如何把人工智能講給孩子

金慧莉

【摘 要】本文從人、工、智、能四個(gè)方面闡述如何上好人工智能課程，并指出在書籍選擇、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)語言和知識體系等方面需要避免的問題。

【關(guān)鍵詞】以人為本；工程思維；人工智能；能力培養(yǎng)

【中圖分類號】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）09-054-02

從狩獵到農(nóng)耕，從工業(yè)到互聯(lián)網(wǎng)，再到人工智能，一個(gè)時(shí)代的更迭往往是以科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為標(biāo)志。隨著各種重復(fù)性不需要思考的職業(yè)逐漸被人工智能取代，隨著無人機(jī)、自動駕駛、金融、醫(yī)療等領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用人工智能，以及ChatGPT的橫空出世，無論是否承認(rèn)，當(dāng)今的時(shí)代已經(jīng)是人工智能的時(shí)代，而我們和孩子都生活在這個(gè)時(shí)代里。

2017年7月，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，要“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”“鼓勵(lì)進(jìn)行形式多樣的人工智能科普創(chuàng)作”“鼓勵(lì)科學(xué)家參與人工智能科普”。隨后，在《普通高中課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)》中《人工智能初步》被列入高中信息技術(shù)選擇性必修課程。2018年4月，教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動計(jì)劃》，進(jìn)一步明確“構(gòu)建人工智能多層次教育體系，在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育”。

在這樣的背景下，“如何把人工智能講給孩子”引發(fā)了很多中小學(xué)一線信息科技教師的思考和嘗試。從2018年8月起，東城區(qū)小學(xué)信息科技教師團(tuán)隊(duì)率先啟動了人工智能教學(xué)資源的開發(fā)與實(shí)踐的研究。2019年8月，由北京建筑大學(xué)秦建軍教授策劃、東城區(qū)教師研修中心郭艷玫老師組織多位骨干教師參與編寫的《小學(xué)人工智能基礎(chǔ)（上、下冊）》正式出版。同年，東城區(qū)規(guī)劃課題“小學(xué)人工智能學(xué)習(xí)資源的開發(fā)與實(shí)踐”正式立項(xiàng)。在四年多的嘗試、研究、實(shí)踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)：在教學(xué)中，以“人、工、智、能”四個(gè)字為指導(dǎo)理念，以“體驗(yàn)、感悟、嘗試”為教學(xué)方式，能夠真正將中小學(xué)的人工智能教育落在實(shí)處。

落實(shí)人工智能教學(xué)的策略

1.人：教學(xué)設(shè)計(jì)以人為本，定位清晰準(zhǔn)確

立德樹人，是教育的根本任務(wù)，無論教什么，始終要把學(xué)生的實(shí)際獲得放在最前面，時(shí)刻圍繞“以學(xué)生為中心”的教學(xué)定位，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生在每節(jié)課中的實(shí)際收獲。如在“初識人工智能”一課中，教學(xué)目標(biāo)中有一條是了解“人工智能”的概念。我們都知道，枯燥的概念無法引起學(xué)生的興趣，尤其是在帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)人工智能世界的第一課，如果上來就是枯燥的概念闡述，很容易影響學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)的積極性。因此，我們可以采用以學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平為起點(diǎn)，帶領(lǐng)他們在充分感受、體驗(yàn)人工智能產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，了解科技的發(fā)展以及人工智能帶給生活的改變的方式，引導(dǎo)學(xué)生直觀地認(rèn)識什么是人工智能。

2.工：教學(xué)工具軟硬結(jié)合，體現(xiàn)工程思維

在軟硬件相結(jié)合的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的工程項(xiàng)目意識可以得到充分提升。如在以綜合實(shí)踐活動為主要內(nèi)容的“快到碗里來”一課中，我們引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐體驗(yàn)分揀器分揀物品，學(xué)習(xí)控制舵機(jī)和組裝分揀器的方法，在此基礎(chǔ)上嘗試根據(jù)所學(xué)知識及硬件套裝，設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試一個(gè)顏色分揀系統(tǒng)。后期，我們還可以引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)際生活對自己設(shè)計(jì)制作的現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改善。

3.智：教學(xué)過程充分動腦動手，凸顯人工智能味道

手腦并用，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)核心概念時(shí)有操作實(shí)例作為支撐，在完成任務(wù)后對人工智能概念有深入思考。如在“知識表示與推理”單元“翻轉(zhuǎn)表情包”一課中，為了能夠讓學(xué)生更好地認(rèn)識二進(jìn)制，學(xué)會用二進(jìn)制表示數(shù)字，我們可以在教學(xué)過程中設(shè)計(jì)實(shí)施一個(gè)讓孩子們手腦并用的“翻牌游戲”，讓他們在游戲中感受可以用“正反”兩種狀態(tài)組成的序列表示一個(gè)數(shù)字。在引發(fā)了學(xué)生對了解二進(jìn)制數(shù)的興趣和渴望之后，我們通過特制的計(jì)數(shù)器，引導(dǎo)學(xué)生推理二進(jìn)制的進(jìn)位規(guī)則；在認(rèn)識了二進(jìn)制后，可以再次帶領(lǐng)他們借助卡牌，掌握將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法。

4.能：教學(xué)理念學(xué)用一體，注重能力培養(yǎng)

在當(dāng)前人工智能領(lǐng)域高速發(fā)展的浪潮中，只有學(xué)用一體才能真正地培養(yǎng)學(xué)生的諸多能力，為他們后續(xù)接觸人工智能更多、更深領(lǐng)域的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如“數(shù)字挑戰(zhàn)”一課中，有一個(gè)智能手環(huán)的例子。手環(huán)是常見的人工智能產(chǎn)品之一，能夠起到測量記錄顯示步數(shù)、心跳等信息的作用。這個(gè)功能學(xué)生可能體驗(yàn)過，但是手環(huán)里面有什么他們未必清楚。在教學(xué)中，我們可以帶領(lǐng)學(xué)生完成一個(gè)手環(huán)的拆解，手環(huán)可以是實(shí)物的，也可以是模擬的。拆解的過程就是他們對人工智能產(chǎn)品有更深入認(rèn)識的過程。通過拆解，學(xué)生能夠知道，手環(huán)上有兩個(gè)核心部件與計(jì)步關(guān)系最大，一個(gè)是顯示屏，用來顯示步數(shù)，另一個(gè)是加速度傳感器，用來檢測人手臂的擺動。在了解了手環(huán)的組成之后，我們繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考為什么手環(huán)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)步的功能，它到底記錄的是什么？通過分析，學(xué)生了解步數(shù)的記錄與擺臂的次數(shù)相關(guān)。雖然我們擺臂的幅度和速度不一樣，但它的次數(shù)是一定的，手環(huán)內(nèi)的加速度傳感器就是通過次數(shù)的記錄完成步數(shù)的記錄，這就是一個(gè)看似普通的人工智能產(chǎn)品背后的科技體現(xiàn)。在感悟原理后，我們繼續(xù)利用軟件和硬件帶領(lǐng)學(xué)生制作一個(gè)簡單的手環(huán)，并鼓勵(lì)他們把自己制作的產(chǎn)品分享給其他人。由于已經(jīng)體驗(yàn)、了解了手環(huán)的功能，又拆解和分析手環(huán)，并對其工作原理有了清晰地認(rèn)識，當(dāng)學(xué)生嘗試制作的時(shí)候，頭腦是清晰的，制作完成時(shí)獲得的成就感也是非常深入的，他們可能會這樣說：“我不僅會制作計(jì)步器，我還知道計(jì)步器是怎么做的，為什么要這么做”。

人工智能教學(xué)中需要避免的問題

了解落實(shí)人工智能教學(xué)的策略，那么在教學(xué)中還要注意哪些問題呢？

首先，市面上有多種人工智能相關(guān)用書，在教學(xué)中，我們要避免把它們當(dāng)成產(chǎn)品說明書或者用戶指南。一定要以學(xué)生為本，從學(xué)生的需要出發(fā)，選擇相關(guān)書籍。

其次，在目標(biāo)的設(shè)計(jì)上，我們要避免只重視技能訓(xùn)練，而忽視思維培養(yǎng)的情況。如在學(xué)習(xí)過數(shù)據(jù)單元后，我們帶領(lǐng)孩子做連一連的活動，將圖示和名稱相對應(yīng)，讓孩子進(jìn)一步鞏固數(shù)據(jù)的收集、存儲以及處理的過程。這個(gè)活動看似跟編程沒什么關(guān)系，但其實(shí)是在通過回憶機(jī)器學(xué)習(xí)的過程培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

再次，要避免任務(wù)設(shè)計(jì)的過度“游戲化”、教學(xué)語言的過度“低齡化”。在教學(xué)方式上適當(dāng)?shù)夭捎糜螒虻姆绞绞菦]有問題的，因?yàn)榱x務(wù)教育階段的孩子小，游戲可以吸引他們積極參與課堂活動。而在人工智能教學(xué)的過程中，我們要充分考慮孩子“向上”銜接的問題。有一些看似很難的人工智能專有名詞，如機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)等，對于已經(jīng)生活在新技術(shù)時(shí)代的這些孩子來講并不陌生，而且是孩子們在更高階段的人工智能學(xué)習(xí)中會繼續(xù)用到的，因此沒有必要將這些他們可能已經(jīng)熟悉的、能接受的知識去做“低齡化”的處理。如在軟硬件結(jié)合的第一課中，我們設(shè)計(jì)了“初識人機(jī)接口”的活動。“人機(jī)接口”這個(gè)詞好像聽上去很專業(yè)，其實(shí)經(jīng)過我們簡單的講解，孩子們能明白什么叫人機(jī)接口。因此，在任務(wù)的開展過程中，完全不用回避這個(gè)名詞。又如，在采集溫度和土壤濕度數(shù)據(jù)的任務(wù)中，教學(xué)語言上，不需要進(jìn)行過多的模擬、修飾，在布置任務(wù)時(shí)，就明確地告訴孩子，我們下一個(gè)任務(wù)就是采集土壤的溫度和采集土壤的濕度數(shù)據(jù)。這樣的教學(xué)用語呈現(xiàn)對學(xué)生形成科學(xué)化的人工智能思想和認(rèn)識能夠起到輔助作用。

最后，要避免學(xué)生認(rèn)知體系的碎片化。認(rèn)識的碎片化，其實(shí)是不利于學(xué)生未來對于人工智能進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)的。我們在設(shè)計(jì)實(shí)施人工智能相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，可以選擇人工智能核心概念作為單元的標(biāo)題，通過思維導(dǎo)圖的形式為學(xué)生呈現(xiàn)本單元的學(xué)習(xí)過程，能夠?qū)W到什么樣的知識，參與什么樣的操作。在幾個(gè)單元的教學(xué)完成后，我們還可以將單元思維導(dǎo)圖串聯(lián)成學(xué)期、學(xué)年有關(guān)人工智能學(xué)習(xí)的一個(gè)大的思維導(dǎo)圖，這樣便于孩子們在人工智能的學(xué)習(xí)過程中形成體系化的認(rèn)識。

結(jié)? 語

人工智能作為一種影響社會各個(gè)方面的顛覆性技術(shù)，將對孩子們的生活和學(xué)習(xí)產(chǎn)生重大影響。在義務(wù)教育階段開展人工智能教育其實(shí)就是為祖國的未來做好人才儲備，同時(shí)，也是培養(yǎng)孩子們計(jì)算思維、激發(fā)孩子們科學(xué)探索精神的有力手段。相信全體一線信息科技教師發(fā)揮潛力、共同鉆研，一定能夠完成好把人工智能教給孩子的重要使命，做好孩子們?nèi)斯ぶ悄軉⒚呻A段的引路人。

作者單位：北京市匯文第一小學(xué)

編? ?輯：馮艷艷