tái)上的課程進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，還可以根據(jù)需求自主組建學(xué)習(xí)小組進(jìn)行合作學(xué)習(xí)。在自由開放的活動(dòng)中，學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新思維都得到提升。硬件漂流活動(dòng)不僅能提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力，還能拓寬學(xué)生視野，豐富學(xué)生課余生活，幫助學(xué)生更好地適應(yīng)和應(yīng)對(duì)未來的智能化時(shí)代。

2.組建科技社團(tuán)開展人工智能創(chuàng)新項(xiàng)目研究

為了提升學(xué)生的人工智能意識(shí)與科學(xué)探究精神，教師組建了跨年級(jí)的科技社團(tuán)，并開展了豐富多彩的項(xiàng)目活動(dòng)。項(xiàng)目活動(dòng)以解決生活實(shí)際問題為主，如“垃圾分類遇上人工智能”項(xiàng)目，這是在真實(shí)的生活情境中產(chǎn)生的項(xiàng)目需求—低年級(jí)的小朋友在扔垃圾時(shí)總是不能準(zhǔn)確地分類。教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)分享多元、豐富的學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生通過自主探究、小組協(xié)作的學(xué)習(xí)方式開展項(xiàng)目研究。經(jīng)過多次迭代，學(xué)生利用語音識(shí)別模塊、揚(yáng)聲器模塊、超聲波模塊、液晶屏模塊等，并結(jié)合他們喜歡的卡通造型，設(shè)計(jì)完成了可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的垃圾分類智能提示助手。在此項(xiàng)目結(jié)束后，部分學(xué)生又自發(fā)地開展了圖像識(shí)別自動(dòng)翻蓋智能垃圾桶的設(shè)計(jì)……在素養(yǎng)目標(biāo)的指引下，學(xué)生大膽探索、實(shí)踐、模擬，甚至創(chuàng)新人工智能技術(shù)在生活中的各種應(yīng)用。

3.組織科創(chuàng)活動(dòng)營造人工智能創(chuàng)新氛圍

為了滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需求，學(xué)校會(huì)定期組織各種有意義的科創(chuàng)活動(dòng)，為學(xué)生的人工智能創(chuàng)新學(xué)習(xí)提供展示交流的平臺(tái)。例如，在科技節(jié)的人工智能作品展中，學(xué)生現(xiàn)場講解他們的創(chuàng)作意圖和制作過程，并展示作品的功能；在精彩的機(jī)器人對(duì)抗賽的背后，是學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的充分理解，以及對(duì)元器件和積木件的靈活搭建。豐富的活動(dòng)能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升他們的科技素養(yǎng)，成為課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充和拓展。

●結(jié)束語