季菲

摘要：信息技術(shù)飛速發(fā)展，人工智能開(kāi)始進(jìn)入中小學(xué)課程中。本文以“手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別”為例，通過(guò)寓教于樂(lè)的小作品，對(duì)小學(xué)信息技術(shù)課堂的人工智能啟蒙教育進(jìn)行探究，以激發(fā)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：人工智能課堂;機(jī)器學(xué)習(xí);kittenblock;手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2021）07-0053-02

人工智能在小學(xué)信息技術(shù)課堂中的開(kāi)展方法

1.化難為易

北京航空航天大學(xué)副教授秦曾昌認(rèn)為，中小學(xué)AI教育的目的首先是讓學(xué)生會(huì)使用一些AI的應(yīng)用模塊。要做到深入淺出，由易到難，利用學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)和熟練使用的軟件，從熟悉感中拉近與人工智能的關(guān)系，讓學(xué)生有成就感，能在學(xué)習(xí)中融會(huì)貫通，逐步形成相關(guān)知識(shí)的架構(gòu)，最終達(dá)到舉一反三的效果。

2.化碎為整

人工智能中涵蓋的學(xué)習(xí)內(nèi)容較多，教師應(yīng)在教學(xué)前，設(shè)計(jì)相應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，可以先將相關(guān)程序控件以流程圖的形式展示給學(xué)生，再一步一步實(shí)現(xiàn)最終的目標(biāo)，讓學(xué)生預(yù)先知曉自己所做的是什么動(dòng)作，并在過(guò)程中逐步領(lǐng)會(huì)各個(gè)流程之間的關(guān)系，形成對(duì)問(wèn)題解答的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。

3.化寫(xiě)為示

教師在教學(xué)時(shí)可以弱化復(fù)雜的理論概念，讓學(xué)生通過(guò)現(xiàn)實(shí)生活情境初步了解什么是人工智能，什么是機(jī)器學(xué)習(xí)。鼓勵(lì)學(xué)生多想、多說(shuō)、多演，鼓勵(lì)學(xué)生編寫(xiě)腳本，理解其中的涵義，并能通過(guò)自我意識(shí)加以生活化，從而深入理解程序的意圖。

機(jī)器學(xué)習(xí)“手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別”的設(shè)計(jì)框架

下面，筆者以“手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別”為例，談?wù)勅绾卧谛W(xué)信息技術(shù)課堂中開(kāi)展人工智能教育。

1.課前激趣

通過(guò)展示人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)的例子（形色—識(shí)別花草圖片），引入人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)的概念。

2.教學(xué)鋪墊

課前，為了讓學(xué)生能更直觀地理解機(jī)器學(xué)習(xí)的原理，筆者節(jié)選了MobileNet識(shí)別物體和MNIST手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別這兩個(gè)方案來(lái)進(jìn)行初步的機(jī)器學(xué)習(xí)原理的教授。

教師用MobileNet識(shí)別物體讓學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)，給學(xué)生一個(gè)示例程序，讓學(xué)生先試用程序看能識(shí)別出哪些動(dòng)物。

MNIST手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別就是將帶有手寫(xiě)數(shù)字的圖片輸入到已經(jīng)訓(xùn)練過(guò)的機(jī)器中，且機(jī)器能夠很快識(shí)別圖片中的手寫(xiě)數(shù)字，并將結(jié)果打印出來(lái)。MNIST是一個(gè)包含數(shù)字0～9的手寫(xiě)體圖片數(shù)據(jù)集，圖片已歸一化為以手寫(xiě)數(shù)字為中心的28×28規(guī)格的圖片。MNIST由訓(xùn)練集與測(cè)試集兩個(gè)部分組成，訓(xùn)練集有60000個(gè)手寫(xiě)體圖片及對(duì)應(yīng)標(biāo)簽，測(cè)試集有10000個(gè)手寫(xiě)體圖片及對(duì)應(yīng)標(biāo)簽。

3.驗(yàn)證程序

要求學(xué)生利用Kittenblock（Kittenblock支持arduino、Microbit、MicroPython，利用kittenblock平臺(tái)，設(shè)計(jì)貼近小學(xué)生生活的學(xué)習(xí)目標(biāo)，可以更加簡(jiǎn)單、快速地讓小學(xué)生了解人工智能）制作手寫(xiě)筆來(lái)驗(yàn)證識(shí)別程序是否成功。首先，將識(shí)別的數(shù)據(jù)庫(kù)以及相關(guān)程序直接給學(xué)生，讓學(xué)生獨(dú)立制作一款手寫(xiě)數(shù)字的小軟件，然后將驗(yàn)證的環(huán)節(jié)交給程序自動(dòng)完成。

①導(dǎo)入畫(huà)筆（如圖1）。

②增加角色作為畫(huà)筆，拖入代碼。

③角色任意，這里以圓球?yàn)槔?，記得把球隱藏起來(lái)，隱藏按鍵如圖2中的畫(huà)框所示（如果不隱藏，會(huì)影響寫(xiě)字的效果）。

④積木塊代碼，如圖3所示。（顏色為白色，數(shù)字盡量寫(xiě)大一些，或者把畫(huà)筆加粗）

4.反饋完善

經(jīng)過(guò)前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)這個(gè)小程序已經(jīng)有了一定的了解，但是在測(cè)試過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)對(duì)于手寫(xiě)數(shù)字的識(shí)別，錯(cuò)誤率較高，于是對(duì)此展開(kāi)了討論。教師引導(dǎo)學(xué)生從程序中的模型數(shù)據(jù)著手，結(jié)合前面的示例思考是如何識(shí)別圖片的，明確需要通過(guò)增加模型的數(shù)量（如圖4）、使用正確的程序、計(jì)算機(jī)的高配置，才能提高識(shí)別的正確率，最終讓學(xué)生思考出機(jī)器學(xué)習(xí)的三要素：數(shù)據(jù)、算法、算力。

5.拓展暢想

最后，利用視頻案例進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)，讓學(xué)生暢想未來(lái)，使其對(duì)人工智能的強(qiáng)大功能有更加深刻的認(rèn)識(shí)，為日后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

人工智能進(jìn)課堂的展望

中小學(xué)階段人工智能課程的開(kāi)設(shè)，是新時(shí)代發(fā)展的必然選擇，但也要理性對(duì)待人工智能教育，不盲目跟風(fēng)，不急于求成。要想讓人工智能更好地進(jìn)入小學(xué)的基礎(chǔ)課程中，必須結(jié)合可視化編程，通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的模塊學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓小學(xué)生更好地理解人工智能的相關(guān)內(nèi)容，使人工智能逐漸從小眾教育變?yōu)橥ㄗR(shí)教育，從精英教育變?yōu)槠栈萁逃?/p>

參考文獻(xiàn)：

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本文系常州市優(yōu)秀教師城鄉(xiāng)牽手行動(dòng)項(xiàng)目成果。