在小學(xué)如何有效地分階段實施人工智能校本課程

黃桂平

【摘要】在小學(xué)信息技術(shù)課程中融合人工智能教學(xué)，能全面促進提升學(xué)生的信息技術(shù)素養(yǎng)。本文就如何通過游戲化教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生受到人工智能的啟發(fā);如何引導(dǎo)學(xué)生在日常生活中體驗人工智能產(chǎn)品，進而更深層次地利用編程解決學(xué)習(xí)和生活中的問題，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新思維等進行闡述。在小學(xué)分階段，開設(shè)人工智能課程，可以提升學(xué)生的人工智能認知、思維及能力，使學(xué)生適應(yīng)科技的發(fā)展，迎接未來的生活。

【關(guān)鍵詞】小學(xué);人工智能課程;分階段

隨著信息科技的迅速發(fā)展，人工智能技術(shù)一直處于科技發(fā)展的前沿陣地，2018年1月，教育部印發(fā)了《教育信息化2.0行動計劃》，強調(diào)通過大數(shù)據(jù)的收集和分析，把人工智能融合到日常課堂的教學(xué)中。

一、小學(xué)開展人工智能教育研究的現(xiàn)狀和需求

現(xiàn)階段，人工智能教育課程對小學(xué)生的最大作用不是讓學(xué)生學(xué)會編程，成為一名程序設(shè)計師，編寫更高層次的程序，而是通過人工智能編程教學(xué)發(fā)展學(xué)生的邏輯計算能力。開展人工智能教育的形式有：國家課程及以“機器人教育”“創(chuàng)客教育”“STEM教育”“人工智能教育”等命名的校本課程和校內(nèi)教育活動，各類與信息技術(shù)教育相關(guān)的科技創(chuàng)新競賽活動，相關(guān)教育部門開展的編程、機器人、創(chuàng)客、STEM、無人機及人工智能等主題教育活動。這些課程多數(shù)沒有分階段和針對性地進行實施。所以，在小學(xué)精準地分階段實施人工智能教育已成為亟需解決的問題。

二、小學(xué)階段開展人工智能的有效實施方法

為了更好地銜接初中和高中的人工智能教學(xué)，在小學(xué)階段應(yīng)引入人工智能。最理想的課程是根據(jù)不同階段的學(xué)生，分階段地進行編程實踐教學(xué)。具體如下：

（一）小學(xué)人工智能教學(xué)初入門階段，教師要夯實學(xué)生的基礎(chǔ)知識，把教學(xué)內(nèi)容通過游戲化調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而對學(xué)生進行人工智能啟蒙教育。小學(xué)人工智能教學(xué)初入門階段主要是以游戲為主，讓小學(xué)生開始學(xué)習(xí)編程，其目的不是讓學(xué)生去學(xué)習(xí)編程的強大語言程序，而是開發(fā)學(xué)生的計算思維能力。因此，小學(xué)生低年級的編程課程是以編程思維為主導(dǎo)的游戲化學(xué)習(xí)。

案例如下：筆者在教學(xué)人工智能中《打磚塊》的教學(xué)時，以當前最關(guān)注的新冠肺炎疫情為主題，把磚塊換成新冠病毒的樣式，彈珠球換成新冠疫苗的樣式，擋板換成醫(yī)生的樣式，從而展開一場沒有銷煙的“抗疫拯救”課程，把抗疫戰(zhàn)勝病毒的任務(wù)落到每位學(xué)生的身上，利用一句“我們要努力學(xué)習(xí)，誓要成為‘抗疫小戰(zhàn)士’”向醫(yī)護人員致敬，這樣簡單的一句話把學(xué)生的愛國熱情激發(fā)了。

同時，在編程課教學(xué)中融入測控板的應(yīng)用，使學(xué)生能在直觀的硬件操作中感受到編程的魅力。此外，還有生動有趣的《吹牛大王》《貓和老鼠》《冰火人游戲》《宇宙大戰(zhàn)升級版》等多個課程。

（二）小學(xué)人工智能教學(xué)升華階段要讓每個學(xué)生學(xué)會使用智能工具，體驗學(xué)習(xí)生活中的人工智能產(chǎn)品。在教學(xué)升華階段，要讓學(xué)生利用簡單的圖形化編程完成相關(guān)的人工智能創(chuàng)造活動，也可以通過改變某些參數(shù)完成人工智能作品。在這個教學(xué)過程中，教師應(yīng)巧妙設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生步步為營、環(huán)環(huán)相扣地思考如何設(shè)計才能達到預(yù)期效果。

案例如下：

1.利用語言識別模塊實現(xiàn)人機對話。首先設(shè)置好“識別語音條”和“反饋語文本”，快速實現(xiàn)人機對話效果。通過語音識別模塊軟件，進行參數(shù)設(shè)置編寫。

2.利用人機對話，智能化播放你說要聽的MP3歌曲。

3.利用人機對話，讓學(xué)生設(shè)計編程任務(wù)“聽話的燈”。

語音模塊當聽到你喚醒它：

教師（學(xué)生）：“小工小工！

語言模塊：我在呢！

教師（學(xué)生）：幫我把燈打開！”

語言模塊：好的！燈已經(jīng)打開。

對應(yīng)的電燈就馬上亮了，機器同時語音輸出，當聽到語音“小工小工！關(guān)燈！”，燈馬上就滅了。機器同時語音輸出：“好的，燈已經(jīng)關(guān)掉了。”此外，還可以用此方法推廣到控制啟動電動窗簾、電飯鍋、開風(fēng)扇、開電視等家用電器，讓學(xué)生親身經(jīng)歷，這比教師的言傳效果更好。

（三）小學(xué)人工智能教學(xué)精英階段要開展更深層次的編程教學(xué)，學(xué)習(xí)用編程解決實際問題，培養(yǎng)計算思維、創(chuàng)新思維等信息素養(yǎng)。小學(xué)精英階段的人工智能教學(xué)應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生通過使用語音識別、圖像識別、APP應(yīng)用等進行頭腦風(fēng)暴，學(xué)習(xí)人工智能的具體應(yīng)用進行創(chuàng)作性學(xué)習(xí)。

案例如下：筆者拋出這樣一個問題——垃圾分類問題是現(xiàn)代社會目前的一大難題。如何解決呢？然后讓學(xué)生自己思考處理的方法，學(xué)生的各種設(shè)計、處理方法不斷地涌現(xiàn)出來。

在編程教學(xué)時，讓學(xué)生以自我解決問題為主導(dǎo)，結(jié)合編程軟件、手上的主板、各大種傳感器、步進電機等，進行自主構(gòu)思、創(chuàng)作、修改，并結(jié)合語音識別、圖像識別、APP應(yīng)用等完成《校園智能垃圾分類桶》作品。作品分為圖像識別的微電腦、利用步進電機、滑輪、軌道、舵機、弗蘭板等制作出的待分類工作臺，你把手中的垃圾放在“待分類盒”上，微電腦的圖像識別就會自動識別垃圾的種類，并通過滑輪和軌道，自動移動到對應(yīng)的垃圾桶前面，自動打開工作臺，垃圾自動掉進垃圾桶。這個機器集自動識別、精準自動投放到對應(yīng)分類的垃圾桶里等功能，讓不會分類的人們都可以精準分類垃圾。根據(jù)統(tǒng)計，這樣的投放準確率達到95.6%或以上。

此外，也可以結(jié)合人工智能M6語音識別模塊實現(xiàn)人機對話，機器會根據(jù)你說的垃圾名稱，告訴你應(yīng)該投到哪個垃圾桶里面去。例如，很多低年級學(xué)生知道那個垃圾叫什么名稱，但走到垃圾桶那里就不知道投到哪個垃圾桶里。在這樣的情況下，就可以問機器。

情景如下：

教師（學(xué)生）：大管家！

語言模塊：我在呢！

教師（學(xué)生）：我手上的垃圾是舊電池？

語言模塊：你好！請投到有害垃圾桶里面去，謝謝！

教師（學(xué)生）：我手上的垃圾是可樂罐？

語言模塊：你好！請投到可回收垃圾桶里面去，謝謝！

……

三、結(jié)語

在小學(xué)教學(xué)階段，應(yīng)根據(jù)不同年齡階段開展相應(yīng)的人工智能課程，合理安排課程內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生認知能力、知識掌握水平等綜合因素設(shè)計各階段的課程內(nèi)容。當前，小學(xué)人工智能課程設(shè)計和教學(xué)工作實踐都還處于探索發(fā)展階段，尚有許多研究問題待解決，期待通過更多的課程實踐總結(jié)出一套完整且具有指導(dǎo)性的課程，以幫助學(xué)生更好地適應(yīng)未來生活，提高教育現(xiàn)代化水平。

參考文獻：

[1]教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html，2017-04-18.

[2]王振強.中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀問題與思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019（22）：1-5.

責(zé)任編輯? 胡春華