“農(nóng)村娃”也能玩轉(zhuǎn)人工智能
——農(nóng)村小學(xué)人工智能教育的“青小路徑”

江蘇省蘇州市吳江區(qū)青云小學(xué) 楊云妹 沈崢嶸

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》把全面推進(jìn)新一代人工智能提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，指出在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育；建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國(guó)人工智能人才高地等。在這種新的時(shí)代背景下，學(xué)校教育需要做出相應(yīng)的改變，才能滿足社會(huì)需求和學(xué)生發(fā)展需要。而對(duì)于青云小學(xué)——一所農(nóng)村小學(xué)來(lái)說(shuō)，最好的切入點(diǎn)則是將其納入現(xiàn)有的學(xué)?？萍冀逃w系中，因地制宜地結(jié)合農(nóng)村學(xué)校的學(xué)情和校情，有針對(duì)性地完善課程體系，開展人工智能項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，為農(nóng)村科技教育注入新的發(fā)展活力。

一、問(wèn)題與困惑：農(nóng)村小學(xué)開展人工智能教育現(xiàn)狀

（一）農(nóng)村小學(xué)生人工智能學(xué)習(xí)方面存在的問(wèn)題

為了更深入地了解學(xué)情，把握學(xué)校在開展人工智能教育方面的實(shí)際情況，學(xué)校曾以網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷的形式對(duì)五、六年級(jí)學(xué)生進(jìn)行了一次問(wèn)卷調(diào)查。根據(jù)對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析，學(xué)生在人工智能學(xué)習(xí)方面主要存在以下問(wèn)題：

1.學(xué)生對(duì)人工智能的概念認(rèn)識(shí)模糊

學(xué)校僅有30.8%的學(xué)生聽說(shuō)過(guò)“人工智能”這個(gè)概念，6.4%的學(xué)生能夠說(shuō)出兩個(gè)基于人工智能技術(shù)的應(yīng)用。這在客觀上就需要學(xué)校補(bǔ)充人工智能的教學(xué)，以使學(xué)生適應(yīng)社會(huì)的需求。

2.學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)人工智能的目的理解尚不到位

調(diào)查顯示，學(xué)校有62.3%的學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的目的僅僅停留在拓寬視野的層面上，大部分學(xué)生都沒(méi)有認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)能夠讓他們未來(lái)更好地適應(yīng)智能時(shí)代的快速發(fā)展。

3.學(xué)生獲取人工智能知識(shí)的渠道不足

調(diào)查顯示，學(xué)校有86.8%的學(xué)生都表示對(duì)學(xué)習(xí)人工智能有興趣，但選擇“不知道從哪里學(xué)”的學(xué)生占比高達(dá)64%。從理論上來(lái)說(shuō)，學(xué)生可以上網(wǎng)查閱到關(guān)于人工智能的很多知識(shí)，但如果以“人工智能”為關(guān)鍵詞在網(wǎng)絡(luò)上搜索，出現(xiàn)在前幾頁(yè)的大部分內(nèi)容都是廣告，還有很多是小學(xué)生很難理解的內(nèi)容。從客觀上說(shuō)，一個(gè)小學(xué)生，從網(wǎng)絡(luò)上很難獲取與他年齡相匹配的人工智能知識(shí)。

（二）農(nóng)村小學(xué)在實(shí)施人工智能教育方面存在的困惑

1．專業(yè)教師匱乏

學(xué)校能夠承擔(dān)人工智能教學(xué)任務(wù)的教師主要是信息科技學(xué)科教師。學(xué)校共有專職信息技術(shù)教師2人，只有1個(gè)接受過(guò)人工智能教學(xué)培訓(xùn)，這成為農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的共性問(wèn)題，是學(xué)校開展人工智能教育面臨的最大挑戰(zhàn)。

2．課程資源短缺

在小學(xué)實(shí)施人工智能教育，沒(méi)有統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)，在課程構(gòu)建過(guò)程中，教學(xué)目標(biāo)的確定、教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)課時(shí)的安排和調(diào)整、教學(xué)模式和教學(xué)策略的選用、課程評(píng)價(jià)和綜合教學(xué)場(chǎng)地的建設(shè)等方面，都存在著或大或小的分歧。

3．課時(shí)難以保障

目前，很多學(xué)校的人工智能教學(xué)都放在信息技術(shù)課上完成。但僅靠信息技術(shù)的課時(shí)量，是難以承擔(dān)這項(xiàng)新的教育任務(wù)的。很多學(xué)校每周只有1課時(shí)的信息技術(shù)課，還需要完成大綱規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，顯然難以滿足學(xué)生對(duì)人工智能教學(xué)的需要。

以上的困惑一直困擾著我們，但我們?nèi)匀徽J(rèn)定農(nóng)村學(xué)生也有接受人工智能創(chuàng)新教育的必要。因此，我們努力克服困難、爭(zhēng)取支持，形成了獨(dú)具特色的農(nóng)村小學(xué)人工智能教育的“青小路徑”。

二、實(shí)踐與行動(dòng)：農(nóng)村小學(xué)人工智能教育“青小路徑”

（一）構(gòu)建“1+2+N”人工智能教育模式，助推學(xué)生信息素養(yǎng)發(fā)展

學(xué)校成立了人工智能教育行動(dòng)研究小組，創(chuàng)造了“1+2+N”模式（見圖1）。在“1+2+N”模式中，“1”是指人工智能必修課程，在常規(guī)課堂開展人工智能必修課程，按照國(guó)家信息科技課程實(shí)施。“2”是指兼具拓展性與研究性特點(diǎn)的思維課程和實(shí)踐課程，屬于選修課程，思維課程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，包括圖形化編程、Python課程；實(shí)踐課程是指注重智能軟硬件結(jié)合，動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)作智能作品的課程?！癗”是指將人工智能教育融入學(xué)校所有學(xué)科。與此同時(shí)，學(xué)校還不定期舉辦人工智能開放日，拓寬學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。必修課程與拓展課程互相聯(lián)系、互相補(bǔ)充，形成了“知識(shí)拓展—思維訓(xùn)練—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)”三部曲。

圖1

（二）因地制宜開發(fā)人工智能教育資源，破解人工智能學(xué)習(xí)困境

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是小學(xué)人工智能教育的重要方法，對(duì)學(xué)生的信息素養(yǎng)提升具有舉足輕重的作用。2022年4月，教育部正式公布了信息科技新課標(biāo)，其中強(qiáng)調(diào)了人工智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，這與青云小學(xué)前兩年的實(shí)踐不謀而合。人工智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有天然優(yōu)勢(shì)，它為發(fā)展學(xué)生利用計(jì)算思維設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)實(shí)際方案的能力提供了自主、探究、開放的學(xué)習(xí)場(chǎng)域。青云小學(xué)找準(zhǔn)定位，多方推進(jìn)，逐步構(gòu)建了合理的人工智能課程群生態(tài)。

1.構(gòu)建“學(xué)習(xí)村落”，創(chuàng)設(shè)個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)

學(xué)習(xí)是社會(huì)環(huán)境或特定情境中的知識(shí)建構(gòu)。青云小學(xué)打破了原有的“車間式”教室布局，將“墻”打破、打通，把“教育工廠”變成“學(xué)習(xí)村落”，學(xué)生的學(xué)習(xí)空間發(fā)生了一場(chǎng)重要變革，不再是完全固定的，而是多元的。除此之外，學(xué)校有效地進(jìn)行了功能重組，構(gòu)建了六大功能區(qū)，有探究區(qū)、發(fā)展區(qū)、交流區(qū)、合作區(qū)、展示區(qū)和創(chuàng)造區(qū)，既可以滿足教師講、學(xué)生聽的傳統(tǒng)教學(xué)，也可以滿足主題式、項(xiàng)目式、探究性、大單元等不同教學(xué)方式，并提供配套資源和技術(shù)工具。這里的學(xué)習(xí)中心可以實(shí)現(xiàn)校園的萬(wàn)物互聯(lián)和智慧感知，校園的一花、一草、一木、土壤、空氣、水源等，都可以成為人工智能實(shí)踐的對(duì)象。如用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能澆花、防大樹淹死智能保護(hù)、校園內(nèi)種植區(qū)植物的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等，這種真實(shí)的學(xué)習(xí)、真實(shí)的實(shí)踐、真實(shí)的動(dòng)手、真實(shí)的探究，為學(xué)生人工智能教育提供了落地的支架，是教育哲學(xué)的轉(zhuǎn)型。

2.開發(fā)教材資源，創(chuàng)造性地構(gòu)建人工智能學(xué)習(xí)活動(dòng)

信息技術(shù)日新月異，寫進(jìn)教材中的人工智能教學(xué)模塊，由于有地域、目標(biāo)、篇幅和結(jié)構(gòu)的限制，對(duì)于人工智能教育的內(nèi)容只是點(diǎn)到為止，給教師呈現(xiàn)的課程也只是提供了一個(gè)大概的框架。為了更好地實(shí)踐人工智能中涉及的體驗(yàn)、驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用部署等不同任務(wù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，青云小學(xué)嘗試從設(shè)計(jì)微項(xiàng)目入手，利用一系列人工智能編程軟件與教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)。這些人工智能編程軟件除了具有圖形化編程功能之外，還涵蓋了許多實(shí)用的機(jī)器學(xué)習(xí)、語(yǔ)音識(shí)別、人臉識(shí)別、文字識(shí)別等人工智能模塊，這些都為青云小學(xué)師生體驗(yàn)人工智能技術(shù)提供了良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3.開發(fā)學(xué)生資源，在主動(dòng)建構(gòu)中設(shè)計(jì)人工智能實(shí)驗(yàn)

學(xué)校在選擇和設(shè)計(jì)人工智能實(shí)驗(yàn)時(shí)，一是抓住學(xué)生的興趣點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造動(dòng)機(jī)；二是結(jié)合生活需求。如青云小學(xué)處于農(nóng)村地區(qū)，電瓶車、摩托車是家長(zhǎng)接送孩子上下學(xué)時(shí)的主要交通工具。我們通過(guò)日常觀察發(fā)現(xiàn)，家長(zhǎng)和學(xué)生對(duì)戴頭盔的安全意識(shí)還比較淡薄。基于此，學(xué)校以解決這一實(shí)際生活安全問(wèn)題為導(dǎo)向，將來(lái)源于實(shí)際生活需求的創(chuàng)意引入，借助學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)和制作智能頭盔。學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中，解決了真實(shí)的生活問(wèn)題，體驗(yàn)了創(chuàng)造的樂(lè)趣，感悟到了人工智能的力量。學(xué)校也形成了“源于生活—融合創(chuàng)造—用于生活”的人工智能教育生態(tài)。

（三）建構(gòu)了農(nóng)村小學(xué)生“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”學(xué)習(xí)模式，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展

如何更好地實(shí)踐人工智能中涉及的體驗(yàn)、驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用部署等不同任務(wù)的學(xué)習(xí)活動(dòng)呢？青云小學(xué)嘗試從設(shè)計(jì)基于農(nóng)村生活經(jīng)驗(yàn)的項(xiàng)目入手，利用人工智能開放平臺(tái)資源開展“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”學(xué)習(xí)活動(dòng)新模式，有效破解了人工智能學(xué)習(xí)活動(dòng)開展的困境。青云小學(xué)基于農(nóng)村實(shí)際狀況出發(fā)開展學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，而不是照搬基于城市情境的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)。

“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”人工智能學(xué)習(xí)活動(dòng)新模式主要是讓學(xué)生圍繞著真實(shí)項(xiàng)目開展活動(dòng)，包括項(xiàng)目分析、設(shè)計(jì)解決方案、實(shí)現(xiàn)解決方案和項(xiàng)目反思四個(gè)階段。在具體的項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，我們努力讓學(xué)生沉浸在理解、設(shè)計(jì)和建造一個(gè)新系統(tǒng)的創(chuàng)造性過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)農(nóng)村學(xué)生的內(nèi)在動(dòng)力，讓他們有成就感。如青云小學(xué)所處的農(nóng)村，有許多空巢老人，而且他們大多是文盲，不會(huì)操作智能手機(jī)。隨著年齡的增加，各種疾病也會(huì)增多，有很多老人一天內(nèi)往往要口服很多藥，但是在服藥過(guò)程中往往搞不清如何準(zhǔn)時(shí)按量服藥。通過(guò)這一生活情境，教師讓學(xué)生以周邊老年人服藥情況為調(diào)查樣本，進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查。經(jīng)過(guò)前期調(diào)查、數(shù)據(jù)匯總、創(chuàng)意構(gòu)思，讓學(xué)生給老人設(shè)計(jì)智能機(jī)器人，通過(guò)藥品盒子上的文字識(shí)別，結(jié)合他們自己錄制的“方言”，完成語(yǔ)音輸出實(shí)驗(yàn)，最后開發(fā)出老人使用時(shí)只需掃描相應(yīng)的藥片包裝文字，即可播報(bào)學(xué)生事先錄制的服藥劑量家鄉(xiāng)話的人工智能伴侶。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的人工智能學(xué)習(xí)和實(shí)踐，不僅培養(yǎng)了學(xué)生們的計(jì)算思維，發(fā)展了核心素養(yǎng)，最重要的是讓學(xué)生們親歷了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單智能系統(tǒng)的基本過(guò)程。

（四）設(shè)計(jì)跨學(xué)科項(xiàng)目，夯實(shí)核心素養(yǎng)

人工智能是一門綜合類課程，有著非常強(qiáng)的吸納能力，教師要善于從其他學(xué)科的課程中發(fā)現(xiàn)與人工智能教學(xué)有關(guān)的因素，進(jìn)行跨學(xué)科的整合，使項(xiàng)目式教學(xué)資源最大化、最優(yōu)化。

例如，在《江南》這首古詩(shī)的場(chǎng)景中，如何讓畫中的魚兒具有靈性，能聽懂我們的語(yǔ)言呢？對(duì)著魚兒說(shuō) “魚戲蓮葉東”，魚兒就會(huì)往右邊游；說(shuō)“魚戲蓮葉西”魚兒就會(huì)往左邊游……”通過(guò)AI語(yǔ)音識(shí)別模塊結(jié)合廣播等方式，就能輕松實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計(jì)，享受人工智能帶來(lái)的快樂(lè)。當(dāng)學(xué)生用自己的智慧，將一首首古詩(shī)，如《敕勒歌》《村居》《清明》《所見》等變成互動(dòng)的人工智能作品時(shí)，學(xué)生親歷了人工智能實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用場(chǎng)景、算法、計(jì)算思維、語(yǔ)音識(shí)別，讓學(xué)生在具體的微項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中學(xué)習(xí)人工智能，這樣的教學(xué)方法不僅能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中獲得智慧，還能有效地促進(jìn)人工智能應(yīng)用的發(fā)展。

人工智能教育的全面開展為學(xué)校創(chuàng)造了凸顯創(chuàng)新實(shí)踐特色的農(nóng)村小學(xué)人工智能教育新形態(tài)，為農(nóng)村學(xué)生帶來(lái)了“后發(fā)優(yōu)勢(shì)”，在創(chuàng)新實(shí)踐中將農(nóng)村生活經(jīng)驗(yàn)與新興科技創(chuàng)新融合，有效驅(qū)動(dòng)了學(xué)生的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力，激發(fā)了各學(xué)科在實(shí)際應(yīng)用中的知識(shí)需求，形成了強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促進(jìn)了高階思維、核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的有效提升和發(fā)展。學(xué)生不再是淺嘗輒止地體驗(yàn)人工智能技術(shù)，而是嘗試基于人工智能技術(shù)審視生活中的現(xiàn)象和問(wèn)題，根據(jù)真實(shí)生活的需要，運(yùn)用知識(shí)遷移能力和學(xué)科思維來(lái)解決實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。學(xué)生的信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、計(jì)算思維、信息社會(huì)責(zé)任等方面的素養(yǎng)都得到了夯實(shí)和發(fā)展。