摘要：加強(qiáng)小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)教育，是培養(yǎng)未來創(chuàng)新型人才的重要途徑之一，在科技進(jìn)步與社會需求的共同促進(jìn)下，人工智能的發(fā)展日新月異，成為如今最熱門的一項科技。人工智能走進(jìn)中小學(xué)的課堂，對于提高中小學(xué)生科技素養(yǎng)有極大的推動作用。通過學(xué)習(xí)創(chuàng)客教育和編程，不僅掌握計算機(jī)基本知識與技能，更能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和解決問題的能力，對小學(xué)生科技素養(yǎng)的提升尤為重要。

關(guān)鍵詞：人工智能；科技素養(yǎng)；創(chuàng)客教育

一、引言

人工智能（Artificial Intelligencn），英文縮寫AI，它主要是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。現(xiàn)如今不僅在各大高校開設(shè)人工智能相關(guān)專業(yè)，而且在中小學(xué)階段也設(shè)置人工智能相關(guān)課程，并逐步推廣編程教育。編程對于鍛煉學(xué)生的思維能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)綜合能力，鍛煉邏輯思維、創(chuàng)造性思維，提高小學(xué)生科技素養(yǎng)的重要作用。在實際生活中如何引導(dǎo)孩子們接觸編程，喜歡編程，并對培養(yǎng)學(xué)生的科技素養(yǎng)有什么幫助？如何發(fā)展和普及人工智能教育進(jìn)行個人意見闡述。

二、人工智能對小學(xué)生科技素養(yǎng)的培養(yǎng)

（一）引發(fā)學(xué)生科技素養(yǎng)的興趣愛好

孔子曾說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！薄皹分本褪桥d趣，當(dāng)學(xué)生對人工智能產(chǎn)生濃厚的興趣，就能產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)驅(qū)力，就可以充分發(fā)揮學(xué)生主體的聰明才智，而興趣的產(chǎn)生往往要以相應(yīng)的知識技能作為基礎(chǔ)。對于初次接觸編程的三四年級學(xué)生，我們應(yīng)該怎么培養(yǎng)他們對人工智能的興趣呢？科技發(fā)展就是為我們的生活服務(wù)的，例如我們每天上下學(xué)，在十字路口或者學(xué)校門口都會遇到交通信號燈，想必是學(xué)生非常熟悉的東西，交通信號燈通常由紅、黃、綠三種顏色燈組成，按照設(shè)定好的時間節(jié)點(diǎn)順次運(yùn)行來指揮交通。小學(xué)生就會產(chǎn)生很多的疑問：紅燈、黃燈、綠燈是按照什么順序依次閃爍的？閃爍的時間有什么樣的規(guī)律？能不能調(diào)節(jié)時間？當(dāng)學(xué)生對這些現(xiàn)象產(chǎn)生疑問以后，我們就引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能中的編程，并讓學(xué)生自己猜想假設(shè)某個紅綠信號燈的亮滅次序為：綠燈點(diǎn)亮30秒然后熄滅，接著黃燈點(diǎn)亮3秒然后熄滅，最后是紅燈點(diǎn)亮30秒再熄滅，并循環(huán)完成。那么學(xué)生先搭建紅綠燈結(jié)構(gòu)架模型，然后組裝控制器、LED燈和電源，然后編寫程序：在“控制”列表中找到“程序開始”指令，添加到編輯區(qū)，然后添加外設(shè)模塊“LED燈”當(dāng)“外設(shè)”列表中出現(xiàn)與LED相對于的指令時，編寫：打開“綠燈”端口電燈，延時30秒，關(guān)閉。打開“黃燈”端口電燈，延時3秒，關(guān)閉；打開“紅燈”端口電燈，延時30秒，關(guān)閉；打開“黃燈”端口電燈，延時3秒，關(guān)閉；添加“循環(huán)”模塊。然后點(diǎn)擊“上傳程序”，就可以看到綠燈、黃燈、紅燈順序點(diǎn)亮。

當(dāng)學(xué)生看到自己編程就能控制紅綠燈的信號燈閃爍時間和順序，滿滿的自豪感，不知不覺中就會引發(fā)學(xué)生對人工智能的興趣。其中有些愛思考的學(xué)生會想到在紅綠燈的編程上加以改進(jìn)，縮短紅黃綠燈的時間設(shè)置，都設(shè)定為5秒，就可以形成彩燈循環(huán)模式，學(xué)生忽然發(fā)現(xiàn)晚上高樓大廈周圍循環(huán)閃爍的彩燈原來是這么簡單的原理，只是人工智能中的初級應(yīng)用就能解決，從而產(chǎn)生對人工智能繼續(xù)探索的興趣。同時引發(fā)學(xué)生再次思考：在現(xiàn)有的紅綠交通燈樣式和功能基礎(chǔ)上，想一想有沒有辦法能夠改良傳統(tǒng)的交通燈，讓色盲人群也可以正常的開車出行？學(xué)生通過自己動手組裝模型，自己動手編寫小程序，親自控制交通燈，感覺到成就感和自豪感，并對人工智能產(chǎn)生很高的興趣，想學(xué)習(xí)更多關(guān)于人工智能的知識來解決更復(fù)雜的問題。

（二）培養(yǎng)學(xué)生科技素養(yǎng)的探究能力

科學(xué)素養(yǎng)中需要小學(xué)生培養(yǎng)出科學(xué)探究的能力，重視培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。在人工智能的學(xué)習(xí)中會綜合學(xué)習(xí)到許多機(jī)械、電子、自動化、計算機(jī)軟硬件等知識，同時會運(yùn)用許多傳感設(shè)備來實現(xiàn)，對學(xué)生拓寬視野，提高科學(xué)素養(yǎng)有很大幫助。走在馬路上，我們會發(fā)現(xiàn)路上鋪著黃色凸起的地磚，這是專門為盲人設(shè)計的盲道。盲人獨(dú)自出門的時候，都會使用拐杖探路，但是遇到前方有障礙物時，只有拐杖碰上障礙物才能知道，不小心碰上就會導(dǎo)致受傷，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這個問題以后，就想幫助盲人解決難題，有的學(xué)生建議盲人出行時帶一個呼啦圈，有的學(xué)生建議拐杖前面水平安裝一節(jié)探測的木棍，各種意見如果實施起來，雖然可以解決問題但是也增加了盲人出行的負(fù)擔(dān)。這時有幾位機(jī)器人小組的學(xué)生提出：“如果拐杖能提前檢測前方是否有障礙物，就可以讓盲人出行更安全?！蹦敲慈绾巫尮照饶軌驒z測前方有無障礙物呢？善于細(xì)心觀察的學(xué)生就發(fā)現(xiàn)，汽車在倒車的時間，車上的倒車?yán)走_(dá)會根據(jù)后方障礙物的距離而發(fā)出不同的聲音，來提示停車的距離。能不能把這個原理應(yīng)用到拐杖呢？學(xué)生發(fā)現(xiàn)可以采用超聲波傳感器來檢測，利用超聲波遇到障礙物會反射的原理，只需要反復(fù)判斷拐杖距離前方障礙物的距離，如果小于安全距離，就發(fā)出提示音，提醒盲人。那么學(xué)生利用動手客控制板，超聲波測距器，蜂鳴器及結(jié)構(gòu)件。

首先把控制器和測距儀、蜂鳴器固定安裝到拐杖，然后自己設(shè)計程序：在“控制”列表中找到“程序開始”指令，添加到編輯區(qū)，然后添加外設(shè)模塊“超聲波測距器”，當(dāng)“外設(shè)”列表中出現(xiàn)與超聲波測距器相對的指令時，編寫：當(dāng)條件從超聲波測距器到障礙物之間距離小于20厘米，成立時執(zhí)行打開拐杖上的蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)出急促的提示音，延時500毫秒；當(dāng)條件從A到障礙物之間距離大于20厘米，關(guān)閉蜂鳴器，反復(fù)條件循環(huán)。然后點(diǎn)擊“上傳程序”，學(xué)生利用程序和結(jié)構(gòu)件巧妙地完成導(dǎo)盲拐杖，并組裝完成進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)效果非常好。整個過程中，學(xué)生們獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、猜想、假設(shè)、設(shè)計程序、實驗驗證、總結(jié)經(jīng)驗，很大程度提高了科學(xué)探究能力，激勵學(xué)生在科技道路上繼續(xù)探究的信心。

（三）培養(yǎng)學(xué)生科技素養(yǎng)的創(chuàng)造能力

創(chuàng)造性思維是一種打破慣性思維從而解決問題的新方式，對同一個問題采取打破常規(guī)重新組合，實驗探究并探索規(guī)律，得到新思維成果的思維過程。要求小學(xué)生在掌握人工智能的基本知識和基本技能的同時，對身邊的事物采取改進(jìn)措施，大膽創(chuàng)新，并可以把自己天馬行空的想法親手制作出來。

例如，①智能過馬路神器：在十字路口，行人過馬路時，當(dāng)對面的綠燈還剩一秒鐘，總有一些人急急忙忙趕最后的一秒搶著跑過馬路，這樣的情況很容易出現(xiàn)車禍，所以很多城市都在十字路口安排志愿者服務(wù)，指揮行人過馬路，可是總有個別人好像看不見聽不見，等到出現(xiàn)危險才后悔莫及。我們的學(xué)生發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象后，積極動腦思考：怎么樣才能采用人工智能解決行人過馬路的問題？善于觀察思考的學(xué)生發(fā)現(xiàn)小區(qū)門口指揮汽車進(jìn)出的起落桿，于是學(xué)生利用動手客控制板、計時器、結(jié)構(gòu)件。首先搭建模型，安裝結(jié)構(gòu)件，然后自己設(shè)計程序：在“控制”列表中找到“程序開始”指令，添加到編輯區(qū)，然后添加外設(shè)模塊“計時器”當(dāng)“外設(shè)”列表中出現(xiàn)與計時器相對于的指令時，編寫：打開“舵機(jī)”端口為“開”旋轉(zhuǎn)，升起起落桿，延時30秒，關(guān)閉舵機(jī)端口為“關(guān)閉”降落起落桿；延時3秒，關(guān)閉；添加“循環(huán)”模塊。然后點(diǎn)擊“上傳程序”。這樣只需要在馬路的兩端都放置一組起落桿裝置，配合紅綠燈的時間就可以起到智能指揮作用，這個發(fā)明不僅能有效地指揮行人，還能夠節(jié)約人力資源。

②智能藥品快遞器。當(dāng)我們生病了需要到藥店里面買藥時，藥品超市，目前還是采取人工超市模式，品種繁多的藥品擺放在不同的貨架上，全靠工作人員的腦子記憶各種藥品放置的位置，如果遇到工作經(jīng)驗不足或者比較少見的藥品或者藥品名稱相近的，尋找起來比較的麻煩，耽誤病人寶貴的時間，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象以后，積極的動腦思考：“能否應(yīng)用人工智能解決這個問題？”最終找到合適的方法：首先對藥品貨架進(jìn)行改進(jìn)，采用車站自動售貨架的模式，并將每種商品按照分類編寫順序貼上電子二維碼，比如設(shè)置三九醫(yī)藥的999復(fù)方感冒靈顆粒為0001號藥品，然后采用結(jié)構(gòu)件搭建轉(zhuǎn)運(yùn)小車，并安裝數(shù)碼傳感器和機(jī)械手臂，然后編寫程序：在“控制”列表中找到“條件”添加到編輯區(qū)，然后添加外設(shè)模塊“數(shù)碼傳感器”，當(dāng)“外設(shè)”列表中出現(xiàn)與數(shù)碼傳感器相對于的指令時，編寫：輸入程序藥品編號：0001，數(shù)量：1，設(shè)置舵機(jī)“機(jī)械手臂”端口為開，添加“循環(huán)”模塊。然后點(diǎn)擊“上傳程序”，執(zhí)行程序，返回。當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)小車運(yùn)行到相對于的藥品時，數(shù)碼傳感器掃描藥品二維碼，然后伸出機(jī)械手臂取來放置在小車上，返回到柜臺進(jìn)行結(jié)算。如何需要多個藥品可以一次性輸入，轉(zhuǎn)運(yùn)小車一次性全部取來，也可以多部轉(zhuǎn)運(yùn)小車同時工作，快捷方便，節(jié)約人工成本，更好地為病人服務(wù)。

三、在小學(xué)校園普及人工智能的困難及建議

（一）缺乏人工智能相關(guān)的配套設(shè)施

人工智能在西北地區(qū)的發(fā)展很不均衡，城市學(xué)校最早接觸并積極投入資金開設(shè)機(jī)器人、創(chuàng)客、編程等課程，但是更多的縣城學(xué)校和農(nóng)村學(xué)校，由于資金投入不足，教師配備缺少，根本無力開設(shè)編程課程。希望教育行政部門能夠加大對薄弱學(xué)校資金和師資力量的投入，采取專項資金專用，采購設(shè)備，加強(qiáng)對教師的培訓(xùn)，使更多的教師能夠勝任簡單的編程教學(xué)。

（二）缺乏專業(yè)的教師。

縣城辦學(xué)規(guī)模較大的學(xué)校，還能配備1-2名專業(yè)的計算機(jī)教師，但是這些教師要擔(dān)任全校的信息技術(shù)課程，課時量早就滿負(fù)荷，很難有多余的課時來上編程等課程，更多的鄉(xiāng)村學(xué)校很少有計算機(jī)專業(yè)的教師，很多學(xué)校的教師都沒有接觸過編程，更別說人工智能專業(yè)的教師。因此也特別希望人工智能專業(yè)的畢業(yè)生，能夠走進(jìn)基層教育，學(xué)校加強(qiáng)對專業(yè)人才的引進(jìn)，可以相應(yīng)提高這些專業(yè)教師的待遇和福利，讓更多優(yōu)秀的人工智能人才進(jìn)入小學(xué)，讓更多的學(xué)生能夠接觸編程，感受人工智能帶來的方便快捷。

（三）缺乏參加國內(nèi)比賽的機(jī)會

近幾年來，國內(nèi)外已經(jīng)舉辦了很多人工智能相關(guān)的比賽，例如全國青少年人工智能創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽、世界機(jī)器人大會、青少年電子信息智能創(chuàng)新大賽等，但是縣城、農(nóng)村小學(xué)由于受設(shè)備、相關(guān)培訓(xùn)等限制，沒有機(jī)會參加此類比賽獲取知識和經(jīng)驗。希望國家級、省級的比賽面向更多的縣城、農(nóng)村小學(xué)發(fā)出邀請函，讓他們有機(jī)會參加或者觀摩比賽，面對面地向優(yōu)秀團(tuán)隊的隊員虛心請教，互相探討人工智能的知識和技能，以此來增加學(xué)生的見識和經(jīng)驗。

四、在小學(xué)校園普及人工智能的策略

（一）開設(shè)人工智能相關(guān)的課程。

人工智能學(xué)習(xí)是一個完全靠自己動手搭建、編程、調(diào)試、操作和運(yùn)行的過程，在小學(xué)階段主要開設(shè)Wedo系列、EV3系列、（阿爾法套裝—初級）、Scratch圖形界面編程、Python人工智能編程、Nol 系列課程等。少兒編程教育由于接觸的知識還不夠，并不是學(xué)習(xí)如何寫代碼或者直接編制應(yīng)用程序，而是通過軟硬件設(shè)施，直接使用可視化的圖形編程課程，通過融合編程游戲，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。比如學(xué)生想獨(dú)立完成一個動畫設(shè)計，就需要獨(dú)立分析問題，拆分任務(wù)，思考圖形模塊的排列順序，控制進(jìn)度進(jìn)程，理解“并行”“時間處理”“目標(biāo)實現(xiàn)”等概念。

（二）開設(shè)人工智能相關(guān)的興趣班

人工智能在青少年領(lǐng)域包含少兒機(jī)器人、少兒編程、創(chuàng)客教育和STEAM等，主要融合了物理基礎(chǔ)知識、機(jī)械基礎(chǔ)原理、電子傳感器教學(xué)、計算機(jī)軟硬件等。學(xué)校里面開設(shè)計算機(jī)基礎(chǔ)知識，讓學(xué)生學(xué)會了計算機(jī)的理論知識和基礎(chǔ)使用技能，但是對于編程還沒有正式教，個別感興趣的學(xué)生除了在家自學(xué)以外應(yīng)該積極參加校外機(jī)器人輔導(dǎo)班，在校外輔導(dǎo)班里面就可以接觸最新的設(shè)備和知識，有專業(yè)的輔導(dǎo)教師，并能夠自己動手動腦進(jìn)行實踐活動，鼓勵學(xué)生創(chuàng)造與創(chuàng)意的互相分享，從而更注重多重能力，多重思考能力，追求科學(xué)知識與跨學(xué)科的能力，培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展。

（三）積極參加人工智能相關(guān)的比賽

教育部發(fā)布的2022-2025學(xué)年面向中小學(xué)生的全國性競賽活動名單中，和人工智能有關(guān)的比賽有很多，省教育廳、少工委等部門也經(jīng)常舉辦各級各類的比賽。因此我們積極組織教師和學(xué)生參加全國青少年人工智能創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽、全國青少年科技教育成果展示大賽等一系列比賽，并在甘肅省教育廳承辦的第二屆（2021-2022學(xué)年）少年硅谷——全國青少年人工智能教育成果展示大賽火星環(huán)境探測挑戰(zhàn)賽中取得一等獎、二等獎的好名次。

五、結(jié)束語

總之，在小學(xué)校園開設(shè)人工智能課程，不僅對小學(xué)生科技素養(yǎng)的提高有切實的幫助，也是為未來培養(yǎng)科技創(chuàng)新型人才夯實基礎(chǔ)，小學(xué)教師要與時俱進(jìn)，刻苦鉆研，重視人工智能人才培養(yǎng)，為全民智能教育的發(fā)展努力奮斗。

作者單位：羅小偉 甘肅省臨洮縣金澤小學(xué)

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羅小偉（1983.03-），男，漢族，甘肅臨洮，本科學(xué)歷，中小學(xué)一級教師，研究方向：數(shù)學(xué)教學(xué)、小學(xué)計算機(jī)教學(xué)等。