小學(xué)課堂實施人工智能教育的探究

摘要：人工智能作為新時代的新興技術(shù)，正在對社會有著深刻的影響，也將會深刻的改變我們的生活方式。在中小學(xué)開設(shè)人工智能的課程，從小學(xué)、初中到高中三個方面分段，進(jìn)行人工智能教育課程，是具有前瞻性的偉大舉措。本文會在中小學(xué)人工智能課程的基礎(chǔ)上分析，從學(xué)生認(rèn)知的角度提出對中小學(xué)人工智能課程的想法，為中小學(xué)人工智能課程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：小學(xué);人工智能;教育課程

一、人工智能的定義

眾所周知，人工智能是一項多領(lǐng)域的學(xué)科，涉及了多種學(xué)科，主要有哲學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、數(shù)學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、計算機科學(xué)、信息論、控制論、不定性論等等。正源自于豐富的學(xué)科基礎(chǔ)，其中關(guān)鍵技術(shù)主要包括知識圖譜、計算機視覺、人機交互、生物特征識別、機器學(xué)習(xí)、自然語言處理和VR/AR等。其中，人工智能的核心是機器學(xué)習(xí)，是計算機具有智能的最根本的途徑。隨著隨著機械學(xué)習(xí)的逐步深入發(fā)展，延伸出深度學(xué)習(xí)這一領(lǐng)域。深度學(xué)習(xí)的核心理念就是通過增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)來提高效率，將復(fù)雜數(shù)據(jù)逐層抽象簡化，判定的層數(shù)越多，識別的就越準(zhǔn)確。

大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)是人工智能的兩個根本標(biāo)志，數(shù)據(jù)越大，在深度學(xué)習(xí)算法的計算下，效果就越來越好，為此我們可以從機器學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、深度學(xué)習(xí)的思維方式去理解人工智能。

二、中小學(xué)人工智能課程現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，中小學(xué)的人工智能教育課程更多是在計算機科學(xué)教育及計算機課程、信息技術(shù)課程、科學(xué)課程、STEM課程、創(chuàng)客課程中引入人工智能相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容?？梢哉f，當(dāng)前國內(nèi)外中小學(xué)人工智能教育課程是以人工智能教育為主題的泛在課程系列。20世紀(jì)80年代，人工智能課程以選修課的形式出現(xiàn)在英國的ICT課程中，主要講解人工智能的基礎(chǔ)知識、人工智能的應(yīng)用知識。美國，人工智能課程是計算機科學(xué)課程的一部分，且多以選修課的形式開設(shè)。

我國在2003年正式啟動中小學(xué)人工智能教育，經(jīng)過十幾年的教育實踐，當(dāng)前的人工智能教育主要在信息技術(shù)課程、STEM課程、創(chuàng)客課程中開展?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將“人工智能初步”列為選擇性必修模塊，分為人工智能基礎(chǔ)、簡單智能系統(tǒng)開發(fā)、人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用三部分內(nèi)容。隨著STEM課程和創(chuàng)客課程的廣泛開展，部分學(xué)校和一線教師嘗試在STEM和創(chuàng)客等跨學(xué)科課程中探索人工智能教育。

三、國內(nèi)中小學(xué)人工智能課程現(xiàn)狀的反思

盡管當(dāng)前人工智能教育被給予足夠的重視，但縱觀國內(nèi)中小學(xué)人工智能課程現(xiàn)狀，當(dāng)前的課程尚存在不足。如何讓人工智能在小學(xué)信息技術(shù)課堂中普及其實人工智能涵蓋的概念、理論高深、抽象，顯然超出了小學(xué)生的接受能力，如何讓人工智能教育和學(xué)習(xí)變得直觀易懂呢？人工智能在小學(xué)信息技術(shù)課堂中真正落實，可從以下四個方面入手。

1.了解人工智能應(yīng)用場景，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

人工智能看著高大上，但實際上離我們的生活并不是那么遙遠(yuǎn)。在課程實施時，可帶著學(xué)生用生活中最為常見的人工智能應(yīng)用案例，挖掘?qū)W生在生活中不經(jīng)意間就享受到人工智能的便捷，以而來了解人工智能中的圖像識別、語言識別的應(yīng)用場景，從而激發(fā)學(xué)生對人工智能的興趣和求知欲。例如，飛速而起的智能手機，從原來的按鍵到如今的智能手機，從原來的密碼解鎖到現(xiàn)在的指紋解鎖、刷臉解鎖，從原來的貨幣購買方式到現(xiàn)在的連街邊的小攤販都支持的二維碼付款，在實際應(yīng)用場景中讓學(xué)生感知人工智能圖像識別的原理和快捷?？傊?，通過身邊人工智能應(yīng)用實例讓學(xué)生了解人工智能基本原理，從中感知機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等人工智能的基本概念，對人工智能有個粗淺認(rèn)知與理解。

2.注重創(chuàng)客教育實施，作為人工智能啟蒙教育

創(chuàng)客教育是創(chuàng)客文化與教育的結(jié)合，是基于學(xué)生興趣，以項目學(xué)習(xí)的方式，使用數(shù)字化工具，倡導(dǎo)造物，鼓勵分享，培養(yǎng)跨學(xué)科解決問題能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的一種素質(zhì)教育。人工智能和創(chuàng)客教育最大的特征是“創(chuàng)新”，從教育本身來講，創(chuàng)客與人工智能教育都是多學(xué)科融合的領(lǐng)域，由于綜合了數(shù)學(xué)、物理、機械原理、電子傳感器、計算機軟硬件及人工智能等眾多前沿技術(shù)，通過這方面的學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。另外，分析能力、創(chuàng)造能力、實踐能力這三力的均衡發(fā)展對學(xué)生的發(fā)展起著重要的作用，而創(chuàng)客與人工智能教育的學(xué)習(xí)恰好是培養(yǎng)這三力的理想平臺。而處在小學(xué)階段的學(xué)生，由于其知識儲備與認(rèn)知能力不足，對人工智能深奧的算法、抽象的建模還不能理解，可將創(chuàng)客教育作為人工智能的啟蒙教育，通過創(chuàng)客教育讓學(xué)生創(chuàng)造出弱人工智能項目，從中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與批判性思維，提升學(xué)生分析問題和解決問題能力。

3.構(gòu)建小學(xué)生編程教育體系，注重學(xué)生編程思維培養(yǎng)

芬蘭教育部長說過：“在未來，如果你的孩子懂編程，他就是未來世界的創(chuàng)造者;如果他不懂，他只是使用者?！彪S著人工智能發(fā)展越來越深入，AI將與我們?nèi)粘Ｉ畹乃蟹矫娑冀豢椩谝黄?，編程將成為人類與計算機溝通的工具，也將變得越來越重要。在可見的未來，“編程”將如今天的數(shù)學(xué)、英語一樣，成為每個受過教育的人都必須具備的基本素質(zhì)，它是未來人工智能時代的基礎(chǔ)。就人工智能目前應(yīng)用領(lǐng)域來說，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和機器學(xué)習(xí)算法占據(jù)了主流地位，正是因為這些算法，人工智能才能變得如此“聰明”，所以算法對于人工智能的發(fā)展至關(guān)重要，而算法是編程學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。

4.尋找適合的學(xué)習(xí)載體，讓創(chuàng)編人工智能實例成為可能

很多創(chuàng)客器材廠商對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行了升級改造，將人工智能元素融入到產(chǎn)品中，為此，我們必須構(gòu)建深入淺出的知識體系，其特點是融科學(xué)性、先進(jìn)性及趣味性于一體，讓學(xué)生在快樂、充滿好奇的環(huán)境中學(xué)習(xí)人工智能的基本知識與概念，通過解決實際問題的過程學(xué)習(xí)編程，學(xué)會算法，在造智項目中培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維與動手實踐能力，為學(xué)生了解掌握國際最前沿人工智能科技打下堅實基礎(chǔ)。

四、如何解決人工智能教師資格問題

讓人工智能融入中小學(xué)課堂，幫助國民科學(xué)創(chuàng)新素質(zhì)，為國家的人工智能發(fā)展培育種子力量，是我們每一位教育工作者應(yīng)擔(dān)起的社會責(zé)任。作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量的保障，人工智能師資培養(yǎng)是關(guān)鍵。但現(xiàn)實情況是，中小學(xué)校的人工智能專業(yè)教師緊缺。為此，加強AI師資培育，致力于打造體系化的人工智能教師培訓(xùn)課程，構(gòu)建覆蓋全面的人工智能教師隊伍，引領(lǐng)人工智能課程教學(xué)模式革新，實施從基礎(chǔ)教育開始的未來AI人才培養(yǎng)計劃，培養(yǎng)多維度、多梯次的人工智能復(fù)合型人才是教育行政部門著力推進(jìn)的工作。

總而言之，人工智能成為全球關(guān)注的焦點，同時它也成為改變?nèi)祟愇磥砩畹闹匾绞?，人工智能在未來的競爭將集中體現(xiàn)在人才競爭上。要在人工智能大時代中占有一席之地，必須要培養(yǎng)人工智能高新人才。學(xué)在少年，贏在未來，人工智能教育工作任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：王猛，男，1982-12，山東濟寧，任城區(qū)喻屯第二中心小學(xué)，一級教師，研究方向：信息技術(shù)教學(xué)。