梁遠(yuǎn)海

〔摘? ? 要〕? 本文從作者對小學(xué)人工智能教育的理解和教學(xué)實施出發(fā)，探討了五個方面內(nèi)容：人工智能教育的概念；小學(xué)人工智能教育的意義；小學(xué)人工智能教育的內(nèi)容；小學(xué)人工智能教育可以怎么開展；人工智能教育要教給學(xué)生什么。

〔關(guān)鍵詞〕? 人工智能；教育；探思

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 15-0016-03

一、人工智能教育的概念

從概念上說，人工智能是一種讓機(jī)器能夠像人一樣聰明靈活和精準(zhǔn)感知，或者比人做得更好的技術(shù)。因此，凡是有助于機(jī)器的人工智能水平提高的技術(shù)都可歸納為人工智能技術(shù)。

人工智能技術(shù)的發(fā)展已有六十七年，也經(jīng)歷了好幾代，而且是一種仍在不斷發(fā)展的技術(shù)。當(dāng)前比較熱門的人工智能技術(shù)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析等，并在語音識別、圖像識別和廣告精準(zhǔn)投放等方面已經(jīng)得到了有效的應(yīng)用。尤其是在最新的ChatGPT、文心一言給人類社會帶來前所未有的震撼的當(dāng)下，人類社會開啟人工智能時代已成為共識。

人工智能技術(shù)以編程技術(shù)為基礎(chǔ)。因此我們學(xué)習(xí)和認(rèn)識人工智能教育，也必須以編程教育為基礎(chǔ)和載體。

二、小學(xué)人工智能教育的意義

小學(xué)人工智能教育的意義在于，讓學(xué)生了解人工智能的基本概念和原理，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維和解決問題的能力，同時也可以為學(xué)生的未來發(fā)展打下基礎(chǔ)。

社會發(fā)展和科技進(jìn)步，使過去只能為少數(shù)學(xué)生接觸到的人工智能教育，正在成為全體學(xué)生都要了解和參與的必修課程。這是一個我們必須正視的發(fā)展趨勢。

2018年，教育部發(fā)布了《教育信息化2.0行動計劃》，提出了“加強(qiáng)學(xué)生信息素養(yǎng)培育”“完善課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，充實適應(yīng)信息時代、智能時代發(fā)展需要的人工智能和編程課程內(nèi)容”等要求。

2022年，教育部發(fā)布了《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》，提出了四個核心素養(yǎng)要求，其中的兩個核心素養(yǎng)“計算思維”和“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”就將人工智能教育蘊(yùn)涵于其中，課標(biāo)中的六大課程結(jié)構(gòu)邏輯主線“數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能”更是把人工智能教育直接包含于其中。

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，小學(xué)人工智能教育將成為一種必要的教育內(nèi)容。在人工智能時代浪潮下，我們有責(zé)任讓下一代學(xué)生接受基本的人工智能教育，以有利于他們更好地適應(yīng)未來社會發(fā)展的需求。

三、小學(xué)人工智能教育的內(nèi)容

小學(xué)人工智能教育的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)以《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》為指導(dǎo)，根據(jù)本地或本校的各方面條件開發(fā)地方課程或校本課程，總體上大致包括以下幾個專題內(nèi)容。

1.人工智能的基本概念和原理：了解人工智能的基本概念和原理，包括人工智能底層技術(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、決策樹和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、現(xiàn)有的人工智能工具（如計算機(jī)視覺、分類器、自然語言處理）以及人工智能應(yīng)用程序。

2.人工智能的應(yīng)用場景：了解人工智能在生活中的應(yīng)用場景，包括交通運(yùn)輸、安防系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、智能家居等，了解人工智能技術(shù)能夠提高效率、提升質(zhì)量、降低成本、改善用戶體驗。

3.人工智能的編程：學(xué)習(xí)人工智能的基礎(chǔ)算法和編程，以及數(shù)據(jù)素養(yǎng)。首先學(xué)習(xí)編程的基本概念、圖形化編程以及簡單的Python代碼編程，讓學(xué)生了解編程的基礎(chǔ)知識，然后通過編寫簡單的人工智能程序，讓學(xué)生了解人工智能的工作原理和編程實踐。

4.人工智能的倫理與道德：了解人工智能的倫理與社會影響，如人工智能對就業(yè)、隱私、安全等方面的影響，了解人工智能的利與弊，培養(yǎng)正確的價值觀和社會責(zé)任感。

四、小學(xué)人工智能教育怎么開展

小學(xué)人工智能教育應(yīng)該是以普及性為主的教育，開展小學(xué)人工智能教育應(yīng)避免陷入“精英”教育的泥潭。在學(xué)校普及人工智能知識、體驗人工智能應(yīng)用、學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)，能在很大程度上解決教育不公平的問題。同時，要在小學(xué)開展人工智能教育，應(yīng)降低學(xué)習(xí)和創(chuàng)作的難度與門檻，讓教師和學(xué)生能夠更專注于創(chuàng)意及其實現(xiàn)。

（一）年齡層次

小學(xué)人工智能教育，是根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)認(rèn)知能力、分年齡層次開展的。

小學(xué)1～2年級，屬于人工智能教育“初始/啟蒙教育”階段，以無屏編程/實物編程為基礎(chǔ)載體，以游戲式體驗為主。

小學(xué)3～4年級，屬于人工智能教育的“基礎(chǔ)/預(yù)備教育”階段，可以考慮引入圖形化編程為基礎(chǔ)載體，以情境化體驗為主。

小學(xué)5～6年級，屬于人工智能教育的“體驗/普及教育”階段，可以在圖形化編程或Python代碼編程里體驗語音識別、圖像識別和機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能擴(kuò)展，做一些相關(guān)案例應(yīng)用，以社會化模擬為主。

（二）教學(xué)理念

小學(xué)人工智能教育是科普、科教類方向，是讓學(xué)生開心地去探索各種各樣可能性的教育。

小學(xué)人工智能教育是不是以將讓學(xué)生學(xué)會制作一些項目作品作為最高目標(biāo)？答案是否定的。小學(xué)人工智能教育的最高目標(biāo)是通過這些作品的制作，培養(yǎng)學(xué)生體會創(chuàng)作的樂趣，樂于和有能力去把自己的想法創(chuàng)意變成作品。

小學(xué)人工智能教育應(yīng)該讓學(xué)生掌握人工智能領(lǐng)域的重要原理和思想，接觸本領(lǐng)域的最新成果，同時也不能急于將過于深奧的算法和模型搬進(jìn)課堂，因而陷入盲目“求新”的誤區(qū)。

小學(xué)人工智能教育應(yīng)該從貼近學(xué)生日常生活的人工智能應(yīng)用出發(fā)，讓學(xué)生通過動手+動腦的實踐活動，了解人工智能技術(shù)的原理和方法，嘗試提出新問題、新思路、新辦法，達(dá)到發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識、提高解決實際問題能力的目標(biāo)。

（三）課程設(shè)計原則

人工智能教學(xué)的課堂，不應(yīng)是常規(guī)的、沉悶的，而應(yīng)是生動的、活潑的、有創(chuàng)造性的。人工智能教學(xué)的課堂，一定不要拘泥于常規(guī)課的模式，要盡量把它當(dāng)作活動課來上，最重要的是抓學(xué)生的興趣。

因此，人工智能課程的設(shè)計原則：第一，知識點要循序漸進(jìn)；第二，例子要有趣或好玩；第三，學(xué)生學(xué)起來難度越小越好。

（四）教學(xué)策略

小學(xué)人工智能教育的教學(xué)策略應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的年齡和認(rèn)知水平來制定。具體來說，可以采用以下四種教學(xué)策略。

游戲化教學(xué)：通過游戲的形式，讓學(xué)生在愉快輕松的學(xué)習(xí)氛圍中學(xué)習(xí)人工智能知識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與度。

個性化教學(xué)：根據(jù)學(xué)生的個性特點和階段要求，采用不同的教學(xué)方法和策略，讓每位學(xué)生都能夠得到有效的教學(xué)指導(dǎo)。

跨學(xué)科教學(xué)：將人工智能教育與其他學(xué)科相結(jié)合，如將人工智能與數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科結(jié)合在一起，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得更多的知識和技能。

任務(wù)和項目導(dǎo)向教學(xué)：通過任務(wù)驅(qū)動和項目實踐，讓學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用到實際中去，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新性思維。

（五）教學(xué)形式

小學(xué)人工智能教育的教學(xué)形式要因時制宜，因地制宜，因人制宜。

從教學(xué)場所來說，初期可以用班級教室、電腦教室，以后有能力也可以新建創(chuàng)客空間/人工智能實驗室示范基地，創(chuàng)建學(xué)校特色。

從教學(xué)對象來說，首先，要面向全體學(xué)生開設(shè)人工智能課程，讓人工智能教育進(jìn)課堂，讓學(xué)生都體驗到人工智能帶來的便利和挑戰(zhàn)；其次，可以面向有特長和興趣的學(xué)生，鼓勵他們加入興趣小組或社團(tuán)，提高教學(xué)的廣度和深度，為特長明顯、興趣濃厚的學(xué)生提供挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)的機(jī)會。

總體來說，各校需要根據(jù)學(xué)校的設(shè)備條件和人員情況，制定人工智能課程實施規(guī)劃，編寫人工智能校本課程，探索人工智能教學(xué)模式，逐步讓越來越多的學(xué)生參與到人工智能學(xué)習(xí)中。

（六）項目平臺

必要的基礎(chǔ)設(shè)施是人工智能課程實施的物質(zhì)保障，但一所學(xué)校往往資源有限、條件不足，可借助免費(fèi)的人工智能課程項目平臺，為學(xué)生提供必要的教學(xué)支持，保證教學(xué)的順利開展。

目前國內(nèi)比較知名的基礎(chǔ)教育階段的人工智能課程項目平臺有：北京師范大學(xué)與騰訊等項目團(tuán)隊依托教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人等項目，童心制物旗下的慧編程平臺。

（七）典型案例

軟件平臺如果能結(jié)合開源硬件模塊，可以制作出更多更有用及有趣的人工智能作品，比如無人駕駛小車、足球機(jī)器人等。因此，以開源硬件模塊作為有效載體開展人工教育教學(xué)，可以進(jìn)一步實現(xiàn)虛實互動、基于真實世界的學(xué)習(xí)。

“智能風(fēng)扇”是一個基于深度學(xué)習(xí)的小學(xué)人工智能教學(xué)策略探究的案例，它運(yùn)用了“主題教學(xué)四步法”（主題情境、探究交流、創(chuàng)意拓展、總結(jié)延伸），讓學(xué)生通過搭建和編程智能風(fēng)扇，了解紅外傳感器和聲音傳感器的原理和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、創(chuàng)造力和合作能力。

“慧編程人工智能語音控制——小小火箭試驗場”也是一個小學(xué)信息科技人工智能教學(xué)案例，它利用慧編程平臺，讓學(xué)生通過語音控制火箭的起飛、降落和變換顏色，了解語音識別技術(shù)的原理和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、邏輯思維和表達(dá)能力。

五、人工智能教育教給學(xué)生什么

（一）從科學(xué)的角度認(rèn)識現(xiàn)實世界

用不插電或電子的方式驗證自己想象，在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中改進(jìn)自己的學(xué)習(xí)方式，最后能解決（抑或是不能）對學(xué)生來說都有收獲。

我們鼓勵學(xué)生利用人工智能軟件平臺及開源硬件模塊，體驗從創(chuàng)意、設(shè)計、制作、編程、測試，到運(yùn)行這樣一個作品創(chuàng)作的完整過程，初步形成以信息科技學(xué)科方法觀察事物和求解問題的能力，促進(jìn)計算思維和創(chuàng)新能力發(fā)展。

（二）從面向未來的角度認(rèn)識最新科技發(fā)展

馬云曾在世界人工智能大會上說，“人工智能的出現(xiàn)必須與教育系統(tǒng)的徹底改革相結(jié)合，以使新一代為急劇變化的勞動力市場做好準(zhǔn)備”。教育改革可以確?！拔覀兊暮⒆幽苷业揭环莨ぷ?，一周只需要三天，一天四小時”。

未來的計算機(jī)是千變?nèi)f化的。未來科技發(fā)展趨勢，從現(xiàn)在的無人駕駛汽車、智能手機(jī)、運(yùn)動手表、小米音箱、智能馬桶蓋可見一斑，通過“人工智能+物聯(lián)網(wǎng)”，“芯片+計算”將無處不在。當(dāng)這一代的青少年成長起來時，他們必然要棲身于人工智能新技術(shù)的發(fā)展潮流當(dāng)中，他們需要的不僅是順應(yīng)，更有參與。

（三）從思維創(chuàng)新的角度培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力

隨著科技的發(fā)展，未來越來越需要有創(chuàng)造力的人才。從全球的眼光看，中國的學(xué)生公認(rèn)做題能力一流，但是創(chuàng)造能力、工程設(shè)計能力、動手操作能力明顯不足，這是因為他們從小就沒有接受過這方面的訓(xùn)練，得到過這方面的培養(yǎng)。而創(chuàng)造力要得到更好的開發(fā)，只有在學(xué)生小的時候就開始培養(yǎng)。

總之，人工智能教育以編程教育為基礎(chǔ)載體，但不再是簡單的電腦輸入、軟件操作教學(xué)和編程語言練習(xí)，而是上升到意識、思維、創(chuàng)新和責(zé)任層面，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、信息素養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo)。包括人工智能意識、思維、創(chuàng)新和責(zé)任在內(nèi)的科學(xué)素養(yǎng)、信息素養(yǎng)，能夠讓學(xué)生在未來擁有以科學(xué)方法面對現(xiàn)實問題、綜合運(yùn)用多學(xué)科多領(lǐng)域方法解決真實問題的能力，在數(shù)字化社會環(huán)境中靈活自如地獲得工作、生活效率和發(fā)展成就。

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