鄉(xiāng)村小學普及人工智能教育對策與實踐

黃醒球

摘 要：隨著時代發(fā)展人工智能普及教育已成為當前重要戰(zhàn)略。文章針對鄉(xiāng)村小學開展人工智能教育教學面臨師資、資源、教學經(jīng)驗和學生基礎(chǔ)四大困境，并結(jié)合廣州市人工智能教育平臺提出五大解決對策，以某一小學為例闡述具體做法，促進鄉(xiāng)村小學人工智能普及教育的順利開展。

關(guān)鍵詞：鄉(xiāng)村小學；人工智能教育；對策

人工智能正在引領(lǐng)第四次工業(yè)革命，世界各國都將人工智能教育列入國家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略中。2017年7月，國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出要在中小學開設(shè)人工智能相關(guān)課程。由于人工智能是近年新興技術(shù)，學校開設(shè)人工智能課程存在不少困難，尤其是鄉(xiāng)村學校，缺少專業(yè)師資，沒有配套上課設(shè)備和教學資源，學生缺乏相關(guān)生活經(jīng)驗。針對鄉(xiāng)村小學在開展人工智能教育所遇到的困境，本文以某校實踐為例，從課程設(shè)置、師資提升、資源整合、平臺選擇和活動設(shè)計等方面開展了積極探索。

一、分層梯度推進人工智能課程

針對鄉(xiāng)村學生對人工智能認知基礎(chǔ)差異大的情況，結(jié)合廣州市人工智能教育目標，學校設(shè)置人工智能課程三級培養(yǎng)模式。首先是普及教育，每兩周一課時，全員開展，以通識教育為主，這層級的課程零起點，讓全體學生都能對人工智能進行初步認識，初步了解人工智能基本原理，培養(yǎng)人工智能學習興趣；二是開展人工智能課后興趣課程，教學對象為對人工智能有興趣且學有余力的學生，他們不滿足普及課堂上“點到為主”的體驗活動，期待有更進一步的學習，本層級的課程以廣州市人工智能教學平臺為基礎(chǔ)，以任務式驅(qū)動的自主探究學習，人工智能教師隨堂指導的形式開展；三是組建人工智能科創(chuàng)社團，在二級課程中挑選對人工智能有興趣、有特長的學生組建人工智能科創(chuàng)社團，開展項目式學習，使用人工智能解決生活中的問題，形成作品，參加各項課程評比活動，提升學生人工智能素養(yǎng)。

二、學研做結(jié)合提升師資水平

教育大計關(guān)鍵在教師。師資水平直接影響教育教學的發(fā)展。為了解決人工智能師資問題，學校首先挑選年輕、肯學、肯干的教師參與人工智能教育活動，由科組長領(lǐng)頭，積極組織教師參加上級組織的培訓活動，加深對人工智能的認知；在此基礎(chǔ)上，學校購買人工智能教育書籍，系統(tǒng)閱讀，更深入了解人工智能的知識，如深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、open cv圖像處理、mind＋開發(fā)等；再以項目學習的形式帶領(lǐng)學生開展研學活動，以具體的任務，邊做邊學邊教，教學相長。

三、因地取材多渠道整合教學資源

開展人工智能教育離不開相關(guān)的教學設(shè)備與資源。購買專業(yè)配套教學設(shè)備費用比較高，鄉(xiāng)村小學可以根據(jù)教學所需，因地取材，多渠道挖掘教學資源。首先，可以讓有條件的學生將家里的設(shè)備帶回來跟同學分享，如小度音箱、小米音箱、平板電腦和手機等，讓大家共同體驗人工智能在生活中的應用。其次，可以到網(wǎng)上購買開源硬件，搭建簡易的教學實驗設(shè)備，如筆者學校通過黨員微心愿的形式征集了一批攝像頭、掌控板和行空板等開源設(shè)備，開展教學活動。再次，使用虛擬平臺代替實體硬件開展教學，如廣州市電教館特意為人工智能推廣教育開發(fā)了教學平臺，平臺上配置有創(chuàng)意實驗室、虛擬實驗室和豐富的體驗資源，可以滿足開展人工智能課程的需要。

四、選擇合適的人工智能教學平臺

開展人工智能教育教學需要使用到各種軟硬件資源，為學生搭建學習體驗環(huán)境，不同的軟硬件要依賴不同的應用平臺，如編程貓、mind＋、mixly等。其中廣州市電化教育館也專門為人工智能教學研發(fā)了“人工智能教學平臺”，該平臺具有“資源管理”“作業(yè)管理”“賬號管理”“學情分析”“Ai體驗館”等功能模塊，能從學習資源、學習任務、學生、數(shù)據(jù)等多方面對教學活動進行管理，促進體驗學習的組織與開展。

五、以體驗活動為主線，提升教學實效

如何上好人工智能課，讓學生都喜歡人工智能課程，提高人工智能素養(yǎng)呢？根據(jù)廣州市人工智能實驗教材培養(yǎng)目標和內(nèi)容特點，以廣州市教研員劉載興老師提出體驗式教學范式為基礎(chǔ)，根據(jù)庫伯“學習圈”理論，將體驗學習過程分為“具體體驗—反思觀察—抽象概括—實踐應用”四個環(huán)節(jié)，并遵循“情境性”“親歷性”“主體性”“反思性”等原則，結(jié)合廣州市人工智能教學平臺的功能特點，設(shè)計互動式體驗式活動，促進學生人工智能學習。

人工智能體驗活動分為“創(chuàng)設(shè)情景，提出問題”“開展交互式體驗活動”“在交流與分享中引導反思”“微課引導，歸納升華”“實踐應用，加深認識”五個環(huán)節(jié)，讓學生經(jīng)歷具體到抽象認知，再到具體應用的過程。

下面，以“電腦能聽懂你的話”一課為例講述體驗活動的設(shè)計與實施。

（一）創(chuàng)設(shè)情景，提出問題

人工智能體驗教學需要根據(jù)學習目標、內(nèi)容和學生的特點創(chuàng)設(shè)真實的或模擬的情景。可通過人工智能教學平臺播放《我們的家》的家庭語音控制系統(tǒng)視頻引入話題，展示人工智能在生活中的應用，向?qū)W生營造學習主題情景，引入學習主題，提出學習目標。同時，在課堂上向?qū)W生展示跟小度音箱對話，將視頻中的情景帶到課室，由遠及近、由虛到實，讓學生身臨其境，讓學生初步體驗，并提出學習問題。

（二）開展交互式體驗活動

交互是學習過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，交互具有溝通信息、診斷學情、情感交流、促進反思等作用。為了提高學生在課堂中的體驗性和主體性，要圍繞人工智能教學目標設(shè)計相應的交互體驗活動，讓學生親身體驗與人工智能的交互，獲取真實的經(jīng)歷，為下階段的反思鋪墊。在教學中，組織學生在人工智能教學平臺上開展語音走迷宮體驗活動，通過語音控制動畫前進的方向，體驗“電腦聽懂你的話”。

（三）在交流與分享中引導反思

在體驗式活動中，要注意引導學生主動質(zhì)疑，或是教師通過設(shè)問引發(fā)學生思考，實現(xiàn)從具體體驗的感知層面發(fā)展到反思觀察的領(lǐng)悟?qū)用?。在活動中，可以采用體驗分享、分組討論、師生問答等形式促進學生反思。教師可以根據(jù)活動要求，設(shè)計多角度的觀察或操作練習，促進學生感悟和反思。在“電腦能聽懂你的話”教學中可以先讓學生分享語音走迷宮的經(jīng)歷，對比“不順利”的和“順利”的走迷宮情況，讓大家一起分析原因，為什么有時候電腦不能聽懂我們的話？一步一步引導學生理解語音識別的過程。

（四）微課引導，歸納升華

根據(jù)庫伯“學習圈”理論，體驗學習過程要經(jīng)歷“抽象概括”環(huán)節(jié)，將具體的學習經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為自身的知識，達成知識內(nèi)化。抽象概括要以反思為基礎(chǔ)，引導學生將反思中的感悟總結(jié)歸納，將隱性思想變成顯性知識表達。以微課為學習支架，將抽象的人工智能原理形象、具體、生動地解析出來。在教學中，經(jīng)過上一環(huán)節(jié)的交流和探討后，在教學平臺下發(fā)微課“語音識別工作原理”給學生觀看，促進學生更好地理解人工智能原理，并一起歸納語音識別流程。

（五）實踐應用，加深認識

實踐應用是檢驗學習的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學生經(jīng)過前面幾個環(huán)節(jié)的學習，基本了解相關(guān)人工智能原理，開展實踐應用，將原理應用于實際案例，對案例中設(shè)計的硬件搭建和代碼編寫更深入了解，印證了前面原理的學習，加深理解。在“電腦能聽懂你的話”一課中，可以讓學生在教學平臺的創(chuàng)意實驗室實踐探究做語音控制智能點燈，加強對語音識別的理解和運用。

體驗活動五個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，從個別到一般再到個別，從具體到抽象再到具體，符合科學認知規(guī)律。能有效促進學生對人工智能通識理解，提高人工智能學習興趣。

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