勞動教育背景下的小學人工智能課程研究

沈崢嶸

隨著《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的頒布，六條邏輯主線之一的人工智能教學成為一線教師關注的焦點。如何創(chuàng)新性地實施小學人工智能課程，構建與現實生活接近的項目化情境，給學生鮮活的探索體驗，是當前一線信息科技教師所面臨的難題。實施小學人工智能課程最好的抓手就是讓學生學會“做事”。新時代的勞動教育具有“手腦并用”“綜合育人”等理念，正好為“做事”提供了合適的契機和土壤。勞動教育課程建設需要堅持與學科滲透相結合，打破學科之間、課堂內外、校園內外的邊界，創(chuàng)新課程形態(tài)，完善勞動教育課程體系，充分實現課程育人的功能。基于此，筆者嘗試融入勞動教育理念來實施小學人工智能課程，將勞動教育理念融入小學人工智能課程中，構建“人工智能+勞動”課程體系，力求通過人工智能課程培育學生的綜合素養(yǎng)，使學生形成良好的價值取向，實現智育和勞動教育的育人價值與育人功能。

一、小學人工智能課程融入勞動教育理念的現實意義

1.目標追求一致

人工智能的應用與發(fā)展，其目標是模擬人類的思維過程，延伸和擴展人的智能和行為。從最初的解決單一問題到目前解決各類復雜問題，人工智能已達到了一定的高度。勞動教育的直接目標是讓教育者掌握一定的勞動知識，具備一定的勞動技能。新時代的勞動構成的元素復雜多樣，現代化、信息化、智能化的勞動內容不斷增加，勞動教育更是“手腦并用”的教育。開展勞動實踐活動，在實踐中可不斷深化自身對智力和能力的認識。由此可見，在目標追求上，人工智能教育和勞動教育具有一致性，都是為了開發(fā)、延伸人的智能，使人具有更好的思考和行動能力。

2.技術訴求契合

人工智能在一定的應用場景中，根據用戶需求和特點，基于大數據、算法、算力、機器學習、自動化程序設計等，不斷地優(yōu)化、升級迭代和自我提升，以適應“應用場景”的變化和需求。新時代的勞動教育，也是以推動科學技術發(fā)展為訴求展開的。新時代的勞動教育要求學生掌握當前社會發(fā)展需要的科學技術知識、科學技術能力的同時，進行創(chuàng)新活動，推動科學技術的發(fā)展和進步。勞動教育既能在科學技術的賦能下開展，又能推動科學技術的發(fā)展。因此，人工智能賦能勞動教育，使勞動教育的質量提升到一個新的層級，勞動教育又反哺人工智能，以高素質的勞動者推動人工智能向更深層次發(fā)展。

3.價值生成同向

人工智能的自動化釋放了更多勞動力去執(zhí)行更智能的任務，同時也降低了工作環(huán)境帶來的高風險。通過大數據、算法、算力，可以把很多人的智慧融合起來，生成一種新型的智慧成果。勞動教育同樣也遵循直接創(chuàng)造價值和生成價值的內在邏輯。一方面，勞動教育提升了教育者的勞動素質，使勞動者在勞動過程中提高生產效率，直接創(chuàng)造價值；另一方面，勞動教育提高整個社會的勞動生產力，使社會發(fā)展具有內生動力，推動社會整體進步。因此，將人工智能應用于勞動教育，能夠產生協(xié)同效應，共同推動社會發(fā)展和進步。

二、融入新時代勞動教育理念的人工智能課程實施路徑

1.學科融合：建構“人工智能+勞動”課程體系

學科融合已成為培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”的重要途徑?！读x務教育信息科技課程標準（2022 年版）》指出，教師應當依據核心素養(yǎng)，挖掘學科育人價值，融入跨學科主題的教學，實現多學科教師和學生共同設計與創(chuàng)造。因此，在原有的人工智能課程學習領域的基礎上，進行延伸拓展，將多學科知識納入小學“人工智能+勞動”拓展課程中，全方位對學生在人工智能課程學習過程中進行勞動教育滲透，完善“人工智能+勞動”拓展課程，努力構建德智體美勞全面培養(yǎng)的教育體系，形成更高水平的人才培養(yǎng)機制。如圖1 所示，在人工智能課程體系的建構中，“人工智能+勞動”拓展課程與原有的人工智能基礎學習課程相比，操作和技能已經不是重點的培養(yǎng)方向，而是將貼近學生生活的技術、基于學生興趣的勞動項目作為主線，引導學生學習用人工智能技術賦能勞動項目的相關知識，幫助學生經歷包括方案構思、驗證實現和反思評價操作在內的一系列真實思維建構的勞動創(chuàng)造過程。在小學階段，從人工智能運用的場景體驗入手，學習人工智能技術的基本原理，掌握基本的計算和編程技能，嘗試運用大數據分析、智能控制等。勞動教育的數字化轉向，意味著綜合性能力的培養(yǎng)和創(chuàng)造性能力的發(fā)揮，意味著從“技能型”向“復合型”人才的轉變。

圖1 小學“人工智能+勞動”課程示意圖

2.因地制宜：開發(fā)“人工智能+勞動”教學資源

勞動源于生活，人工智能技術服務于生活。我們的教學應跳出原有藩籬，回歸生活的本真。只要教育者有心，從日常的生活與勞動中都能挖掘到人工智能教育的“素材”。只要找準定位，就地取材，校園的一花一草一木，家鄉(xiāng)的土壤空氣水源，人們的衣食住行等，都可以成為“人工智能+勞動”實踐的對象。“校園中新栽種的大樹旁為什么要插入白色的管子”“農村老年人如何正確服藥”“農村居民騎電動車不戴頭盔”等生活問題，都可以成為師生開發(fā)和利用的資源?？梢哉f，人工智能課程與勞動課程相互滲透、有機融合，既可以讓勞動教育“活”起來，又能充分發(fā)揮人的能動性，讓人工智能場景成為教育者和學生發(fā)掘自身勞動潛能的擴大器。伴隨著數字化勞動等新形態(tài)的涌現，勞動教育更應該關注新的勞動形式和能力要求，增加新的勞動教育內容，提升“智能原住民”的智能素養(yǎng)。

3.跨越時空：創(chuàng)新“人工智能+勞動”教學方式

將人工智能運用于勞動教育，把勞動場景虛擬化，使實踐與知識無縫銜接，可以改變過去的勞動實踐模式，給勞動教育以新的實踐思路。如在勞動課程中有種植、養(yǎng)殖等農業(yè)生產方面的要求，這些實踐過程往往有時間、空間等限制，然而人工智能和虛擬現實的出現，可以大大縮短教學的周期，真正把時間留給學生。學生通過虛擬交互設備和人工智能算法，可對動植物進行定期或不定期澆水或喂食等行為。“虛擬動植物”能夠模仿真實動植物做出各種反應，突破時間、空間的局限性，增強學生興趣，加強學生的主體感受。同時，虛擬現實又具有共享性和開放性，在教育資源匱乏的農村地區(qū)也能夠接觸到優(yōu)質的教育資源。虛擬勞動場景的設置，彌補了過去勞動教育缺乏實踐場景的短板，為勞動教育的知識與技能融合、勞動者創(chuàng)新素質培養(yǎng)提供了更為廣闊的實踐空間。

由此可見，人工智能教育支撐下的勞動教育形態(tài)，將改變以往單向和單一的學習方式，將更多的學習時間還給學生。這樣的創(chuàng)新課堂，將極力推進人工智能教育及勞動教育的雙向突破，利用人工智能載體構建全新的勞動教育創(chuàng)新模式。

三、融入勞動教育理念的小學人工智能課程實踐案例

課程名稱：基于大數據監(jiān)測下防止樹木淹死的智能化設計。

課程背景：為防止學校新栽種的大樹根部積水，在樹旁插兩根塑料管，一方面幫助根部透氣，另一方面方便觀察根部積水情況。但平時養(yǎng)護主要是靠人工一棵棵去觀察，當積水過多時，需要人工將多余的水抽出。這樣的養(yǎng)護方式，要消耗巨大的人力和物力，而且若不及時抽水，樹木的存活率就會降低?；诖碎_發(fā)“人工智能與智慧種植”單元課程，以幫助學生建立與自然、社會的連接，將智能化的勞動內容引入課程中，使學生在學習過程中樹立正確的勞動價值觀，提升各方面的能力。

課程概述：從真實的生活主題情境入手，確定主題問題，以解決大樹栽種存活率為切入點，基于已知提出想法，運用本學科已知概念，融合勞動、科學、技術、工程等多學科知識。學生在探究活動中預測并構思設計方案，學習人工智能的知識和技能，體驗設計師思維，使其在產品開發(fā)以及實踐的過程中不斷發(fā)揮創(chuàng)造力，體驗工匠精神。

第一階段：入項活動。

課上展示學生熟悉的校園、周邊小區(qū)、東太湖濕地公園新栽大樹兩旁預埋管子的圖片，啟發(fā)學生思考，激發(fā)學生探究的欲望。然后，出示本次項目式學習的內容（如表1 所示），并提出以下問題：（1）這次項目式學習的任務是什么？（2）要完成這個任務，需要哪些信息？（3）要想找到這些信息，需要用哪些方法？

表1 項目式學習任務單

設計意圖：本階段是入項階段，學生在教師的引導下，體驗勞動的艱辛，理解情境中包含的任務，為接下來“提出問題”“解決問題”做好鋪墊。

第二階段：探索方法。

在老師的帶領下在校園測量大樹旁預埋塑料管的高度、直徑和觀察PVC 管中水位高度情況。利用雙休日在家長的帶領下去小區(qū)、生態(tài)公園等地方測量塑料管的高度、直徑、水位情況，并做好記錄，采訪養(yǎng)護工人是否記錄養(yǎng)護數據，并完成相應的數據統(tǒng)計。

設計意圖：本階段是在第一階段情境任務基礎上，結合實際觀察測量的數據，讓學生以解決江南地區(qū)大樹栽種存活率為切入點，基于已知，提出想法，引導學生將理解的情況和掌握的數據轉化為信息科技問題，遷移本學科已知概念，疊加多學科概念，融入相應的大概念教學。

第三階段：頭腦風暴，分析問題

學生在了解了相關栽種大樹、測量統(tǒng)計的基礎上，教師設置單元任務——防止樹木淹死的智能化設計，基于任務自主了解人工智能技術對提高養(yǎng)護大樹效率的促進，以及工人的真實需求，探討“怎樣的智能設計可以大大節(jié)省人力物力”。教師進一步引導學生了解自動化養(yǎng)護大樹的需求，提煉所要解決的問題，讓學生在探究中發(fā)現并分析智能化處理水位、抽水的困難之處，分小組進行頭腦風暴并設計實驗。在完成設計方案之后，通過測試完成學習單（如表2 所示），并根據實驗情況不斷完善方案。

表2 小組學習單

設計意圖：本階段是用大概念統(tǒng)攝與組織教學內容，使離散的事實、技能相互聯系并具備一定的意義。讓學生利用人工智能技術，設計一種可以代替人工檢查并具備抽水的自動化裝置，實時監(jiān)測樹木根部水位情況，一旦達到警戒水位線，水泵就會自動將多余的水排出，從而保證樹木的存活率。

第四階段：設計迭代 優(yōu)化方案。

基于上述制作以及設計情況，學生利用土壤濕度傳感器和小型抽水泵實現自動化，將塑料管中多余的水抽出。教師進一步引導學生產生思考：在濕地公園栽了那么多大樹，如何進行針對性養(yǎng)護？如何知道哪些大樹塑料管中的水泵經常工作？能否把數據發(fā)送到大數據平臺？怎樣設計算法？

設計意圖：本階段是讓學生通過編程，將監(jiān)測到的水位、溫度等數據：傳送到大數據平臺進行分析，從而知道每個區(qū)域水位、溫度的情況以及地勢的高低，進行針對性的養(yǎng)護。借助大數據平臺，設計算法，并通過實踐合理性檢驗，使學生在學習過程中形成持續(xù)學習的動能和學習力。

第五階段：項目成果展覽發(fā)表會。

在完成了“智能抽水裝置+大數據”分析之后，以小組為單位將設計方案以及設計說明制作成展板并進行展示匯報，結合學習單向大家展示自己的作品并分享創(chuàng)作過程以及創(chuàng)作感想。

設計意圖：讓學生體驗成功的喜悅，感受到人工智能技術助力勞動的價值。

第六階段：評價與反思。

評價分為成果評價與學習能力綜合評價兩部分。成果評價主要以學生的產品設計為主要評價對象，評價學生所設計的產品的功能性以及創(chuàng)新性；學習能力綜合評價主要評價學生在單元課程中的表現，從探索學習能力、思考與問題解決能力、溝通合作能力、勞動能力以及積極人格與價值觀五個方面進行全面評價。評價結束后，學習小組要對自己的學習表現進行反思，對學習成果進一步完善。

在小學人工智能課程中融入新時代勞動教育理念，構建“人工智能+勞動”課程體系，突破了原有的單線人工智能或勞動教育課程模式，有效地轉變了學校課程開設的方式。這樣的課程力圖凸顯基于真實情境下的跨學科教學結構，引導學生綜合運用所學知識在學科內、學科間、學科與社會等多種情境下解決真實問題，并以“理論+實踐+勞動”的形式進行教學實踐，有針對性地激發(fā)了學生對勞動教育的興趣，讓他們感受到人工智能對當代勞動者的影響，在實際參與的過程中增進對人工智能的認知，增強體驗感。