小學(xué)階段人工智能校本課程的開發(fā)與實施

王欣

人工智能教育正呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢，如何讓生活中的人工智能步入課堂，如何讓學(xué)生對人工智能深度理解與實踐而不再停留于淺層認識，，還需要不斷探索突破。下面，筆者將簡述所在學(xué)校人工智能校本課程開發(fā)與實施路徑，并以自己設(shè)計的《智能結(jié)算》一課為例，梳理總結(jié)經(jīng)驗策略。

● 小學(xué)階段人工智能校本課程開發(fā)策略

2019年，筆者所在學(xué)校開始開發(fā)小學(xué)人工智能校本課程，以期讓身邊的人工智能技術(shù)走近學(xué)生，讓學(xué)生對人工智能技術(shù)有所了解，并可以用人工智能技術(shù)進行仿真與建模。

1.教材方向選取與課時保障

在開發(fā)人工智能教材時，注重從突破原理性知識、仿真建模等方向著手，將學(xué)生身邊可以接觸到的掃碼智能結(jié)算、智能聲控?zé)?、AR體感游戲、視頻偵測、文字朗讀等人工智能技術(shù)納入課程開發(fā)內(nèi)容。在設(shè)計人工智能程序時，教學(xué)目標不再停留在對人工智能技術(shù)的淺層認識，而是深入學(xué)習(xí)人工智能的工作原理，理解算法，再通過圖形化編程平臺設(shè)計出人工智能程序。

在研究過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，目前全國專門開設(shè)人工智能課程的學(xué)校較少，多數(shù)學(xué)校以社團的形式或者利用較少的信息技術(shù)課時傳授人工智能知識。因受課時限制，人工智能教學(xué)的普及率較低，同時又因場地受限，理論知識多于實踐活動。為確保人工智能課程的有效實施，保障教學(xué)課時，筆者所在學(xué)校從地方課程校本化角度出發(fā)，將人工智能校本課程開發(fā)與粵教版信息技術(shù)課程融合，把地方課程教學(xué)目標與人工智能培養(yǎng)目標結(jié)合起來，為人工智能教學(xué)的有效實施提供保障路徑。這樣，通過每周一次的信息技術(shù)課，就可以對學(xué)生進行常態(tài)化的人工智能思維與能力培養(yǎng)。

2.創(chuàng)建人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境

（1）課堂內(nèi)環(huán)境建設(shè)。人工智能課堂建設(shè)一般包含教學(xué)資源、軟件平臺、機器人拼裝套件等。教學(xué)資源由學(xué)校人工智能團隊教師結(jié)合校本教材進行開發(fā)，目前已建立了8課時的教學(xué)資源庫;因為面向小學(xué)生，軟件平臺選擇圖形化編程軟件。經(jīng)過篩選對比，選擇了有人臉識別、二維碼識別、語音識別、AR等人工智能模塊的某貓平臺進行教學(xué)。學(xué)生可以通過相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，仿真建模人工智能程序，同時，還配套了機器人硬件，以體驗為主，讓學(xué)生體驗與專家系統(tǒng)對話的過程，還可以通過修改程序，給機器人增加技能。這些準備，為課堂教學(xué)提供了豐富的教學(xué)資源。

（2）課堂外環(huán)境建設(shè)。人工智能思維培養(yǎng)不能局限在課堂空間，更應(yīng)該走入學(xué)生的生活，因此在校園建設(shè)上，加入了大量的人工智能應(yīng)用，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多元的人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境。例如，在教室門口、功能室設(shè)置了電子班牌、人臉門禁系統(tǒng)，讓學(xué)生常態(tài)化體驗人臉識別技術(shù);在教室安裝溫度、濕度傳感器，自動感應(yīng)調(diào)節(jié)教室溫度;同時，搭建智慧物聯(lián)平臺，師生可以通過平臺遠程控制空調(diào)、燈光、窗簾等設(shè)施，讓教室變得智慧起來。接下來，還將在校園內(nèi)建設(shè)智慧圖書亭，通過平臺，學(xué)生可以隨時了解自己的借書情況，學(xué)校也能掌握圖書借閱的數(shù)據(jù)，為評出學(xué)校的閱讀之星及最受學(xué)生喜歡的圖書提供數(shù)據(jù)支持。為學(xué)生營造全方位的人工智能技術(shù)應(yīng)用，也會在潛移默化中，給學(xué)生帶來知識與情感的內(nèi)化體驗。

● 基于圖形化編程的人工智能校本課程設(shè)計

在查閱目前市面上出版的人工智能教材后，筆者發(fā)現(xiàn)，課程多以體驗、理論為主，少有較為系統(tǒng)的人工智能編程課程。同時，如何將地方課程校本化，以保障教學(xué)課時，是需要集中解決的問題。通過研究粵教版信息技術(shù)教材發(fā)現(xiàn)，第三冊（上）教材內(nèi)容是用軟件學(xué)習(xí)圖形化編程，更容易與人工智能技術(shù)融合。因此，筆者所在學(xué)校研究團隊用圖形化編程軟件模仿人工智能技術(shù)的工作原理，找到了問題解決的突破口，從而實現(xiàn)地方課程校本化的目的。

1.選定合適的圖形化編程平臺

確定了課程開發(fā)的內(nèi)容，就要選擇合適的圖形化編程平臺。這個平臺，應(yīng)該具有動作、外觀、事件、控制、偵測、數(shù)字與邏輯運算等基本模塊，還應(yīng)有人臉識別、語音識別等人工智能模塊。結(jié)合實際，通過反復(fù)對比斟酌，筆者所在學(xué)校研究團隊選用某貓軟件為校本課程實踐平臺。

2.課程內(nèi)容融合設(shè)計

在設(shè)計課程內(nèi)容前，先調(diào)查了解學(xué)生能接觸到的人工智能技術(shù)。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對二維碼圖像識別、人臉識別、聲控開關(guān)、AR體驗游戲等有所了解，所以筆者將這些技術(shù)融入到課程中來。通過對學(xué)生認知能力與知識建構(gòu)解析，設(shè)計了人工智能五年級上冊校本課程。具體課程目錄如下表所示。

● 《智能結(jié)算》教學(xué)設(shè)計

下面，筆者以《智能結(jié)算》一課為例展示課程設(shè)計思路。本課帶著學(xué)生分析智能結(jié)算系統(tǒng)的工作原理，用圖形化編程平臺編寫仿真的智能結(jié)算程序，再以小組為單位做職業(yè)體驗，體驗超市結(jié)算系統(tǒng)。

1.了解智能結(jié)算系統(tǒng)原理

智能結(jié)算對五年級的學(xué)生來說并不陌生，因為學(xué)生早就習(xí)慣不用紙幣而是用手機“掃一掃”的支付形式購買物品。隨著技術(shù)的發(fā)展，超市、商場、快餐店里的服務(wù)人員在不斷減少，取而代之的是一臺智能結(jié)算設(shè)備。只要讓智能結(jié)算設(shè)備掃一下購買物品的二維碼或條形碼，即可在屏幕上顯示出商品單價，點擊結(jié)算按鈕后，總價被計算出來即可通過手機進行支付。因此，在課堂設(shè)計之初，要先帶著學(xué)生理清智能結(jié)算程序的設(shè)計流程圖。

2.建立商品信息庫

超市的物品要賣出，需要先將物品上架，即把商品信息輸入到一個信息庫中。信息庫里都應(yīng)該包含商品的哪些信息？通過學(xué)生討論思考，明確商品名稱與商品價格是關(guān)鍵信息，必不可少。如何給商品建立信息庫呢？這里將用到圖形化編程的模塊類的“列表”，用其來儲存商品信息，如下頁圖1所示。

3.制作商品二維碼

本次編程設(shè)計涉及二維碼的概念。什么是二維碼？怎么制作二維碼？機器又是如何識別二維碼的呢？因此，本課設(shè)計了人物“安安”與AI博士的對話，從而引出二維碼的概念。同時，在“不同‘視界”環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供了制作二維碼的簡單方式，如下頁圖2所示。在學(xué)生學(xué)會操作后，請其制作出超市商品的二維碼清單，并將商品二維碼貼到對應(yīng)商品上。

4.編寫掃碼結(jié)算程序

前面已經(jīng)建立了兩個列表，分別顯示商品的名稱和價格。如果要計算購買的商品總價，還需要模塊的另一個成員“變量”來幫忙。什么是變量？變量是指沒有固定的值，是可以改變的數(shù)。下面設(shè)計增加“和”變量用來記錄實時變化的商品總價的程序，如圖3所示。

增加變量后，可搭建掃碼結(jié)算程序。當(dāng)開啟攝像頭掃描二維碼時進行條件判斷，如果二維碼掃描結(jié)果等于商品編號1，則將商品庫里的第1項顯示到“結(jié)算列表”中，以此類推。當(dāng)按結(jié)算按鈕時，則計算“結(jié)算列表”中商品的價格之和，以得出最后的結(jié)算總價。

5.模擬體驗無人結(jié)算程序

編寫好程序，還需要測試檢驗。筆者將學(xué)生分為多個小組，以小組為單位，請小組展示設(shè)計的無人超市結(jié)算系統(tǒng)，其他同學(xué)模擬體驗，并反饋自己的使用感受，以使設(shè)計者不斷優(yōu)化程序。

至此，本課內(nèi)容設(shè)計結(jié)束。本課涉及人工智能技術(shù)中的圖像識別技術(shù)，即識別二維碼圖像。希望學(xué)生對生活中常用的二維碼有進一步的認識，能運用列表、變量、AI模塊編寫出智能結(jié)算程序，通過這一過程，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力與創(chuàng)新思維。

● 結(jié)語

在小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、設(shè)計思維、交互思維等素養(yǎng)，開發(fā)和實踐人工智能、信息技術(shù)課程可以說最直接有效的培養(yǎng)路徑。目前，我國人工智能課程仍處于初級發(fā)展階段，在開設(shè)人工智能課程時，還需要解決學(xué)什么、如何教、如何評價等問題。