小學信息技術(shù)課程滲透人工智能教育的探索與實施

焦振洲 于曉雅

【摘 要】人工智能教育勢在必行，對小學生而言，在啟蒙課程中，將人工智能按照核心概念或者模塊進行劃分，以滲透的方式融合進“知識、技能、思維、視野”的實施途徑，有利于在感性的課程中理解人工智能的技術(shù)和倫理。本文嘗試在漢字輸入課程中，滲透人機交互的概念，通過智能輸入引導小學生對人工智能的認識和思考。

【關(guān)鍵詞】人工智能課程;小學信息技術(shù)

【中圖分類號】G434 ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2021）05-049-03

小學階段的人工智能教育在課標、課程、師資等方面都有所欠缺，短板非常明顯。小學階段開展人工智能教學，要解決“講什么？標準是什么？怎么講？”等問題。是否可以將人工智能與現(xiàn)有小學信息技術(shù)學科課程相滲透，在小學階段走一條培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)、幫助學生建立信息技術(shù)學科大概念的道路呢？

通過理論與文獻確定研究思路

對“人工智能教育與小學課程相結(jié)合的問題”進行文獻研究，梳理出研究的理論依據(jù)和研究現(xiàn)狀，為后續(xù)研究確定思路。

（1）理論依據(jù)。根據(jù)皮亞杰認知發(fā)展理論，小學階段屬于具體運算階段，小學生的思維特點是具有守恒性、自我中心性和可逆性，該時期心理操作著眼于抽象概念、運算性（邏輯性），但思維活動需要具體內(nèi)容的支持。簡而言之，學生可以進行思維活動，但是需要具體內(nèi)容進行支撐，純符號、純理論的學習困難。

（2）研究現(xiàn)狀。通過“知網(wǎng)”進行文獻研究，發(fā)現(xiàn)人工智能及其教育呈現(xiàn)出如下特點：學科高度交叉，綜合性強;前沿技術(shù)變化快，日新月異;理解現(xiàn)象容易，系統(tǒng)學習難;激發(fā)興趣容易，深入探究難;嘗試體驗容易，評價技術(shù)影響難。

（3）研究思路。一是立足現(xiàn)有課程。在地方性（或者校本性）信息技術(shù)教材的基礎(chǔ)上，從“知識、技能、思維、視野”四個方面構(gòu)建現(xiàn)有課程與人工智能教育的聯(lián)系，擴展延伸人工智能前沿知識與內(nèi)容，從而實現(xiàn)現(xiàn)有信息技術(shù)課程滲透人工智能教育的目的。這里的“知識”是指計算機和人工智能的基礎(chǔ)知識;“技能”是指計算機和人工智能應(yīng)用的基本技能;“思維”是指利用計算機和人工智能解決實際問題的思維;“視野”是指計算機和人工智能的前沿視野與未來視野。

二是整合課程內(nèi)容。對擴展以后的信息技術(shù)課程和人工智能教育進行整合處理，整合方法是把具有“內(nèi)容相近、工具性明顯、實踐性強”三大特點的教學內(nèi)容，以項目制學習的形式整合到一起。如可以把有關(guān)Word的信息技術(shù)課程內(nèi)容完全融合到項目制學習中，變成編寫項目計劃、設(shè)計項目工具、撰寫項目報告等實際工作，使Word成為項目制學習中的一種工具，進而成為學生的信息意識、數(shù)字化學習和創(chuàng)新能力。

三是以高中課標為引領(lǐng)，設(shè)計項目制學習。項目制學習的設(shè)計思路是通過學習知識、體驗技能、訓練思維、開闊視野和實踐活動等五個環(huán)節(jié)，使小學生保持對人工智能的興趣，建立信息技術(shù)學科核心概念，培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)。設(shè)計項目時還要結(jié)合本地區(qū)或者學校的學情和條件，將普通高中課標作為引領(lǐng)，確定正確的培養(yǎng)方向和設(shè)計恰當?shù)闹R難度。

“輸入與人工智能”教學設(shè)計

1.教學內(nèi)容

依托北京版信息技術(shù)教材第一冊第二單元“輸入小能手”單元，以“鍵盤輸入”技能為起點，拓展“手寫輸入、語音輸入、文字識別、圖形識別、指紋識別、人臉識別”等人工智能輸入體驗，補充“馬斯克腦機接口”等前沿知識，開闊學生視野，最后引導學生開展“未來物品設(shè)計”的實踐活動。教學內(nèi)容參考了普通高中“選擇性必修模塊4：人工智能初步”的知識，實踐活動方面可以整合繪圖軟件或者圖形處理軟件的學習，如北京版信息技術(shù)教材第三冊第一單元“圖形圖像處理”或者第一冊第三單元“計算機小畫家”。

2.課例整體設(shè)計

采用項目式學習，共分三個階段。

（1）第一階段，通過“鍵盤輸入”和“人工智能輸入”之間強烈的“認知沖突”讓學生反思鍵盤輸入與人工智能輸入之間的關(guān)系，需要1個課時。

設(shè)計意圖：提高學生對人工智能的興趣，初步理解人工智能對信息技術(shù)發(fā)展的意義，促進學生積極關(guān)注人工智能的發(fā)展，主動探索人工智能的新產(chǎn)品、發(fā)展人工智能的新想法，此目的屬于信息意識的范疇;通過人工智能輸入體驗、馬斯克腦機接口技術(shù)的討論讓學生體會信息社會責任，幫助學生初步感受人工智能技術(shù)，樹立人工智能觀念。

（2）第二階段，以任務(wù)驅(qū)動、問題導向為策略，開展“未來物品設(shè)計”實踐活動，共需要3個課時。

暢想科幻物品（1課時）。圍繞“人機接口和產(chǎn)生的神奇效果”，組織學生大膽想象一個科幻物品，用語言將自己的想法告訴所有同學，隱含任務(wù)“選擇恰當?shù)妮斎敕绞接涗涀约旱南敕ê陀懻撨^程，為進一步設(shè)計物品做準備”。

設(shè)計意圖：通過實際學習過程體驗現(xiàn)有人工智能輸入方法，鍛煉數(shù)字化學習能力，暢想未來物品的“人機接口”形式，提升學生對于人工智能的興趣;培養(yǎng)學生有意識地根據(jù)解決問題的需要，自覺、主動地尋求恰當?shù)姆绞将@取與處理信息的信息意識;通過實際應(yīng)用，讓學生了解人工智能的新發(fā)展、新應(yīng)用，并運用在學習和生活中，培養(yǎng)學生數(shù)字化學習與創(chuàng)新素養(yǎng)。

設(shè)計科幻物品（2課時）。依據(jù)上一課時的學習成果，按照一定的規(guī)范，繪制科幻物品的設(shè)計圖紙。

設(shè)計意圖：將自己的想法轉(zhuǎn)化成實際成果，體驗應(yīng)用信息技術(shù)進行創(chuàng)作的過程，同時整理設(shè)計思路，體會掃描儀、鼠標作圖、手繪板、打印機等輸入輸出方式。

（3）第三階段，“我眼中的未來——科幻物品設(shè)計展”，需要2課時。

“輸入與人工智能”第一課時教學實踐

（1）理論依據(jù)：根據(jù)奧蘇貝爾“有意義學習”理論，遵循“輸入”與“人機交互”之間實質(zhì)性的聯(lián)系，完成學生原有認知結(jié)構(gòu)中“輸入”概念的同化過程，使之形成“人機交互”的概念，實現(xiàn)提升學生人工智能興趣，持續(xù)培養(yǎng)學生信息意識、數(shù)字化學習與創(chuàng)新兩項素養(yǎng)，初步塑造學生信息系統(tǒng)、信息社會兩個大概念的教學目標。

（2）學情分析：授課年級為小學六年級。這一階段的學生經(jīng)過多年的信息技術(shù)學科學習，已經(jīng)具備了一定的計算機操作基礎(chǔ)，對于“輸入、輸入設(shè)備”等基本概念已經(jīng)掌握，并在生活中對于“語音輸入、圖形圖像識別、自動翻譯、人臉識別”等人工智能應(yīng)用有了一定的體驗和認識，且具有一定的判斷能力和信息技術(shù)創(chuàng)造能力。但并未形成真正的能力和素養(yǎng)，都需要引導和訓練。

（3）教學目標：通過體驗可以對“鍵盤輸入”與“手寫輸入、語音輸入、文字識別、圖形識別、傳感器輸入、馬斯克腦機接口輸入”進行對比與評價，對“輸入”的發(fā)展建立一定的認識;能夠舉例說出“輸入”的概念、區(qū)分常見的“輸入”與“輸出”;能夠用自己的語言說出“人機交互”對于人工智能的作用;對人工智能充滿興趣，發(fā)揮自己的想象力進行“科幻物品設(shè)計”，思考未來信息技術(shù)的發(fā)展趨勢、暢想未來社會的信息化特征，在創(chuàng)作的過程中能夠發(fā)揮自己的所學，自覺、自主地選取技術(shù)工具完成任務(wù)。教學重點是現(xiàn)有人工智能輸入方式的體驗以及學生的評價。教學難點是在理解“人機交互”作用的前提下進行“科幻物品設(shè)計”。

（4）教學環(huán)境：計算機網(wǎng)絡(luò)教室;帶有圖像識別、文字識別、自動翻譯等功能的智能終端。

（5）教學過程：組織學生進行錄入考核，錄入內(nèi)容“50字英文+50字中文”，3分鐘完成為合格，對比鍵盤、語音和手寫輸入速度。

設(shè)計意圖：根據(jù)學生能力設(shè)置較難完成的任務(wù)，為后續(xù)引發(fā)學生的認知沖突做好鋪墊。

教師盲目的評價“輸入快的學生家里一定有鍵盤，日?？傆面I盤”引發(fā)討論和認知沖突。從而引出日常的手寫輸入、語音輸入、掃碼等。組織學生通過手機體驗手寫輸入、語音輸入、文字識別、自動翻譯、圖像識別、人臉識別等。

以問題鏈的形式組織學生討論理解概念：舉例說明什么是輸入，判斷“顯示器、打印機、手機屏幕文字顯示是否是輸入”;舉例介紹你最喜歡哪種輸入方式，為什么;舉例判斷“鍵盤輸入過時了，應(yīng)該淘汰;猜一猜最先進的輸入是什么”。以此引出前沿的科技內(nèi)容。

教師將相關(guān)新技術(shù)資料介紹給學生，講解該技術(shù)應(yīng)用的好處，提問學生對于該項技術(shù)的看法，和學生一起分析該項技術(shù)的隱患，最終提出“我們學習人工智能、開發(fā)人工智能的目的是什么”。引導學生的價值方向為：研究和開發(fā)人工智能是為了更好地解決人類遇到的問題;我們學習人工智能是為了以后更好地開發(fā)、掌握、控制人工智能，更好地讓它為人類服務(wù)。布置“未來物品設(shè)計”實踐活動。

本課例是從“知識、技能、思維、視野”等方面開展小學人工智能教育的典型實例，是普通高中信息技術(shù)課標引領(lǐng)下信息技術(shù)學科素養(yǎng)在小學階段實施的一種嘗試。本課例具有普遍適用性，教學內(nèi)容能在大部分小學開展，且做到了人工智能與小學信息技術(shù)課程的結(jié)合。

基金項目：本文系中國教育學會教育科研課題“中小學人工智能教學活動設(shè)計和實施課例研究”（課題編號：201900302301A）階段性研究成果

參考文獻

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作者單位：北京市昌平區(qū)馬池口中心小學 ?北京教育學院