王欣

人工智能教育正呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢(shì)，如何讓生活中的人工智能步入課堂，如何讓學(xué)生對(duì)人工智能深度理解與實(shí)踐而不再停留于淺層認(rèn)識(shí)，，還需要不斷探索突破。下面，筆者將簡(jiǎn)述所在學(xué)校人工智能校本課程開發(fā)與實(shí)施路徑，并以自己設(shè)計(jì)的《智能結(jié)算》一課為例，梳理總結(jié)經(jīng)驗(yàn)策略。

● 小學(xué)階段人工智能校本課程開發(fā)策略

2019年，筆者所在學(xué)校開始開發(fā)小學(xué)人工智能校本課程，以期讓身邊的人工智能技術(shù)走近學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)有所了解，并可以用人工智能技術(shù)進(jìn)行仿真與建模。

1.教材方向選取與課時(shí)保障

在開發(fā)人工智能教材時(shí)，注重從突破原理性知識(shí)、仿真建模等方向著手，將學(xué)生身邊可以接觸到的掃碼智能結(jié)算、智能聲控?zé)簟R體感游戲、視頻偵測(cè)、文字朗讀等人工智能技術(shù)納入課程開發(fā)內(nèi)容。在設(shè)計(jì)人工智能程序時(shí)，教學(xué)目標(biāo)不再停留在對(duì)人工智能技術(shù)的淺層認(rèn)識(shí)，而是深入學(xué)習(xí)人工智能的工作原理，理解算法，再通過圖形化編程平臺(tái)設(shè)計(jì)出人工智能程序。

在研究過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，目前全國(guó)專門開設(shè)人工智能課程的學(xué)校較少，多數(shù)學(xué)校以社團(tuán)的形式或者利用較少的信息技術(shù)課時(shí)傳授人工智能知識(shí)。因受課時(shí)限制，人工智能教學(xué)的普及率較低，同時(shí)又因場(chǎng)地受限，理論知識(shí)多于實(shí)踐活動(dòng)。為確保人工智能課程的有效實(shí)施，保障教學(xué)課時(shí)，筆者所在學(xué)校從地方課程校本化角度出發(fā)，將人工智能校本課程開發(fā)與粵教版信息技術(shù)課程融合，把地方課程教學(xué)目標(biāo)與人工智能培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合起來，為人工智能教學(xué)的有效實(shí)施提供保障路徑。這樣，通過每周一次的信息技術(shù)課，就可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行常態(tài)化的人工智能思維與能力培養(yǎng)。

2.創(chuàng)建人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境

（1）課堂內(nèi)環(huán)境建設(shè)。人工智能課堂建設(shè)一般包含教學(xué)資源、軟件平臺(tái)、機(jī)器人拼裝套件等。教學(xué)資源由學(xué)校人工智能團(tuán)隊(duì)教師結(jié)合校本教材進(jìn)行開發(fā)，目前已建立了8課時(shí)的教學(xué)資源庫(kù);因?yàn)槊嫦蛐W(xué)生，軟件平臺(tái)選擇圖形化編程軟件。經(jīng)過篩選對(duì)比，選擇了有人臉識(shí)別、二維碼識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、AR等人工智能模塊的某貓平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生可以通過相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，仿真建模人工智能程序，同時(shí)，還配套了機(jī)器人硬件，以體驗(yàn)為主，讓學(xué)生體驗(yàn)與專家系統(tǒng)對(duì)話的過程，還可以通過修改程序，給機(jī)器人增加技能。這些準(zhǔn)備，為課堂教學(xué)提供了豐富的教學(xué)資源。

（2）課堂外環(huán)境建設(shè)。人工智能思維培養(yǎng)不能局限在課堂空間，更應(yīng)該走入學(xué)生的生活，因此在校園建設(shè)上，加入了大量的人工智能應(yīng)用，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更多元的人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境。例如，在教室門口、功能室設(shè)置了電子班牌、人臉門禁系統(tǒng)，讓學(xué)生常態(tài)化體驗(yàn)人臉識(shí)別技術(shù);在教室安裝溫度、濕度傳感器，自動(dòng)感應(yīng)調(diào)節(jié)教室溫度;同時(shí)，搭建智慧物聯(lián)平臺(tái)，師生可以通過平臺(tái)遠(yuǎn)程控制空調(diào)、燈光、窗簾等設(shè)施，讓教室變得智慧起來。接下來，還將在校園內(nèi)建設(shè)智慧圖書亭，通過平臺(tái)，學(xué)生可以隨時(shí)了解自己的借書情況，學(xué)校也能掌握?qǐng)D書借閱的數(shù)據(jù)，為評(píng)出學(xué)校的閱讀之星及最受學(xué)生喜歡的圖書提供數(shù)據(jù)支持。為學(xué)生營(yíng)造全方位的人工智能技術(shù)應(yīng)用，也會(huì)在潛移默化中，給學(xué)生帶來知識(shí)與情感的內(nèi)化體驗(yàn)。

● 基于圖形化編程的人工智能校本課程設(shè)計(jì)

在查閱目前市面上出版的人工智能教材后，筆者發(fā)現(xiàn)，課程多以體驗(yàn)、理論為主，少有較為系統(tǒng)的人工智能編程課程。同時(shí)，如何將地方課程校本化，以保障教學(xué)課時(shí)，是需要集中解決的問題。通過研究粵教版信息技術(shù)教材發(fā)現(xiàn)，第三冊(cè)（上）教材內(nèi)容是用軟件學(xué)習(xí)圖形化編程，更容易與人工智能技術(shù)融合。因此，筆者所在學(xué)校研究團(tuán)隊(duì)用圖形化編程軟件模仿人工智能技術(shù)的工作原理，找到了問題解決的突破口，從而實(shí)現(xiàn)地方課程校本化的目的。

1.選定合適的圖形化編程平臺(tái)

確定了課程開發(fā)的內(nèi)容，就要選擇合適的圖形化編程平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)，應(yīng)該具有動(dòng)作、外觀、事件、控制、偵測(cè)、數(shù)字與邏輯運(yùn)算等基本模塊，還應(yīng)有人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等人工智能模塊。結(jié)合實(shí)際，通過反復(fù)對(duì)比斟酌，筆者所在學(xué)校研究團(tuán)隊(duì)選用某貓軟件為校本課程實(shí)踐平臺(tái)。

2.課程內(nèi)容融合設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)課程內(nèi)容前，先調(diào)查了解學(xué)生能接觸到的人工智能技術(shù)。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)二維碼圖像識(shí)別、人臉識(shí)別、聲控開關(guān)、AR體驗(yàn)游戲等有所了解，所以筆者將這些技術(shù)融入到課程中來。通過對(duì)學(xué)生認(rèn)知能力與知識(shí)建構(gòu)解析，設(shè)計(jì)了人工智能五年級(jí)上冊(cè)校本課程。具體課程目錄如下表所示。

● 《智能結(jié)算》教學(xué)設(shè)計(jì)

下面，筆者以《智能結(jié)算》一課為例展示課程設(shè)計(jì)思路。本課帶著學(xué)生分析智能結(jié)算系統(tǒng)的工作原理，用圖形化編程平臺(tái)編寫仿真的智能結(jié)算程序，再以小組為單位做職業(yè)體驗(yàn)，體驗(yàn)超市結(jié)算系統(tǒng)。

1.了解智能結(jié)算系統(tǒng)原理

智能結(jié)算對(duì)五年級(jí)的學(xué)生來說并不陌生，因?yàn)閷W(xué)生早就習(xí)慣不用紙幣而是用手機(jī)“掃一掃”的支付形式購(gòu)買物品。隨著技術(shù)的發(fā)展，超市、商場(chǎng)、快餐店里的服務(wù)人員在不斷減少，取而代之的是一臺(tái)智能結(jié)算設(shè)備。只要讓智能結(jié)算設(shè)備掃一下購(gòu)買物品的二維碼或條形碼，即可在屏幕上顯示出商品單價(jià)，點(diǎn)擊結(jié)算按鈕后，總價(jià)被計(jì)算出來即可通過手機(jī)進(jìn)行支付。因此，在課堂設(shè)計(jì)之初，要先帶著學(xué)生理清智能結(jié)算程序的設(shè)計(jì)流程圖。

2.建立商品信息庫(kù)

超市的物品要賣出，需要先將物品上架，即把商品信息輸入到一個(gè)信息庫(kù)中。信息庫(kù)里都應(yīng)該包含商品的哪些信息？通過學(xué)生討論思考，明確商品名稱與商品價(jià)格是關(guān)鍵信息，必不可少。如何給商品建立信息庫(kù)呢？這里將用到圖形化編程的模塊類的“列表”，用其來儲(chǔ)存商品信息，如下頁(yè)圖1所示。

3.制作商品二維碼

本次編程設(shè)計(jì)涉及二維碼的概念。什么是二維碼？怎么制作二維碼？機(jī)器又是如何識(shí)別二維碼的呢？因此，本課設(shè)計(jì)了人物“安安”與AI博士的對(duì)話，從而引出二維碼的概念。同時(shí)，在“不同‘視界”環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供了制作二維碼的簡(jiǎn)單方式，如下頁(yè)圖2所示。在學(xué)生學(xué)會(huì)操作后，請(qǐng)其制作出超市商品的二維碼清單，并將商品二維碼貼到對(duì)應(yīng)商品上。

4.編寫掃碼結(jié)算程序

前面已經(jīng)建立了兩個(gè)列表，分別顯示商品的名稱和價(jià)格。如果要計(jì)算購(gòu)買的商品總價(jià)，還需要模塊的另一個(gè)成員“變量”來幫忙。什么是變量？變量是指沒有固定的值，是可以改變的數(shù)。下面設(shè)計(jì)增加“和”變量用來記錄實(shí)時(shí)變化的商品總價(jià)的程序，如圖3所示。

增加變量后，可搭建掃碼結(jié)算程序。當(dāng)開啟攝像頭掃描二維碼時(shí)進(jìn)行條件判斷，如果二維碼掃描結(jié)果等于商品編號(hào)1，則將商品庫(kù)里的第1項(xiàng)顯示到“結(jié)算列表”中，以此類推。當(dāng)按結(jié)算按鈕時(shí)，則計(jì)算“結(jié)算列表”中商品的價(jià)格之和，以得出最后的結(jié)算總價(jià)。

5.模擬體驗(yàn)無人結(jié)算程序

編寫好程序，還需要測(cè)試檢驗(yàn)。筆者將學(xué)生分為多個(gè)小組，以小組為單位，請(qǐng)小組展示設(shè)計(jì)的無人超市結(jié)算系統(tǒng)，其他同學(xué)模擬體驗(yàn)，并反饋?zhàn)约旱氖褂酶惺?，以使設(shè)計(jì)者不斷優(yōu)化程序。

至此，本課內(nèi)容設(shè)計(jì)結(jié)束。本課涉及人工智能技術(shù)中的圖像識(shí)別技術(shù)，即識(shí)別二維碼圖像。希望學(xué)生對(duì)生活中常用的二維碼有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，能運(yùn)用列表、變量、AI模塊編寫出智能結(jié)算程序，通過這一過程，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維。

● 結(jié)語(yǔ)

在小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、設(shè)計(jì)思維、交互思維等素養(yǎng)，開發(fā)和實(shí)踐人工智能、信息技術(shù)課程可以說最直接有效的培養(yǎng)路徑。目前，我國(guó)人工智能課程仍處于初級(jí)發(fā)展階段，在開設(shè)人工智能課程時(shí)，還需要解決學(xué)什么、如何教、如何評(píng)價(jià)等問題。