小學信息科技課程開展人工智能教學的實踐探索

周曉明 江蘇省張家港市白鹿小學

人工智能是引領新一輪科技革命和產業(yè)變革的重要驅動力，正深刻改變著人類生產、生活和學習的方式，推動人類社會迎來人機協同、跨界融合、共創(chuàng)分享的智能時代，《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課標》）也將人工智能作為課程內容的六條邏輯主線之一。因此，在小學階段開展人工智能教學是時代發(fā)展和科技進步的必然趨勢。但是，小學生年齡小，專業(yè)知識和技術比較薄弱，如何才能讓學生真正了解人工智能相關知識、手段、思維方式及其對社會帶來的巨大影響？如何將人工智能這一大概念落實到信息科技課堂教學中？如何讓學生喜歡上人工智能，能夠正確對待人工智能帶來的倫理和安全挑戰(zhàn)？針對這些問題，筆者基于核心素養(yǎng)目標，圍繞學生對人工智能的體驗、理解、創(chuàng)造三個層級，通過與實際生活密切相關的真實情境對人工智能教學進行了實踐探索。

●多渠道參與人工智能體驗

在低中年級信息科技教學中，教師可利用學生身邊的智能設備、人工智能APP和開放平臺，多渠道引導學生參與互動體驗，切身感受人工智能在生活中的應用，從而激發(fā)他們利用人工智能應用去解決身邊問題的意識。

1.借助智能設備體驗智能應用

課堂上，教師選擇貼近學生實際生活的設備，如校門口掃臉攝像頭、智能音箱、翻譯筆等，在帶領學生互動體驗的同時，引導他們仔細觀察和思考（從外觀、功能等方面與普通設備進行對比）。通過直接體驗學生不僅能掌握智能設備的使用方法，還能直觀地感受語音交互、圖像識別等人工智能給人們的生活帶來的便利。

2.利用APP感受強大功能

教師引導學生使用免費的APP、微信小程序等解決生活中的實際問題，讓學生感受APP提供的個性化體驗。學生在體驗人工智能軟件過程中，感受到人工智能強大的解決問題的能力，從而更好地提升利用智能技術解決實際問題的意識和能力。

3.基于AI開放平臺開展學習體驗

在傳統(tǒng)的計算機教室中，教師可以基于AI開放平臺帶領學生進行人工智能的學習體驗。在AI開放平臺上，學生可以體驗語音識別、人臉識別、機器翻譯等智能應用。通過AI開放平臺豐富的體驗活動，學生在開闊視野的同時，也有效提升了數字素養(yǎng)。

●多途徑理解人工智能原理

當學生對人工智能有了初步的感知后，通過對各種案例的分析，他們能更深入地了解場景應用中的人工智能技術，理解人工智能的基本原理。

1.基于開放平臺初探AI原理

AI開放平臺除了體驗、感受技術的功能與效果外，還能初步展示相應原理。學生在了解各種AI的功能及其應用場景，感受人工智能技術的價值后，可以分小組討論日常生活中的各種AI或者多種AI組合的應用案例，分析智能化控制實現的原理，從而理解其工作流程。在經歷了體驗、思考、討論后，學生能感受到各種場景中的人工智能技術的價值，并形成自己對技術發(fā)展的看法，將體驗層面上升到更為理性和更為具體的實踐層面。

2.利用軟件平臺開展AI趣味編程

在高年級的信息科技教學中，教師可采用游戲式、情境化的教學方式，引導學生嘗試用圖形化編程軟件來解決實際問題。例如，某圖形化編程軟件中的“認知服務”模塊可以幫助學生實現語音識別、文字識別、圖像識別、人臉各種特征識別等AI功能。又如，機器學習作為人工智能領域的另一個核心技術，能讓計算機像人類一樣學習，從而獲得知識與技能。在平臺中，學生可以親自體驗訓練模型，即通過“喂”大量的數據，讓它在內部建立起自己的邏輯，然后進行識別與判斷。通過實踐學生發(fā)現，機器識別錯誤的情況時常發(fā)生，而產生錯誤的原因有很多，如樣本不夠多、拍攝照片不準確、背景太復雜等，在分析的過程中學生能深刻地體會到大數據與人工智能相輔相成的關系。

3.搭建智慧學習云平臺拓寬學習路徑

搭建以滿足學生個性化、自主性學習的需求為目標的智慧學習云平臺，通過人工智能與教育全過程的融合，構建智能教育新生態(tài)，從而促進智慧型人才的培養(yǎng)。①各學科教師大膽探索基于人工智能技術的學科混合式教學方法，鼓勵學生突破時空界限，以“線上+線下”融合的方式，隨時瀏覽其中的教學資源（觀看直播課程）等；②信息科技教師團隊利用平臺整合教學資源，積極開設人工智能線上課程，并結合硬件漂流活動開展人工智能線上教學；③在進行線上線下混合式學習的過程中，教師引導學生關注平臺智能化的功能，如智能閱卷、AI輔助分析、智能推送等，了解簡單的AI算法，從而更好地培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)和思維品質。

●多方式鼓勵人工智能創(chuàng)意制造

人工智能是一門跨領域的交叉學科，涵蓋了技術、工程、數學、編程等多個領域的知識，教師應以發(fā)展學生核心素養(yǎng)與跨學科思維為目標，引導學生融合多學科的知識、技能與方法，深入探究，大膽創(chuàng)新，從而培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，以及創(chuàng)造性地解決問題的能力，全面提升其學科核心素養(yǎng)。

1.開展人工智能硬件漂流傳遞智慧能量

經過前期調研筆者發(fā)現，學校人工智能配套設備僅僅用在課堂上，使用率較低；學生對設備的使用期望值很高；學生家庭設備擁有率很低。為了更好地推廣人工智能教學，筆者所在學校開展了人工智能實驗器材漂流活動。學生可以利用互動平臺提前申請實驗器材，也可以通過人臉識別從智能漂流柜中自主選用所需要的實驗器材。之后，學生可以通過學習云平臺上的課程進行自主學習，還可以根據需求自主組建學習小組進行合作學習。在自由開放的活動中，學生的動手能力、團隊協作精神和創(chuàng)新思維都得到提升。硬件漂流活動不僅能提高學生的實踐能力和創(chuàng)造能力，還能拓寬學生視野，豐富學生課余生活，幫助學生更好地適應和應對未來的智能化時代。

2.組建科技社團開展人工智能創(chuàng)新項目研究

為了提升學生的人工智能意識與科學探究精神，教師組建了跨年級的科技社團，并開展了豐富多彩的項目活動。項目活動以解決生活實際問題為主，如“垃圾分類遇上人工智能”項目，這是在真實的生活情境中產生的項目需求—低年級的小朋友在扔垃圾時總是不能準確地分類。教師通過網絡平臺分享多元、豐富的學習資源，引導學生通過自主探究、小組協作的學習方式開展項目研究。經過多次迭代，學生利用語音識別模塊、揚聲器模塊、超聲波模塊、液晶屏模塊等，并結合他們喜歡的卡通造型，設計完成了可以實現人機對話的垃圾分類智能提示助手。在此項目結束后，部分學生又自發(fā)地開展了圖像識別自動翻蓋智能垃圾桶的設計……在素養(yǎng)目標的指引下，學生大膽探索、實踐、模擬，甚至創(chuàng)新人工智能技術在生活中的各種應用。

3.組織科創(chuàng)活動營造人工智能創(chuàng)新氛圍

為了滿足學生個性化發(fā)展的需求，學校會定期組織各種有意義的科創(chuàng)活動，為學生的人工智能創(chuàng)新學習提供展示交流的平臺。例如，在科技節(jié)的人工智能作品展中，學生現場講解他們的創(chuàng)作意圖和制作過程，并展示作品的功能；在精彩的機器人對抗賽的背后，是學生對理論知識的充分理解，以及對元器件和積木件的靈活搭建。豐富的活動能充分激發(fā)學生的學習興趣，提升他們的科技素養(yǎng)，成為課堂教學的有益補充和拓展。

●結束語