聚焦學(xué)生素養(yǎng) 構(gòu)建智育基礎(chǔ)
——小學(xué)人工智能教學(xué)實踐初探

文/宋 麗

引 言

小學(xué)是開發(fā)學(xué)生智力的關(guān)鍵時期，在這一階段進行人工智能教學(xué)，有利于提高學(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力，增進學(xué)生對人工智能的了解，促進教育向現(xiàn)代化與信息化方向發(fā)展。學(xué)校應(yīng)高度注重人工智能教學(xué)，并在培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)的基礎(chǔ)上開展教學(xué)。

一、人工智能與核心素養(yǎng)分析

（一）人工智能

人工智能即AI，是計算機科學(xué)的分支之一，指的是研究與開發(fā)用于模擬和延伸甚至拓展人類智能的理論、方法與技術(shù)的科學(xué)[1]。人工智能嘗試了解人類智能的本質(zhì)，并研發(fā)出類似于人類智能的智能機器，因此人工智能的研究領(lǐng)域較為廣泛，包括圖像識別、語音識別、專家系統(tǒng)、機器人及自然語言處理等。

（二）核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)全稱為中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，指的是學(xué)生應(yīng)具備的能夠適應(yīng)終身發(fā)展與社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。核心素養(yǎng)的內(nèi)涵較為豐富，主要包括文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展與社會參與，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)是落實立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵舉措，有利于提升我國教育的整體水平，且符合世界教育的發(fā)展趨勢。因此，教師需要在堅持科學(xué)性、時代性與民族性等原則的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

二、小學(xué)開展人工智能教學(xué)的意義

人工智能可以展現(xiàn)出未來科技的發(fā)展方向，將人工智能滲透到教育工作中，能夠為人工智能的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。近年來，我國對人工智能的研究在諸多領(lǐng)域中都取得了成就，擴大了人工智能的應(yīng)用范圍，將人工智能應(yīng)用在了物流、交通及家居等各個領(lǐng)域中。而將人工智能融入教育工作中，可以加深學(xué)生對人工智能的了解，增強學(xué)生人工智能的意識。在小學(xué)教育階段中設(shè)置人工智能課程可以激發(fā)學(xué)生對人工智能的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生后續(xù)研究人工智能奠定基礎(chǔ)[2]。在培養(yǎng)核心素養(yǎng)的過程中，學(xué)生不僅需要掌握語數(shù)英等主要學(xué)科的知識與音體美等藝術(shù)知識，還需要掌握一定的科學(xué)技術(shù)，提高信息技術(shù)應(yīng)用能力。人工智能有利于解決學(xué)生在生活與學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題，轉(zhuǎn)變學(xué)生的思維。總而言之，在小學(xué)開展人工智能教學(xué)有利于提高學(xué)生的信息技術(shù)意識和邏輯思維能力。

三、小學(xué)人工智能教學(xué)現(xiàn)狀

人工智能不僅代表了未來科技的發(fā)展方向，也是推動國家發(fā)展的主要動力之一，因此在小學(xué)開展人工智能教育至關(guān)重要。但是，我國對人工智能的研究仍處于起步階段，所以小學(xué)人工智能教學(xué)現(xiàn)狀不容樂觀。

（一）缺乏重視

缺乏重視是小學(xué)人工智能教育工作中最大的阻礙。首先，在應(yīng)試教育思想的影響下，大多數(shù)校領(lǐng)導(dǎo)、教師及家長都更注重學(xué)生在語數(shù)英等學(xué)科方面的表現(xiàn)，過度關(guān)注學(xué)生的各科成績，忽視了人工智能的重要性。其次，人工智能屬于新興學(xué)科，目前只有一小部分高校開設(shè)了人工智能課程，小學(xué)并沒有開設(shè)人工智能課程，只是在信息技術(shù)課程中加入了少量人工智能的內(nèi)容，如閩教版小學(xué)信息技術(shù)三年級（上冊）中的“人工智能在身邊”，無法使人工智能有效滲透到小學(xué)教育中。

（二）缺乏專業(yè)人才

人工智能教學(xué)需要專業(yè)人才的支持，但目前人工智能專業(yè)人才十分匱乏，影響了小學(xué)人工智能教學(xué)的開展。首先，我國對人工智能的研究與開發(fā)落后于西方發(fā)達國家，專業(yè)人才相對較少，甚至需要從國外引進人才，無法為學(xué)校人工智能教育提供有效支持。其次，學(xué)校不夠重視人工智能，沒有積極引進人工智能方面的專業(yè)人才，也不具備對現(xiàn)有的信息技術(shù)教師進行人工智能方面培訓(xùn)的條件。

（三）缺乏完善的教學(xué)設(shè)施

人工智能教學(xué)對教學(xué)設(shè)施的完善性有較高的要求，而人工智能的相關(guān)設(shè)備價格昂貴，大多學(xué)校的資金投入力度相對較小，沒有為學(xué)生提供完善的教材與教學(xué)設(shè)施，無法開展全面的人工智能教育。

四、小學(xué)人工智能教學(xué)策略

（一）加強重視

若想開展人工智能教學(xué)，學(xué)校就需要提高對人工智能的重視程度。首先，學(xué)校應(yīng)加大對人工智能的研究力度，明確人工智能對社會發(fā)展的意義及開展人工智能教學(xué)的重要性。同時，學(xué)校應(yīng)加大宣傳力度，增進教師與家長對人工智能的了解，為人工智能教學(xué)的開展奠定基礎(chǔ)。其次，教師應(yīng)綜合分析人工智能的內(nèi)涵、特點、發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方向，在全面了解人工智能的基礎(chǔ)上開展人工智能教學(xué)。教師還應(yīng)轉(zhuǎn)變教育教學(xué)理念，摒棄傳統(tǒng)的應(yīng)試教育思想，樹立素質(zhì)教育意識，全面培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。此外，家長應(yīng)注重學(xué)生的全面發(fā)展，為學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能提供支持。

（二）加強教師培訓(xùn)

小學(xué)階段是學(xué)生身心發(fā)展的重要時期，在這一階段中進行人工智能教學(xué)是提高學(xué)生智力、培養(yǎng)學(xué)生思維能力的關(guān)鍵手段。而提高師資力量是開展人工智能教學(xué)的前提與基礎(chǔ)，因此，應(yīng)從兩方面入手增強師資力量。第一，學(xué)校在開展人工智能教學(xué)之前，需加強教師隊伍建設(shè)。學(xué)校可以積極引進人工智能方面的專業(yè)人才，優(yōu)化教師隊伍，提高教學(xué)水平。同時，學(xué)校也可以設(shè)置獨立的人工智能研究室，加強教師專業(yè)培訓(xùn)，增強教師對人工智能的了解與掌握，提高教師的教學(xué)技能，將人工智能知識滲透到教學(xué)中。第二，教師也應(yīng)不斷學(xué)習(xí)，提高自身的專業(yè)能力與綜合水平。教師可以學(xué)習(xí)各方面的課程，如計算機語言的處理、編程，豐富人工智能教學(xué)的內(nèi)容，完善學(xué)生的知識體系，也應(yīng)提高自身的信息技術(shù)應(yīng)用水平，多參與培訓(xùn)活動，以人工智能教學(xué)的智能化為目標(biāo)，彌補教學(xué)中的不足。

（三）加大資金投入力度，完善教學(xué)設(shè)施

良好的教學(xué)條件可以優(yōu)化人工智能教學(xué)效果，學(xué)校應(yīng)加大資金投入力度，完善人工智能教學(xué)設(shè)施，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)條件。首先，教育部門、財政部門等相關(guān)部門應(yīng)認識到在小學(xué)開展人工智能教育的必要性與重要性，加大政策支持與資金扶持力度，為學(xué)校開展人工智能教育提供政策、資金、技術(shù)及人才等方面的幫助，從而提高教育質(zhì)量。其次，學(xué)校也應(yīng)高度重視人工智能教學(xué)，加大資金投入力度，完善軟硬件設(shè)施，包括完善計算機、多媒體等硬件設(shè)備和構(gòu)建人工智能教學(xué)平臺，優(yōu)化教學(xué)條件，營造濃厚的教學(xué)氛圍。

（四）根據(jù)人工智能特點優(yōu)化課程設(shè)置

若想充分發(fā)揮人工智能教學(xué)的作用，提高學(xué)生的人工智能應(yīng)用水平，教師需要加強理論研究與實踐，讓學(xué)生在掌握人工智能概念與特點的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)應(yīng)用人工智能。相較于中學(xué)生，小學(xué)生的自制能力相對較差，教師應(yīng)加強引導(dǎo)，讓學(xué)生主動了解人工智能。當(dāng)前，我國對人工智能的研究主要包括機器人、人臉識別、智能控制、指紋識別、自然語言處理等方面，理解難度相對較大。學(xué)校應(yīng)根據(jù)人工智能的內(nèi)涵、特點與研究領(lǐng)域優(yōu)化課程設(shè)置，如設(shè)置指紋識別、圖像識別的理論與實踐課程等，讓學(xué)生明確人工智能的內(nèi)容及其優(yōu)勢與特點，加深學(xué)生對自然語言處理、語言識別、圖像識別等方面的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（五）豐富教學(xué)資源

在進行人工智能教學(xué)時，教師需要引導(dǎo)學(xué)生理解人工智能的概念，同時也需要科學(xué)選擇并豐富教學(xué)資源，提高教學(xué)的針對性與實效性，拓寬學(xué)生的視野，滿足學(xué)生的個性化需求。首先，教師需要選擇一些符合學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律與認知特點且淺顯易懂的人工智能知識，如在日常生活中常見的指紋識別、人臉識別及語音識別等知識，促進學(xué)生的個性化發(fā)展。其次，在教學(xué)過程中，教師也可以加強編程教學(xué)，讓學(xué)生嘗試編寫簡單的程序，加深對自然語言與語音識別的了解，提高應(yīng)用水平[3]。

（六）優(yōu)化教學(xué)模式

人工智能教學(xué)不同于語文、數(shù)學(xué)、英語等學(xué)科教學(xué)，教師應(yīng)優(yōu)化教學(xué)模式，提高教學(xué)效率。首先，教師可以利用游戲教學(xué)模式。人工智能教學(xué)的難度較大，但是相對來說比較有趣，所以教師可以針對人工智能趣味性強及研究性強等特點設(shè)計一些小游戲，進行游戲教學(xué)，調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性。其次，教師可以利用情境教學(xué)模式。生活中的人工智能應(yīng)用案例有很多，如手機的人臉識別、指紋識別、語音識別等，教師可以結(jié)合生活創(chuàng)設(shè)情境，將學(xué)生引入教學(xué)情境中，讓學(xué)生了解人工智能在生活中的應(yīng)用。

五、實際案例分析

（一）案例設(shè)計

掃地機器人是生活中常用的一款人工智能產(chǎn)品，它會自動躲避遇到的障礙物，防止碰撞。對于掃地機器人是如何躲避障礙物這個問題，小學(xué)生很感興趣。教師可結(jié)合家庭常見的掃地機器人和Micro:bit 機器人編程軟件，開展與綜合應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科整合的探究活動，實現(xiàn)人工智能與科學(xué)實驗探究的結(jié)合。

（二）項目明確

教師首先播放掃地機器人走迷宮的視頻片段，引導(dǎo)學(xué)生對掃地機器人的工作原理提出自己的想法，同時，引導(dǎo)學(xué)生思考教師設(shè)置的問題，激發(fā)學(xué)生探究熱情和學(xué)習(xí)興趣。其次，教師再介紹Micro:bit 機器人編程軟件，引導(dǎo)學(xué)生共同探究應(yīng)用人工智能的掃地機器人的工作原理，明確本節(jié)課的研究項目。

（三）項目實施

項目實施環(huán)節(jié)主要包括認識紅外避障傳感器、理解掃地機器人避障過程、安裝賽道和編寫程序、測試機器人及創(chuàng)新交流。第一，認識紅外避障傳感器。教師首先利用Micro:bit 人工智能學(xué)習(xí)包安裝了一個紅外避障小車，再通過圖示向?qū)W生展示紅外避障傳感器的構(gòu)造和工作過程，然后通過事先編寫好的Micro:bit 程序，讓避障小車成功避障。通過直觀的實物展示、避障小車的演示等，學(xué)生對紅外避障傳感器有了清晰的認識，也更能激發(fā)探究熱情和學(xué)習(xí)欲望，為下一步的學(xué)習(xí)做好準備。第二，理解掃地機器人避障過程。這一步重點要讓學(xué)生理解編程思維，讓學(xué)生理解編程之前需要分析過程示意圖，再通過過程示意圖完成編程。同時，編程思維也體現(xiàn)在生活的方方面面，表現(xiàn)在解決問題的能力、合理分析問題、提出正確的解決方案等，因而此部分是將人工智能的編程思維拓展到實際生活中來，培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力。第三，安裝賽道和編寫程序。在認識了傳感器和理解了避障過程后，學(xué)生已經(jīng)有了解決思路，再通過Micro:bit 軟件的介紹，能合理地編程，達到避障的目的。第四，在賽道上測試機器人。這一步可以讓學(xué)生體驗成功的喜悅，體驗人工智能應(yīng)用的神奇。第五步，創(chuàng)新交流。這一步可以讓學(xué)生交流反饋，并改進程序，達到更智能的效果。這也是人工智能不斷前進的過程，同時也可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

結(jié) 語

我國的人工智能仍處于起步階段，而人工智能教育也存在一些問題，這就要求學(xué)校提高對人工智能的重視程度，加強教師培訓(xùn)，完善人工智能教學(xué)設(shè)施，根據(jù)人工智能的特點，優(yōu)化課程設(shè)置，并不斷豐富教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣。