“農(nóng)村娃”也能玩轉(zhuǎn)人工智能

楊云妹　沈崢嶸

【摘 要】人工智能教育逐漸成為我國基礎(chǔ)教育的熱點。蘇州市吳江區(qū)青云小學(xué)基于對學(xué)情和校情的深度調(diào)研，提出了將人工智能教育納入農(nóng)村小學(xué)科技教育體系的實踐思路。青云小學(xué)構(gòu)建了“1+2+N”人工智能教育模式，助推學(xué)生信息素養(yǎng)發(fā)展；因地制宜地開發(fā)了人工智能教育資源，破解人工智能學(xué)習(xí)困境；構(gòu)建 “項目驅(qū)動”學(xué)習(xí)模式，促進學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展；設(shè)計跨學(xué)科項目，夯實核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村小學(xué) 人工智能教育 “青小路徑”

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》把全面推進新一代人工智能提升到國家戰(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，形成我國人工智能人才高地等。在這種新的時代背景下，學(xué)校教育需要做出相應(yīng)的改變，才能滿足社會需求和學(xué)生發(fā)展需要。而對于青云小學(xué)——一所農(nóng)村小學(xué)來說，最好的切入點則是將其納入現(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，有針對性地完善課程體系，開展人工智能項目學(xué)習(xí)活動，為農(nóng)村科技教育注入新的發(fā)展活力。

一、問題與困惑：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際情況，學(xué)校曾以網(wǎng)絡(luò)問卷的形式對五、六年級學(xué)生進行了一次問卷調(diào)查。根據(jù)對調(diào)查結(jié)果進行分析，學(xué)生在人工智能學(xué)習(xí)方面主要存在以下問題：

1.學(xué)生對人工智能的概念認(rèn)識模糊

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

2.學(xué)生對于學(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)生都沒有認(rèn)識到學(xué)習(xí)人工智能知識能夠讓他們未來更好地適應(yīng)智能時代的快速發(fā)展。

3.學(xué)生獲取人工智能知識的渠道不足

調(diào)查顯示，學(xué)校有86.8%的學(xué)生都表示對學(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%。從理論上來說，學(xué)生可以上網(wǎng)查閱到關(guān)于人工智能的很多知識，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，一個小學(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。

（二）農(nóng)村小學(xué)在實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個接受過人工智能教學(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)實施人工智能教育，沒有統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)，在課程構(gòu)建過程中，教學(xué)目標(biāo)的確定、教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)課時的安排和調(diào)整、教學(xué)模式和教學(xué)策略的選用、課程評價和綜合教學(xué)場地的建設(shè)等方面，都存在著或大或小的分歧。

3．課時難以保障

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)的課時量，是難以承擔(dān)這項新的教育任務(wù)的。很多學(xué)校每周只有1課時的信息技術(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、爭取支持，形成了獨具特色的農(nóng)村小學(xué)人工智能教育的“青小路徑”。

二、實踐與行動：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，按照國家信息科技課程實施?！?”是指兼具拓展性與研究性特點的思維課程和實踐課程，屬于選修課程，思維課程培養(yǎng)學(xué)生計算思維，包括圖形化編程、Python課程；實踐課程是指注重智能軟硬件結(jié)合，動手實踐創(chuàng)作智能作品的課程。“N”是指將人工智能教育融入學(xué)校所有學(xué)科。與此同時，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、互相補充，形成了“知識拓展—思維訓(xùn)練—創(chuàng)新實驗”三部曲。

（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

實驗教學(xué)是小學(xué)人工智能教育的重要方法，對學(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)，其中強調(diào)了人工智能實驗教學(xué)的重要性，這與青云小學(xué)前兩年的實踐不謀而合。人工智能實驗教學(xué)具有天然優(yōu)勢，它為發(fā)展學(xué)生利用計算思維設(shè)計、實現(xiàn)實際方案的能力提供了自主、探究、開放的學(xué)習(xí)場域。青云小學(xué)找準(zhǔn)定位，多方推進，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)個性化的學(xué)習(xí)體驗

學(xué)習(xí)是社會環(huán)境或特定情境中的知識建構(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)中心可以實現(xiàn)校園的萬物互聯(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踐的對象。如用人工智能技術(shù)實現(xiàn)智能澆花、防大樹淹死智能保護、校園內(nèi)種植區(qū)植物的生長數(shù)據(jù)監(jiān)測等，這種真實的學(xué)習(xí)、真實的實踐、真實的動手、真實的探究，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

信息技術(shù)日新月異，寫進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，對于人工智能教育的內(nèi)容只是點到為止，給教師呈現(xiàn)的課程也只是提供了一個大概的框架。為了更好地實踐人工智能中涉及的體驗、驗證與實現(xiàn)、應(yīng)用部署等不同任務(wù)的實驗教學(xué)，青云小學(xué)嘗試從設(shè)計微項目入手，利用一系列人工智能編程軟件與教學(xué)平臺進行開發(fā)。這些人工智能編程軟件除了具有圖形化編程功能之外，還涵蓋了許多實用的機器學(xué)習(xí)、語音識別、人臉識別、文字識別等人工智能模塊，這些都為青云小學(xué)師生體驗人工智能技術(shù)提供了良好的實驗平臺。

3.開發(fā)學(xué)生資源，在主動建構(gòu)中設(shè)計人工智能實驗

學(xué)校在選擇和設(shè)計人工智能實驗時，一是抓住學(xué)生的興趣點，引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造動機；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、摩托車是家長接送孩子上下學(xué)時的主要交通工具。我們通過日常觀察發(fā)現(xiàn)，家長和學(xué)生對戴頭盔的安全意識還比較淡薄?；诖耍瑢W(xué)校以解決這一實際生活安全問題為導(dǎo)向，將來源于實際生活需求的創(chuàng)意引入，借助學(xué)生已有的生活經(jīng)驗，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計和制作智能頭盔。學(xué)生在這個過程中，解決了真實的生活問題，體驗了創(chuàng)造的樂趣，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“項目驅(qū)動”學(xué)習(xí)模式，促進學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展

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

“項目驅(qū)動”人工智能學(xué)習(xí)活動新模式主要是讓學(xué)生圍繞著真實項目開展活動，包括項目分析、設(shè)計解決方案、實現(xiàn)解決方案和項目反思四個階段。在具體的項目教學(xué)實施過程中，我們努力讓學(xué)生沉浸在理解、設(shè)計和建造一個新系統(tǒng)的創(chuàng)造性過程中，驅(qū)動農(nóng)村學(xué)生的內(nèi)在動力，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，不會操作智能手機。隨著年齡的增加，各種疾病也會增多，有很多老人一天內(nèi)往往要口服很多藥，但是在服藥過程中往往搞不清如何準(zhǔn)時按量服藥。通過這一生活情境，教師讓學(xué)生以周邊老年人服藥情況為調(diào)查樣本，進行問卷調(diào)查。經(jīng)過前期調(diào)查、數(shù)據(jù)匯總、創(chuàng)意構(gòu)思，讓學(xué)生給老人設(shè)計智能機器人，通過藥品盒子上的文字識別，結(jié)合他們自己錄制的“方言”，完成語音輸出實驗，最后開發(fā)出老人使用時只需掃描相應(yīng)的藥片包裝文字，即可播報學(xué)生事先錄制的服藥劑量家鄉(xiāng)話的人工智能伴侶。項目驅(qū)動的人工智能學(xué)習(xí)和實踐，不僅培養(yǎng)了學(xué)生們的計算思維，發(fā)展了核心素養(yǎng)，最重要的是讓學(xué)生們親歷了設(shè)計與實現(xiàn)簡單智能系統(tǒng)的基本過程。

（四）設(shè)計跨學(xué)科項目，夯實核心素養(yǎng)

人工智能是一門綜合類課程，有著非常強的吸納能力，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，進行跨學(xué)科的整合，使項目式教學(xué)資源最大化、最優(yōu)化。

例如，在《江南》這首古詩的場景中，如何讓畫中的魚兒具有靈性，能聽懂我們的語言呢？對著魚兒說 “魚戲蓮葉東”，魚兒就會往右邊游；說“魚戲蓮葉西”魚兒就會往左邊游……”通過AI語音識別模塊結(jié)合廣播等方式，就能輕松實現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計，享受人工智能帶來的快樂。當(dāng)學(xué)生用自己的智慧，將一首首古詩，如《敕勒歌》《村居》《清明》《所見》等變成互動的人工智能作品時，學(xué)生親歷了人工智能實驗的應(yīng)用場景、算法、計算思維、語音識別，讓學(xué)生在具體的微項目實踐過程中學(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)生在實驗的過程中獲得智慧，還能有效地促進人工智能應(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)生帶來了“后發(fā)優(yōu)勢”，在創(chuàng)新實踐中將農(nóng)村生活經(jīng)驗與新興科技創(chuàng)新融合，有效驅(qū)動了學(xué)生的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力，激發(fā)了各學(xué)科在實際應(yīng)用中的知識需求，形成了強烈的學(xué)習(xí)動機，促進了高階思維、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)象和問題，根據(jù)真實生活的需要，運用知識遷移能力和學(xué)科思維來解決實現(xiàn)問題。學(xué)生的信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、計算思維、信息社會責(zé)任等方面的素養(yǎng)都得到了夯實和發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

熊璋.“科”“技”并重：義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)解讀——訪義教信息科技課標(biāo)組組長熊璋教授[J].中國信息技術(shù)教育，2022（9）.