人工智能在中小學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)中實(shí)施的思考

陸 堯

(江蘇省宿遷市蘇州外國語學(xué)校 江蘇 宿遷 223800)

中小學(xué)教學(xué)是學(xué)生初次接觸信息技術(shù)教育內(nèi)容，也同樣是學(xué)生思維發(fā)展掌握新知識(shí)的關(guān)鍵時(shí)期，而且在學(xué)生未來的學(xué)習(xí)與發(fā)展中，信息技術(shù)必然會(huì)成為學(xué)生生活和工作中必不可少的組成元素，對(duì)于學(xué)生未來的成長將會(huì)產(chǎn)生重要的影響，所以必須要重視中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué),教師要在教學(xué)活動(dòng)中注重信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)與現(xiàn)代社會(huì)的科學(xué)技術(shù)有所接軌，以此來培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教師將人工智能技術(shù)帶入至小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，不僅能夠有效提升學(xué)生對(duì)于新技術(shù)的了解，還能能夠加強(qiáng)學(xué)生人工智能技術(shù)的認(rèn)識(shí)，以此來培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，更好完成學(xué)生信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)。

1.人工智能基本概述

人工智能是一項(xiàng)涉及多領(lǐng)域，多學(xué)科的產(chǎn)物。人工智能包括哲學(xué)、科學(xué)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)理論等多元內(nèi)容。人工智能的科學(xué)基礎(chǔ)正是來自于豐富的科學(xué)內(nèi)容其關(guān)鍵技術(shù)包括識(shí)別圖表、人機(jī)交互、生物特征識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)以及語言處理等。其中機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能發(fā)展的核心，也是未來人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向，人工智能將會(huì)利用計(jì)算機(jī)來模擬人類的學(xué)習(xí)行為，以此來擁有更為完善的知識(shí)體系和相關(guān)技能。并且在發(fā)展過程中重新組織現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)，使其性能不斷優(yōu)化，隨著人工智能的不斷研究，將會(huì)延伸出更為深入的學(xué)習(xí)領(lǐng)域。

深度學(xué)習(xí)主要是指通過增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來提升效率，將復(fù)雜的信息進(jìn)行逐漸的抽象和簡(jiǎn)化判定層數(shù)越多，則知識(shí)的認(rèn)知和識(shí)別能力將會(huì)越準(zhǔn)確，深度學(xué)習(xí)概念的提出將原有計(jì)算機(jī)判定條件轉(zhuǎn)化為大量的圖像對(duì)應(yīng)空間分布的數(shù)據(jù)，通過語音或者自然語言對(duì)應(yīng)時(shí)間線分部數(shù)據(jù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從而尋找規(guī)律進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)是大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)兩個(gè)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)概念越多越為深入，那么在大數(shù)據(jù)的計(jì)算下以及深度學(xué)習(xí)的影響下，則促使人工智能更為智能化。人工智能的研究范疇實(shí)際上是人類智能活動(dòng)規(guī)律的研究，希望通過人工智能去進(jìn)行深度計(jì)算，完成需要人為智力才能夠解決且勝任的任務(wù)與工作。

簡(jiǎn)而言之,人工智能實(shí)際上就是利用科學(xué)技術(shù)手段，讓機(jī)器可以像人一樣思考。目前人工智能已經(jīng)取得了一定的成就，并且在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅松钊霊?yīng)用，并且改變了人們的行為習(xí)慣。所以人工智能定然會(huì)成為科學(xué)技術(shù)未來發(fā)展的主要方向，為了能夠讓人工智能可以在教育工作中深度融入，則需要從信息技術(shù)教學(xué)入手，讓學(xué)生能夠真正了解人工智能技術(shù)，加強(qiáng)人工智能認(rèn)識(shí)和信息技術(shù)的掌握情況。

2.人工智能技術(shù)在中小學(xué)信息教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前人工智能技術(shù)在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中已經(jīng)得到了初步的應(yīng)用。應(yīng)用內(nèi)容主要包括搜索引擎和智能化教學(xué)系統(tǒng)兩個(gè)方面。智能引擎可以結(jié)合學(xué)生教師的實(shí)際教學(xué)內(nèi)容，對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行分析解讀內(nèi)容表達(dá)，從而強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，提高知識(shí)信息搜索者的學(xué)習(xí)效率。其次為智能教學(xué)系統(tǒng)，智能教學(xué)系統(tǒng)將會(huì)成為未來教學(xué)發(fā)展的重要方向。智能教學(xué)系統(tǒng)以人工智能技術(shù)為核心，能夠關(guān)注每一名學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，針對(duì)學(xué)生的學(xué)情進(jìn)行特征分析，結(jié)合學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)特點(diǎn)為學(xué)生安排教學(xué)內(nèi)容變化學(xué)習(xí)方法，以此來滿足學(xué)生的個(gè)體發(fā)展需求，這樣能夠促使學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容更加豐富完善，提高學(xué)習(xí)效果。

同時(shí)人工智能的能在信息技術(shù)教學(xué)中是必不可少的組成元素，人工智能技術(shù)由信息技術(shù)中延伸而來，所以信息技術(shù)與人工智能有著密切的聯(lián)系，在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中必不可少會(huì)提及人工智能將會(huì)對(duì)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)習(xí)產(chǎn)生以下幾點(diǎn)積極作用。

2.1 能夠幫助學(xué)生了解人類智慧的內(nèi)涵。學(xué)生想要深度學(xué)習(xí)信息技術(shù)就需要不斷探索學(xué)習(xí)智能的本質(zhì)內(nèi)涵，從人類認(rèn)知學(xué)角度來說，人類的思維過程實(shí)際上是知識(shí)的相互聯(lián)系，任何知識(shí)都具有相關(guān)性，而不是相對(duì)孤立的知識(shí)，人們?cè)诮邮苄轮R(shí)時(shí)會(huì)將已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)緊密相連，可以說老知識(shí)是新知識(shí)的基礎(chǔ)。聯(lián)通和互動(dòng)應(yīng)當(dāng)成為人工智能中的重要研究領(lǐng)域，通過信息技術(shù)教學(xué)可以幫助學(xué)生更好的了解學(xué)習(xí)的本質(zhì)和智慧的來源，同時(shí)通過不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，可以豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，發(fā)散學(xué)生思維能力，讓學(xué)生通過人工智能來獲得新技術(shù)的重要指示。

2.2 可以幫助學(xué)生鍛煉多種思維方式。中小學(xué)階段在信息技術(shù)教學(xué)中，一般會(huì)采用多媒體技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)等方法來進(jìn)行教學(xué)，而人工智能則可以幫助傳統(tǒng)教學(xué)模式，解決非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化的教學(xué)類問題，把人工智能引入中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，可以讓學(xué)生通過人工智能來完善個(gè)人思維結(jié)構(gòu)，了解不同人工智能語言特征，學(xué)習(xí)智能化問題的解決方法。

2.3 可以通過人工智能幫助學(xué)生了解復(fù)雜問題的解決思路，人工智能是利用程序行為進(jìn)行底層邏輯設(shè)置。在接收到用戶提問后，就可以按照其邏輯基本進(jìn)程解答或?qū)⑼评磉^程傳輸給學(xué)生，這樣學(xué)生就可以擁有人工智能專家類似的思路和推理風(fēng)格，有助于提升學(xué)生知識(shí)體系的分析判斷能力。

3.人工智能在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用措施

從人工智能的功能和概念來看，人工智能包含內(nèi)容豐富，在教學(xué)活動(dòng)中已經(jīng)完全超越了中小學(xué)生的學(xué)習(xí)接受能力。所以在教學(xué)活動(dòng)中，教師應(yīng)當(dāng)研究人工智能的合理應(yīng)用方法，通過多元教學(xué)來引入人工智能項(xiàng)目，讓學(xué)生可以借助具體的生活情境來學(xué)習(xí)相關(guān)計(jì)算機(jī)思維和完成動(dòng)手實(shí)踐任務(wù)。人工智能在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用主要包括以下幾方面。

3.1 引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能應(yīng)用場(chǎng)景，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。人工智能在人們的日常生活中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用人工智能，看似高端抽象，但實(shí)際上學(xué)生在日常生活中也可以經(jīng)常接觸人工智能相對(duì)案例，教師只需要去深度挖掘?qū)W生生活中所能夠接觸到的人工智能案例，即可幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)于人工智能相關(guān)知識(shí)和系統(tǒng)了解的興趣以及求知欲望。

例如，在當(dāng)前智能化設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入了人們的日常生活，智能手機(jī)作為多元應(yīng)用工具，解決了人們?nèi)粘Ｉ钪械闹T多麻煩，目前智能手機(jī)已經(jīng)完全代替了傳統(tǒng)工具，甚至在應(yīng)用場(chǎng)景中還能夠通過智能手機(jī)的人工智能系統(tǒng)來完成圖片和物體的識(shí)別。此時(shí)，教師可以利用智能手機(jī)與學(xué)生日常生活相關(guān)的場(chǎng)景來作為信息技術(shù)人工智能的引導(dǎo)。教師可以向?qū)W生提出以下幾個(gè)問題：“同學(xué)們?cè)谌粘Ｉ钪欣锰詫殎碣徺I商品，為什么這些商品都是自己平時(shí)想買的。而自己在用美團(tuán)點(diǎn)外賣時(shí)美團(tuán)應(yīng)用所推薦的食物都是自己想吃的。手機(jī)APP是如何采用人工智能技術(shù)來對(duì)自己的行為進(jìn)行分析，并且進(jìn)行針對(duì)性推薦的？”此時(shí)通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生就會(huì)很快意識(shí)到人工智能可以了解人們的日常行為，并且對(duì)生活習(xí)慣進(jìn)行總結(jié)處理，從而引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能深度學(xué)習(xí)的獨(dú)特魅力。最后，教師可以向?qū)W生提出探索性問題如：“同學(xué)們?cè)谌粘Ｉ钪羞€有哪些生活案例與人工智能有著直接的聯(lián)系。”讓學(xué)生進(jìn)行不斷的生活情境總結(jié)與分析，通過實(shí)踐力幫助學(xué)生了解人工智能的基本應(yīng)用原理，從而感受人工智能的邏輯關(guān)系和技術(shù)體現(xiàn)，從而讓學(xué)生對(duì)人工智能擁有一定的自我認(rèn)識(shí)。

3.2 利用人工智能完成創(chuàng)客教育與智慧啟蒙教育。創(chuàng)客教育主要是指在教學(xué)活動(dòng)中以學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為基礎(chǔ)，融入項(xiàng)目式教學(xué)利用學(xué)習(xí)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我實(shí)踐，自我創(chuàng)造的過程，并且學(xué)生還能夠在項(xiàng)目創(chuàng)造過程中組成團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，以此來增強(qiáng)學(xué)生的知識(shí)及認(rèn)知，以此來達(dá)到智慧啟蒙教育的目標(biāo)。人工智能在創(chuàng)客教育中最大的特征是引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，從教育層次來說，創(chuàng)新教育和智慧啟蒙教育是讓學(xué)生將多學(xué)科進(jìn)行知識(shí)融合，從而有效解決實(shí)踐問題。學(xué)生通過多方面教育學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)，促使學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力全面發(fā)展，創(chuàng)客與人工智能的有機(jī)融合還能夠解決學(xué)生課堂參與度不足的問題，讓學(xué)生在知識(shí)實(shí)踐中要積極的進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和知識(shí)創(chuàng)新。

需要注意的是在中小學(xué)教學(xué)階段，學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備和知識(shí)認(rèn)知能力仍然存在明顯的不足，所以對(duì)人工智能的深妙算法往往無法全面理解。為了加強(qiáng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，可以利用創(chuàng)客教育讓學(xué)生參與開發(fā)一些智能程度相對(duì)較弱的智能項(xiàng)目，從而在活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，還能夠?yàn)閷W(xué)生的信息技術(shù)應(yīng)用能力提供實(shí)踐案例，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中擁有自我批判和解決問題的能力，從而提升學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)水平。

3.3 在人工智能引領(lǐng)下構(gòu)建中小學(xué)編程教育體系。無論是信息技術(shù)還是人工智能，都與編程教育內(nèi)容有著直接的關(guān)系，隨著人工智能的發(fā)展越來越廣泛深入，人工智能對(duì)人們的日常生活影響將會(huì)越來越多。所以編程定然會(huì)成為未來學(xué)生發(fā)展中所必須要使用的專業(yè)技能之一。就人工智能領(lǐng)域來說，人工智能必須要建立在一定的編程程序之下，而人工智能中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法成為了主流，正因?yàn)樗惴ǖ募映秩斯ぶ悄懿拍軌蜃兊酶于呄蛴谥腔蹅€(gè)體的行為?；诖耍處熞侠砝萌斯ぶ悄芤龑?dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)編程，提高學(xué)生的編程技能。

首先，中小學(xué)生在信息技術(shù)教學(xué)中是首次接觸編程語言，對(duì)于編程的認(rèn)識(shí)還相對(duì)薄弱，此時(shí)為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)感染力則應(yīng)當(dāng)將編程教學(xué)內(nèi)容以游戲化情境為背景進(jìn)行設(shè)計(jì)。讓學(xué)生可以自由拖動(dòng)相關(guān)程序，以圖表拼積木的方式來引導(dǎo)學(xué)生完成編程的核心邏輯，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)過程將會(huì)更為符合循序漸進(jìn)的教學(xué)發(fā)展原理。還能夠降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，讓學(xué)生以更為直觀的角度去觀察理解人工智能與編程。

其次，要在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生掌握Scratch圖形化編程邏輯學(xué)生可以基本掌握該邏輯模塊認(rèn)識(shí)程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，并且通過一定的實(shí)際案例引導(dǎo)學(xué)生來完成知識(shí)的實(shí)踐與體驗(yàn)，從而加強(qiáng)學(xué)生的知識(shí)掌握。

最后，需要引導(dǎo)學(xué)生完成算法邏輯的學(xué)習(xí)，將一些數(shù)學(xué)經(jīng)典問題作為思想導(dǎo)入，讓學(xué)生將各類算法應(yīng)用在實(shí)際場(chǎng)合中，以此來突破學(xué)生抽象的知識(shí)認(rèn)識(shí)。在學(xué)生擁有一定邏輯思維后可以讓學(xué)生將開源硬件與算法程序有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意編程機(jī)器人動(dòng)作的組合，進(jìn)一步優(yōu)化學(xué)生的知識(shí)體驗(yàn)，讓學(xué)生真正將知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐中，達(dá)到學(xué)以致用的教育目標(biāo)。

3.4 利用人工智能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生信息技術(shù)知識(shí)的考核。人工智能技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)，同時(shí)也可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評(píng)定和測(cè)試，所以在信息技術(shù)教學(xué)中，教師可以利用人工智能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)考核。即將考核內(nèi)容變得更具針對(duì)性，也可以實(shí)現(xiàn)無紙化考試為。利用人工智能來完成試卷的批改，減少了教師的教學(xué)壓力，為學(xué)生和教師都帶來便利性。例如在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中可以采用網(wǎng)絡(luò)評(píng)測(cè)的方式來對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，以PPT課程教學(xué)中，教師在完成相關(guān)知識(shí)的講解之后，就可以為學(xué)生設(shè)置一個(gè)有關(guān)于本節(jié)知識(shí)內(nèi)容的隨機(jī)題庫，隨后讓學(xué)生通過題庫抽選題目進(jìn)行檢測(cè)，在這一過程中會(huì)全面應(yīng)用到人工智能技術(shù)，通過這樣的方式可以讓學(xué)生快速展示結(jié)果，學(xué)生通過瀏覽結(jié)果也將會(huì)快速認(rèn)識(shí)到自己在學(xué)習(xí)和操作過程中所存在的問題與失誤，在最短的時(shí)間內(nèi)來完成學(xué)生的針對(duì)性教學(xué)。教師在人工智能應(yīng)用時(shí)，還需要利用人工智能為學(xué)生建設(shè)個(gè)人學(xué)習(xí)檔案。長期追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，利用學(xué)習(xí)檔案來對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)估，為學(xué)生建設(shè)具有針對(duì)性的學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以幫助教師把控課堂教學(xué)節(jié)奏，對(duì)于學(xué)生在學(xué)習(xí)檔案中所出現(xiàn)的一些常規(guī)共性問題，教師則可以進(jìn)行針對(duì)性講解，以此來調(diào)整教學(xué)策略，提高教學(xué)針對(duì)性。

3.5 對(duì)學(xué)生提供開源編程項(xiàng)目載體，讓學(xué)生編程項(xiàng)目得以實(shí)踐。目前，在教育領(lǐng)域中擁有諸多器材可以應(yīng)用于信息技術(shù)編程教育，這些開源項(xiàng)目載體都充分融合了人工智能元素，更加符合學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，讓學(xué)生可以借助這些學(xué)習(xí)載體作為信息技術(shù)的學(xué)習(xí)項(xiàng)目，幫助學(xué)生以項(xiàng)目和實(shí)踐來完成知識(shí)的應(yīng)用與學(xué)習(xí)，學(xué)生看到自己的編程項(xiàng)目可以進(jìn)行應(yīng)用和實(shí)踐，這樣就可以充分提升學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。從而對(duì)人工智能的開發(fā)產(chǎn)生動(dòng)力和興趣，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以更加配合教師的教育教學(xué)活動(dòng)。

例如，在“貓的眼睛”教學(xué)活動(dòng)中，教師就可以借助小貓科技中的開源硬件，以及圖形化架構(gòu)軟件平臺(tái)來實(shí)施教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生來完成相關(guān)的編程任務(wù)，不斷讓學(xué)生在編程中實(shí)現(xiàn)自己所需要的功能，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)信息技術(shù)的應(yīng)用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，在信息技術(shù)教學(xué)過程中，教師還需要為學(xué)生介紹人工智能的發(fā)展和知識(shí)體系，從而幫助學(xué)生更完好的應(yīng)用知識(shí)。邏輯來進(jìn)行編程開發(fā)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。學(xué)生的自我動(dòng)手實(shí)踐和項(xiàng)目運(yùn)營也得到了有效的發(fā)展，為學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用與及全面發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

結(jié)束語

總而言之，在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，人工智能與信息技術(shù)有著直接且密切的聯(lián)系，必須要重視人工智能與信息技術(shù)教育的有機(jī)融合，在學(xué)校學(xué)習(xí)中幫助學(xué)生完善知識(shí)體系，構(gòu)建編程知識(shí)邏輯，這樣才能夠真正讓學(xué)生成長為創(chuàng)新型智能人才。