人工智能技術(shù) 與小學(xué)信息技術(shù)課程的融合

摘要：本文首先分析了當(dāng)下我國(guó)小學(xué)教育生態(tài)體系改革的必然性和可行性，然后從實(shí)現(xiàn)技術(shù)融合的先決條件入手，重點(diǎn)探究人工智能技術(shù)為我國(guó)小學(xué)信息技術(shù)課程建設(shè)與發(fā)展帶來(lái)的新契機(jī)，最后通過(guò)具體案例，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計(jì)和軟硬件設(shè)備需求等方面，全面地分析了現(xiàn)階段人工智能走進(jìn)小學(xué)課堂，是機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的關(guān)鍵時(shí)刻。幫助人工智能在小學(xué)信息技術(shù)課程中落地生根打開一個(gè)新的局面，對(duì)促進(jìn)我國(guó)教育生態(tài)體系現(xiàn)代化建設(shè)和新時(shí)代人才培養(yǎng)具有積極意義。

關(guān)鍵詞：人工智能;信息技術(shù);小學(xué)教育;人才培養(yǎng);信息素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2021）15-0088-04

● 引言

2015年，教育部頒發(fā)文件強(qiáng)調(diào)大力發(fā)展信息技術(shù)中人工智能教育的培養(yǎng)，包括STEM教育、創(chuàng)客教育等，重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)際解決問(wèn)題的能力。2017年7月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，將人工智能上升為國(guó)家發(fā)展策略。2018年1月，教育部在《普通高中課程方案和語(yǔ)文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)情況》中將三維設(shè)計(jì)、開源硬件、人工智能正式列入新課標(biāo)，成為高中學(xué)習(xí)的必修課。2018年4月教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，提出人工智能、編程課程將會(huì)被納入初、高中學(xué)業(yè)水平考試。2018年8月教育部辦公廳發(fā)布關(guān)于開展人工智能助推教師隊(duì)伍建設(shè)行動(dòng)試點(diǎn)工作的通知，表示要推進(jìn)教師主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工智能等技術(shù)變革，積極有效開展教育教學(xué)。2019年3月教育部辦公廳在印發(fā)的《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》通知中透露：2019年將啟動(dòng)中小學(xué)信息素養(yǎng)測(cè)評(píng)，并推動(dòng)在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，同時(shí)推動(dòng)大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用。

然而目前，傳統(tǒng)的教育生態(tài)體系與信息化時(shí)代間的天平呈現(xiàn)出明顯的失衡狀態(tài)，作為新一代信息技術(shù)中關(guān)鍵性一環(huán)，人工智能技術(shù)受到越來(lái)越多的教育界學(xué)者的關(guān)注。如何推進(jìn)技術(shù)支持的教育結(jié)構(gòu)性變革，將信息技術(shù)真正融入教育主、客體，教育理念以及教育環(huán)境當(dāng)中，成為我們面臨的一個(gè)全新的課題。

● 基于人工智能的小學(xué)信息技術(shù)課程改革

1.必然性與可行性分析

（1）必然性分析

《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》確立了我國(guó)2035年總體實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化，邁入教育強(qiáng)國(guó)行列。其中，智慧性、科技型、發(fā)展性、融合性、引領(lǐng)性等都是促進(jìn)教育現(xiàn)代化的重要影響因素，上述因素都在推進(jìn)教育生態(tài)體系改革的步伐。智慧與智能時(shí)代的最大特征是創(chuàng)新創(chuàng)造，教育現(xiàn)代化的智慧性最重要的內(nèi)涵是將學(xué)生造就為具有創(chuàng)新創(chuàng)造能力的全面發(fā)展之人。這無(wú)疑對(duì)教育者、學(xué)習(xí)者以及課程設(shè)計(jì)與安排都提出了更高的要求，而新時(shí)代的創(chuàng)新創(chuàng)造更多的是基于信息技術(shù)。因此，造就創(chuàng)新創(chuàng)造之人的智慧性，必須要以先進(jìn)的教育信息化作為條件支持。

人工智能是一個(gè)復(fù)合型新興交叉學(xué)科，包括數(shù)學(xué)、物理、電子信息、通信、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，以及微電子集成電路等多個(gè)領(lǐng)域，還包括類腦研究，是新一輪產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)力和引領(lǐng)未來(lái)技術(shù)的戰(zhàn)略技術(shù)。無(wú)論是立足于時(shí)代大背景還是立足于學(xué)習(xí)者長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度，作為新時(shí)代的信息技術(shù)教師，在不斷提升個(gè)人信息技術(shù)能力的同時(shí)，應(yīng)思考如何將前沿技術(shù)在最合適的時(shí)間，以最合適的方式教授給學(xué)生。

（2）可行性分析

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，應(yīng)從體驗(yàn)層面認(rèn)識(shí)人工智能，初步理解人工智能實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單原理和基本過(guò)程，能夠簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)人工智能的基礎(chǔ)應(yīng)用。高中階段：以專題性人工智能技術(shù)理解為重點(diǎn)，以人工智能教育發(fā)展與應(yīng)用前沿為輔助。初中階段：以高級(jí)計(jì)算思維培養(yǎng)為重點(diǎn)，以初步理解人工智能實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系為輔助。小學(xué)階段：以計(jì)算思維培養(yǎng)為重點(diǎn)，以感知和體驗(yàn)人工智能為輔助。

因此，從學(xué)生角度，小學(xué)學(xué)段的學(xué)生或許無(wú)法真正理解人工智能領(lǐng)域的高端技術(shù)，但是學(xué)習(xí)人工智能發(fā)展歷程，體驗(yàn)人工智能在各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，甚至接觸人工智能基礎(chǔ)算法，對(duì)他們而言是完全可以接受的，并且他們有很高的學(xué)習(xí)興趣，愿意積極參與人工智能的各類活動(dòng);從學(xué)校角度，學(xué)校對(duì)課程開發(fā)基于高度支持與放權(quán)，把握好人工智能教育的方向，做到從實(shí)際出發(fā)推廣落地;從教師角度，保持開放的心態(tài)，主動(dòng)了解人工智能前沿技術(shù)，與教材知識(shí)體系結(jié)合，與軟硬結(jié)合，大膽嘗試，努力讓課堂更有趣，實(shí)現(xiàn)邊學(xué)習(xí)邊摸索邊上課。

2.人工智能技術(shù)對(duì)教育生態(tài)體系的影響

（1）教育者角度：從傳統(tǒng)教授到共同學(xué)習(xí)觀念的轉(zhuǎn)變

身處信息高速更迭、新技術(shù)新觀點(diǎn)不斷涌現(xiàn)的當(dāng)代社會(huì)，教師需要不斷地充實(shí)自己的知識(shí)儲(chǔ)備，“吃老本”的教學(xué)理念已經(jīng)不再適用。學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的學(xué)習(xí)熱情和獲取新知識(shí)的途徑不斷提升，在某種程度上小學(xué)高學(xué)段學(xué)生對(duì)信息的敏感程度甚至?xí)哂诮處?。因此，教育者是時(shí)候轉(zhuǎn)變思想了，從知識(shí)傳遞者向共同學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變。

（2）學(xué)習(xí)者角度：全面提升學(xué)生信息素養(yǎng)

2017版高中新課標(biāo)明確指出，信息技術(shù)課程是一門旨在全面提升學(xué)生信息素養(yǎng)，幫助學(xué)生掌握信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)與技能、增強(qiáng)信息意識(shí)、發(fā)展計(jì)算思維、提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力、樹立正確的信息社會(huì)價(jià)值觀和責(zé)任感的基礎(chǔ)課程。信息技術(shù)的核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會(huì)責(zé)任。

（3）學(xué)科角度：多學(xué)科融合

人工智能作為一項(xiàng)多學(xué)科融合的復(fù)雜性課題，涉及哲學(xué)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科知識(shí)。在小學(xué)階段，人工智能以獨(dú)立的學(xué)科存在的可能性和價(jià)值性都不高，但基于其涉及領(lǐng)域的多樣性，可以與多個(gè)學(xué)科融合。其中，關(guān)聯(lián)性最高的是信息技術(shù)學(xué)科，同時(shí)，人工智能與科學(xué)、數(shù)學(xué)、道德與法制學(xué)科都有一定的關(guān)聯(lián)性，是一項(xiàng)與多學(xué)科融合的課題。

● 人工智能走進(jìn)小學(xué)信息技術(shù)課程

相比現(xiàn)階段小學(xué)所開設(shè)的信息技術(shù)課程，人工智能所涉及的知識(shí)理論要更加深?yuàn)W復(fù)雜。學(xué)生年齡的限制和相對(duì)薄弱的基礎(chǔ)知識(shí)，使得傳統(tǒng)的教學(xué)模式不僅不能發(fā)揮出應(yīng)有的效果，反而會(huì)削減學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這就要求教師能夠針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)以及人工智能教學(xué)新要求，對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式進(jìn)行改革與創(chuàng)新。以“認(rèn)識(shí)和感悟”為核心的教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)過(guò)程中可以通過(guò)認(rèn)識(shí)、感悟和嘗試人工智能這三個(gè)階段，逐步引領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)人工智能的世界，體會(huì)人工智能為我們生活學(xué)習(xí)帶來(lái)的便利和積極意義。

1.人工智能課程實(shí)施的困境及解決方法分析

目前，在人工智能走進(jìn)小學(xué)信息技術(shù)課堂的過(guò)程中，仍然存在很多難題亟待解決。本文將重點(diǎn)從課程標(biāo)準(zhǔn)及教材、專業(yè)教師、基本設(shè)備和課程時(shí)間及類型這四個(gè)方面分別展開說(shuō)明，并結(jié)合實(shí)際課堂和學(xué)校實(shí)際情況提出有針對(duì)性的解決方案。

（1）沒(méi)有統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)和教材

目前，人工智能課程還沒(méi)有統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，這就造成人工智能相關(guān)課程雖然出現(xiàn)在小學(xué)信息技術(shù)課堂上，但大多是以單獨(dú)的課時(shí)形式出現(xiàn)，缺乏連貫性和標(biāo)準(zhǔn)性。因此，應(yīng)盡快制訂并出臺(tái)全國(guó)性的中小學(xué)人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)性教材。當(dāng)然，由于人工智能領(lǐng)域涉及的技術(shù)眾多，且發(fā)展更迭速度較快，教師可根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況和學(xué)生水平，積極開發(fā)符合本校實(shí)際情況的人工智能校本課程。

（2）專業(yè)教師不足

人工智能是一個(gè)以計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)，由計(jì)算機(jī)、心理學(xué)、哲學(xué)等多個(gè)學(xué)科交叉融合成學(xué)科。學(xué)科內(nèi)涉及內(nèi)容多而復(fù)雜，且專業(yè)性較強(qiáng)。而信息技術(shù)只是人工智能學(xué)科體系中的一部分，傳統(tǒng)的信息技術(shù)教師在人工智能課程的教學(xué)過(guò)程中會(huì)比較吃力。另外，基于人工智能學(xué)科自身性質(zhì)，需要按照教學(xué)模塊組織相對(duì)應(yīng)的實(shí)踐活動(dòng)。因此，人工智能學(xué)科的教師團(tuán)隊(duì)，需要多個(gè)領(lǐng)域（如計(jì)算機(jī)科學(xué)、程序設(shè)計(jì)和圖像處理等領(lǐng)域）的專業(yè)人才。

（3）課程所需基本設(shè)備缺乏

人工智能課程中對(duì)設(shè)備的硬件和軟件環(huán)境均有較高要求，傳統(tǒng)的信息技術(shù)授課教室無(wú)法滿足教學(xué)要求。很多適合學(xué)生體驗(yàn)的語(yǔ)音識(shí)別和圖像識(shí)別APP，由于設(shè)備的缺乏難以真正走進(jìn)課堂，弱化了學(xué)生的參與感，影響教學(xué)效果。因此，教師應(yīng)充分了解所在學(xué)校已有設(shè)備，將設(shè)備功能最大化;同時(shí)，借鑒兄弟學(xué)校的經(jīng)驗(yàn)，盡量以低成本開展摸索階段的教學(xué)工作。

（4）課程時(shí)間及類型安排問(wèn)題

人工智能課程中所涉及的實(shí)踐環(huán)節(jié)較多，每周一個(gè)課時(shí)無(wú)法支持實(shí)踐環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行。如果強(qiáng)行將課程劃分為兩部分，即將講解和實(shí)踐環(huán)節(jié)分割開，會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)生的體驗(yàn)感受。因此，可以嘗試將人工智能課程進(jìn)行劃分，將其分為普通課程和興趣課程。普通課程側(cè)重理論，興趣課程側(cè)重實(shí)踐，讓學(xué)生自主選擇適合自己的課程，在有限的時(shí)間內(nèi)將教學(xué)效果最優(yōu)化。同時(shí)，充分利用課后社團(tuán)活動(dòng)，幫助學(xué)生在小范圍內(nèi)組織相關(guān)實(shí)踐活動(dòng)，積累經(jīng)驗(yàn)。

2.人工智能課程設(shè)計(jì)方案

（1）目標(biāo)

小學(xué)學(xué)段的學(xué)生還不具備理解人工智能復(fù)雜算法的能力。因此，在教學(xué)過(guò)程中以認(rèn)知和感知為主，即結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，以了解和認(rèn)識(shí)為主要目的，側(cè)重體驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生了解人工智能的特點(diǎn)，感悟人工智能對(duì)生活和學(xué)習(xí)的影響。在教學(xué)過(guò)程中以拓展思維為核心，以活動(dòng)—體驗(yàn)—提煉—思考—實(shí)踐為新的教學(xué)模式，讓學(xué)生在課堂上共享應(yīng)用人工智能、協(xié)作開展學(xué)習(xí)交流的樂(lè)趣，在課程結(jié)束時(shí)做到“有所知、有所得、有所感、有所悟、有所樂(lè)”。讓學(xué)生在輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍中學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等概念，體會(huì)它們?cè)谌斯ぶ悄軕?yīng)用中的作用。在課程設(shè)置中注重案例與理論的結(jié)合，將語(yǔ)音識(shí)別、文字翻譯、人臉識(shí)別、車牌識(shí)別、文字識(shí)別等內(nèi)容模塊化。低年級(jí)以興趣培養(yǎng)為主，中年級(jí)擴(kuò)展圖像化編程，高年級(jí)進(jìn)一步結(jié)合硬件操作，將知識(shí)進(jìn)行整合，針對(duì)不同年齡階段的學(xué)生，開展符合學(xué)情的課程類型。

（2）具體方案

①認(rèn)識(shí)人工智能。通過(guò)課前調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)人工智能并不陌生。說(shuō)到人工智能，他們可以聯(lián)想到很多身邊所見的實(shí)例，如掃地機(jī)器人、百度小度、商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人等。因此，人工智能課程設(shè)計(jì)的首要任務(wù)不是幫學(xué)生總結(jié)人工智能的概念、研究現(xiàn)狀和核心技術(shù)，而是采用逆向教學(xué)的方式，從具體應(yīng)用場(chǎng)景入手，讓學(xué)生知道人工智能究竟可以做什么。在教學(xué)導(dǎo)入部分，以視頻為載體，使用設(shè)問(wèn)導(dǎo)入法，激發(fā)學(xué)生的好奇心，同時(shí)，明確學(xué)生的主體地位，增加學(xué)生交流討論環(huán)節(jié)比重，引導(dǎo)學(xué)生自主研究。

②感悟人工智能。學(xué)生經(jīng)過(guò)第一階段的學(xué)習(xí)，對(duì)人工智能有了基本的認(rèn)識(shí)，但并沒(méi)有形成完整的知識(shí)體系。他們知道人工智能的很多應(yīng)用，但對(duì)這些應(yīng)用的分類和關(guān)系是模糊的。此時(shí)，是課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵時(shí)刻，也是將學(xué)生興趣向感悟進(jìn)行轉(zhuǎn)化的合適時(shí)機(jī)。在第二階段的教學(xué)中，筆者本著“輕技術(shù)，重感悟”的原則，從“看、聽、說(shuō)、想、動(dòng)”五個(gè)方面開展感悟人工智能的教學(xué)。當(dāng)然，“輕技術(shù)”并不是完全忽略技術(shù)的教學(xué)，而是將技術(shù)隱藏于具體應(yīng)用之下，通過(guò)有形的實(shí)際應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)掘隱藏在背后的無(wú)形的技術(shù)。以興趣作為牽引，降低學(xué)生的接受難度。

③嘗試人工智能。經(jīng)過(guò)認(rèn)識(shí)和感悟人工智能，學(xué)生初步掌握了人工智能，并對(duì)其應(yīng)用場(chǎng)景有清晰的劃分。學(xué)生在這一階段擁有較強(qiáng)的表現(xiàn)欲望，教師可以劃分出多個(gè)具有可操作性的小課題，讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行相關(guān)資料搜集和匯報(bào)演講，使學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作加深感悟與認(rèn)識(shí)。以“人機(jī)交互”這一課題為例，在學(xué)生完成相關(guān)內(nèi)容的演講之后，教師提出“猜畫小歌”這一微信小游戲，組織學(xué)生以小組為單位進(jìn)行游戲，在游戲中加深對(duì)人機(jī)交互的理解。

（3）環(huán)境需求

①硬件環(huán)境：計(jì)算機(jī)或iPad。

②軟件環(huán)境：圖像識(shí)別（形色）、圖像編輯（Prisma）、語(yǔ)音識(shí)別（訊飛輸入法）、人機(jī)交互（百度小度）。

3.課程改革與創(chuàng)新的實(shí)施效果

（1）學(xué)生角度

人工智能走進(jìn)小學(xué)信息技術(shù)課堂，幫助學(xué)生拓展思維，讓學(xué)生在輕松愉悅的課堂氛圍中了解“機(jī)器學(xué)習(xí)”“大數(shù)據(jù)”等專業(yè)概念，親身體會(huì)“圖像識(shí)別”“語(yǔ)音識(shí)別”和“人機(jī)交互”的實(shí)際操作，達(dá)到了在游戲中認(rèn)識(shí)、在認(rèn)識(shí)中感悟、在感悟中學(xué)習(xí)的目的。

（2）教師角度

人工智能學(xué)科的復(fù)雜性和交叉性，無(wú)疑向授課教師提出了更高的要求，加大了教師的備課難度。但與此同時(shí)也使得教師在課程中和學(xué)生共同進(jìn)步，不斷提升專業(yè)水平。

（3）學(xué)校角度

人工智能和信息技術(shù)學(xué)科間的融合，促進(jìn)小學(xué)信息技術(shù)課程內(nèi)容和體系的現(xiàn)代化建設(shè)，有利于學(xué)校培養(yǎng)出具備信息素養(yǎng)的新時(shí)代人才。

● 總結(jié)

在人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的信息化時(shí)代，實(shí)施并推進(jìn)新一代信息技術(shù)與教育教學(xué)工作融合，加速我國(guó)教育生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程，是教育領(lǐng)域研究者需要積極面對(duì)并認(rèn)真思考的重要課題。在探究如何更好地將人工智能引入小學(xué)信息技術(shù)課程的實(shí)例中，筆者發(fā)現(xiàn)隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展和成熟，信息技術(shù)與教育生態(tài)系統(tǒng)融合后形成的新場(chǎng)景、新功能和新模式，勢(shì)必對(duì)未來(lái)的教育教學(xué)工作產(chǎn)生重要影響。今后，筆者將結(jié)合新時(shí)代教師及學(xué)生對(duì)知識(shí)多維度的需求，以人工智能浪潮為契機(jī)，逐步調(diào)整并平衡傳統(tǒng)課程內(nèi)容及模式在新技術(shù)面前存在的諸多問(wèn)題，完善教育理念及教學(xué)模式，培養(yǎng)出具備信息素養(yǎng)的新時(shí)代人才。

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作者簡(jiǎn)介：陳紫揚(yáng)，女，在北京信息科技大學(xué)獲得信息與通信工程專業(yè)工學(xué)碩士學(xué)位，研究方向?yàn)?G移動(dòng)通信和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)輿情傳播分析。