農(nóng)村小學(xué)人工智能課外活動校本課程開發(fā)的實踐研究

劉煜

【摘要】近年來，針對中小學(xué)生的人工智能普及教育成為研究熱點。在農(nóng)村地區(qū)，客觀條件所限，學(xué)生在人工智能學(xué)習(xí)方面存在一定劣勢。此研究展示了北京市懷柔區(qū)長哨營滿族鄉(xiāng)中心小學(xué)的教研團隊以建構(gòu)主義為理論指導(dǎo)，圍繞學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)這一目標(biāo)，開發(fā)的“人工智能”校本課程的主要框架內(nèi)容，和在農(nóng)村小學(xué)開展人工智能教學(xué)的建議。

【關(guān)鍵詞】人工智能 課外活動 核心素養(yǎng) 校本課程

一、在農(nóng)村小學(xué)開展人工智能教學(xué)的背景

近年來，國務(wù)院和教育部相繼發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》和《教育信息化2.0行動計劃》等重磅文件，大力發(fā)展人工智能成為了國家戰(zhàn)略。在中小學(xué)開展人工智能教學(xué)也成為了當(dāng)前教育界的研究熱點。受限于地理位置和寄宿制生活方式，農(nóng)村地區(qū)學(xué)生對人工智能技術(shù)的了解相對較少。在一份針對某農(nóng)村學(xué)校4～6年級學(xué)生關(guān)于信息素養(yǎng)的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，僅45.6%的學(xué)生聽說過“人工智能”這個名詞，只有12.4%的學(xué)生能夠至少說出兩個基于人工智能技術(shù)的應(yīng)用。所以，在農(nóng)村小學(xué)開設(shè)人工智能課程，使學(xué)生能夠從小學(xué)到高中都能夠接受分學(xué)段、成系統(tǒng)的人工智能教育，是幫助農(nóng)村地區(qū)學(xué)生更好融入到現(xiàn)代信息社會，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要方式。

二、課程目標(biāo)和內(nèi)容框架設(shè)計

（一）小學(xué)人工智能課程的目標(biāo)框架設(shè)計

1.課程總目標(biāo)

核心素養(yǎng)培養(yǎng)是新一輪課改的關(guān)鍵詞，信息技術(shù)學(xué)科的四大核心素養(yǎng)培養(yǎng)如何在教學(xué)中落地，擺在了一線教師面前。由于缺乏權(quán)威的小學(xué)階段課程標(biāo)準(zhǔn)，本課程借鑒高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中的目標(biāo)要求，以培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)為核心，設(shè)置了如下的課程總目標(biāo)：

《走進智能時代》課外活動校本課程以信息素養(yǎng)培養(yǎng)為核心，通過項目學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生親身經(jīng)歷人工智能技術(shù)解決實際問題的全過程，并在此過程中初步形成對學(xué)科大概念的認(rèn)識，初步體會人工智能技術(shù)在學(xué)生日常生活中的應(yīng)用價值。同時，課程還將為學(xué)生提供成系列的配套資源，整合在數(shù)字化的學(xué)習(xí)環(huán)境中，讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過程中方便地獲取大量的數(shù)字資源，以實現(xiàn)他們個性化的創(chuàng)意物化，提高創(chuàng)新意識和能力，為成為數(shù)字化時代的合格中國公民奠定基礎(chǔ)。

2.內(nèi)容框架和教學(xué)目標(biāo)

本課程包括“人工智能基礎(chǔ)”“簡單人工智能程序設(shè)計”“開源硬件項目設(shè)計”三部分內(nèi)容。具體教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）通過體驗基于人工智能技術(shù)的APP和AI開放平臺，感受人工智能技術(shù)在實際生活中的應(yīng)用，并能通過自主探究，初步體會技術(shù)背后的基本過程和實現(xiàn)原理。

（2）知道當(dāng)前人工智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，并通過具體案例初步了解語音識別、圖像識別、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)的特點、應(yīng)用模式及局限性。

（3）通過智能系統(tǒng)的應(yīng)用體驗，能夠提出自己對人工智能技術(shù)的理解，辯證看待技術(shù)的巨大價值和潛在風(fēng)險，增強安全防護意識和責(zé)任感。

（4）通過項目學(xué)習(xí)，親身經(jīng)歷使用開源硬件在實現(xiàn)人工智能作品創(chuàng)作中的全過程，了解其中的基本知識和原理，并能根據(jù)實際需求選擇適當(dāng)?shù)挠布詫崿F(xiàn)設(shè)計效果。

（5）能夠?qū)嶋H問題的解決過程中，提高學(xué)生使用人工智能技術(shù)分析問題、提出方案、完成問題解決的能力，從而提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

（二）農(nóng)村小學(xué)人工智能校本課程的內(nèi)容框架

根據(jù)上述的教學(xué)目標(biāo)，《走進智能時代》校本課程設(shè)計了“人工智能基礎(chǔ)”“人工智能編程”“智慧點亮長小”三部分內(nèi)容，具體課時安排如下：

1.第一單元——人工智能基礎(chǔ)

本單元共由三課時組成。第一課時“‘人工智能來了——校園植物大調(diào)查”，通過使用“識圖”類APP，讓學(xué)生調(diào)查校園的植物，對植物進行分類，在實踐中體驗人工智能技術(shù)的優(yōu)勢和不足。第二課時“‘0和‘1的神奇世界”，讓學(xué)生在有趣的游戲中，認(rèn)識二進制數(shù)，知道計算機中主要用的數(shù)制是二進制，并能進行二進制和十進制的轉(zhuǎn)化，從而對信息的編碼有初步的認(rèn)識。第三課時“計算機感知探秘”，通過像素畫的小游戲引入課堂，讓學(xué)生體會計算機使用“0”和“1”對簡單圖像進行編碼的基本思路和方法。

2.第二單元——人工智能編程

本單元共由六課時組成，分為三個小主題。第一個小主題是探秘語音識別。第一課時在使用識別語音交互套件主要模塊，實現(xiàn)語音識別的過程中體會語音識別的基本原理;第二課時使用語音識別模塊，通過軟件編程和硬件連接，制作出實現(xiàn)校園小導(dǎo)游。第二個小主題是探秘圖像識別。第一課時通過使用騰訊AI平臺，讓學(xué)生通過對比一個人在年幼時和青年時的照片，找到失散親人。感受人臉識別的基本原理;第二課時通過圖形化編程軟件搭建命令，并使用智能硬件搭建小車，實現(xiàn)自動追球的效果。第三個小主題是探秘機器學(xué)習(xí)。第一課時使用“ML”機器學(xué)習(xí)教學(xué)平臺，讓學(xué)生機器學(xué)習(xí)技術(shù)解決問題的全過程，實現(xiàn)計算機不僅能識別準(zhǔn)確命令，還能通過訓(xùn)練識別模糊命令的效果;第二課時使用“ML”機器學(xué)習(xí)教學(xué)平臺，通過建立新的訓(xùn)練模型，實現(xiàn)更為智能的語言理解效果。

3.第三單元——智慧點亮校園

本單元共由五課時組成，在設(shè)計時充分借鑒了STEM教育理念，以項目學(xué)習(xí)的方式開展。讓學(xué)生在不斷地發(fā)現(xiàn)問題——解決問題——發(fā)現(xiàn)新問題——解決新問題這樣循環(huán)往復(fù)的過程中，提升綜合素質(zhì)。第一課時對校園的燈光進行調(diào)查，找出問題，形成初步的智能化解決方案。第二課時根據(jù)不同的校園區(qū)域，設(shè)計不同的智能燈光程序，實現(xiàn)根據(jù)光線或聲音自動開關(guān)燈、根據(jù)用戶語音開關(guān)燈等技術(shù)效果。第三課時利用開源硬件，進行場景搭建，模擬智能燈光的實現(xiàn)場景，實現(xiàn)創(chuàng)意物化。第四課時觀看大量未來學(xué)校的視頻，使用思維導(dǎo)圖工具，基于語音識別技術(shù)、圖像識別技術(shù)，進一步規(guī)劃未來學(xué)校的基本功能。第五課時通過圖形化編程軟件，利用軟件模擬出基于人工智能技術(shù)的未來校園效果。

三、對農(nóng)村小學(xué)人工智能課程實施的思考

（一）保障資金投入和師資隊伍建設(shè)，讓人工智能課程成為支持農(nóng)村學(xué)生未來發(fā)展的有力翅膀

本課程的設(shè)計充分考慮了農(nóng)村學(xué)校的條件和能力，所以所需要的硬件要求并不高。但很明顯，如果能夠有更多的智能化硬件，可以更好地支持本課程的實施。同時，這門課程的實施客觀上需要教師具備較高的綜合素質(zhì)。學(xué)校應(yīng)當(dāng)建立一支教師梯隊，在教師流動性比較大的現(xiàn)實條件下，保障這門課程的師資，才能確保這門課程能夠真正落地。

（二）深入推進課程的頂層設(shè)計，制定更加明確的標(biāo)準(zhǔn)，讓教師的教學(xué)能夠有標(biāo)可依

目前，信息技術(shù)學(xué)科仍然沒有義務(wù)教育階段的課程標(biāo)準(zhǔn)。國家雖然出臺文件，要在中小學(xué)進行人工智能課程實踐，但是缺乏頂層設(shè)計，則讓課程的實施處在尷尬的境地。對課程的實施者來說，要加強對高中新課標(biāo)的學(xué)習(xí)，進一步對頂層設(shè)計進行優(yōu)化，從而保障本課程的落地實踐更加有實效。

（三）積極和第三方合作，利用外部力量，支持課程實施

目前百度、訊飛等大公司都將關(guān)注點投向了人工智能教育，很多公司還開發(fā)了成系統(tǒng)的配套資源。和這些成熟的公司合作，可以讓課程的實施事半功倍。學(xué)?？梢院瓦@些外部力量合作，共同深度開發(fā)基于人工智能的教育技術(shù)平臺，從而實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+人工智能+教育的深度結(jié)合。

參考文獻：

[1]韓克.高中信息技術(shù)課程中的人工智能教學(xué)[J].中國校外教育，2019，（29）：168+165.

[2]鄭書樂.高中階段實施人工智能教育的思考[J].學(xué)周刊，2019，（28）：184.

本研究屬于北京市教育學(xué)會創(chuàng)造教育研究會十三五滾動規(guī)劃課題：“在小學(xué)高年級學(xué)科實踐活動中培養(yǎng)創(chuàng)造力的研究”的研究成果，項目編號：BJCZ-G-2017091。