黃曉曦

（福州市群眾路小學，福建 福州 350005）

隨著國務院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，人工智能教育受到廣泛關注。人工智能是一項復雜的綜合性技術(shù)課程，涉及各個方面。在小學階段設置人工智能相應的課程，并不是把人工智能相關專業(yè)課程與知識簡單下放到小學，而是需要充分考慮到小學生的身心發(fā)展特點以及認知起點，以人工智能為載體，讓學生親歷探究式學習的過程，充分調(diào)動學生對新技術(shù)的興趣，并賦能自身學習發(fā)展。開展人工教育，是人工智能時代所賦予的使命和任務，也是科學課融合變革的發(fā)展和挑戰(zhàn)。本文以小學中年級科學課《設計智能花房》為例，探討人工智能融合教育領域的實踐研究。

一、感受智能差異，聚焦育人目標

習近平總書記在2019 年國際人工智能與教育大會指出，人工智能是引領新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力。把握全球人工智能發(fā)展態(tài)勢，找準突破口和主攻方向，培養(yǎng)大批具有創(chuàng)新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。［1］教育工作者要進行人工智能教育，首先要明確育人目標。即通過教育，要培養(yǎng)什么樣的人？培養(yǎng)出來的人要具有什么樣的技能？只有解決好這個問題，才能擺正教育的正確方向。

（一）區(qū)分人的智能與人工智能

在育人目標設置方面，筆者把期待培養(yǎng)出來的學生品質(zhì)歸納為十二個字：懂智能，有眼光，敢創(chuàng)新，會合作。知識技能方面，要了解人工智能的簡單原理和應用，能夠區(qū)分人的智能和人工智能的不同，并具備與人工智能協(xié)作的能力。隨著5G 時代的來臨，人工智能技術(shù)在日常的生產(chǎn)生活中得到廣泛的應用。學生越來越多地接觸到人工智能技術(shù)，有的學生甚至把人工智能的應用作為一種習以為常的技術(shù)。如何能讓學生區(qū)分人的智能和人工智能的不同呢？戴爾的經(jīng)驗之塔告訴我們，讓學生擁有更多自主獲取知識的體驗，擁有更多活用技術(shù)的機會，才能讓學習真正發(fā)生。

《設計智能花房》的導入部分，營造一個需要大規(guī)模種植不同種類花朵的情境。學生第一反應是用自己的智能來解決問題，但是當花朵的種類不斷增多時，他們會感覺困難，此時要鼓勵學生嘗試著用各種方法解決問題，并記錄嘗試的過程。接著，呈現(xiàn)人工智能解決問題的方案，使學生充分體會到人工智能技術(shù)與人類智能的不同。再引導學生反思他們解決問題的流程和人工智能技術(shù)解決問題的異同，展開類比。比如，把自己看的過程類比為圖像識別的過程，把自己的知識儲備類比為人工智能技術(shù)背后的大型數(shù)據(jù)庫，把自己查詢植物圖譜的過程類比為人工智能的比對搜索的算法等。在這個過程中，教師創(chuàng)造一定的真實生活情景，讓學生在真實地嘗試解決生活中問題的過程中，結(jié)合自有知識經(jīng)驗，了解人工智能技術(shù)，應用人工智能技術(shù)。

（二）體驗人工智能帶來的變革與便利

在情境化的學習中，學生在體驗人的智能與人工智能不同的同時，還能夠體會到人工智能技術(shù)可以大大縮減解決問題所需的時間成本以及識別準確性的進步。《設計智能花房》中，學生嘗試自己查詢植物圖譜的過程是十分費時費力的，而借助人工智能可以快速生成識別結(jié)果。在設計識花的案例中，教學素材特地選擇了玫瑰和中國月季兩種容易混淆的花朵，一般學生基于現(xiàn)有的知識經(jīng)驗，不易將兩種花分別開來。因此，學生更加關注植物特征的提取，比如葉、花、刺等的細微不同，而人工智能正是做到特征的提取比對，才能準確地區(qū)分玫瑰和月季的不同。在這個過程中，學生既能感受到人工智能技術(shù)給生活帶來的極大的便利，激發(fā)學習動機，更重要的是了解人工智能的基本原理，明白人的智能和人工智能的異同，知道人工智能很大程度上是在模仿人的智能，其背后又有著大量的數(shù)據(jù)和不斷優(yōu)化的計算機程序的支撐。

想讓學生逐步了解人工智能，需要教育者基于學生的現(xiàn)有的認知水平、知識經(jīng)驗以及人工智能技術(shù)在生活中的應用，選取合適的素材，給學生創(chuàng)造一個真實的解決問題的情景，為他們學習的搭建腳手架。讓學生明白人工智能的“源”在哪里，從而滿懷信心和熱忱地投入學習中。

二、巧用開放平臺，提升智能協(xié)同

算法是人工智能的重要組成部分，但是基于小學生思維發(fā)展規(guī)律，五年級學生的思維基本上才開始由具象轉(zhuǎn)換為抽象。在這個過程中，如果強行給學生灌輸算法理解與編寫的知識，學生并不容易理解，反而會對人工智能產(chǎn)生疏離感，認為這項技術(shù)離他們太遙遠，他們力所不能及。如何培養(yǎng)學生與人工智能協(xié)作的能力呢？網(wǎng)絡上人工智能的開放平臺給教師提供了很好的解決方式。

（一）同一問題，在多平臺尋求解決方案

百度、阿里、訊飛等多家大型公司布局AI 開放平臺，并免費開放部分接口提供相應的人工智能服務，開放平臺覆蓋了多種人工智能技術(shù)的體驗。例如，在《設計智能花房》這個案例中，學生的識花活動，可以直接利用微信小程序上百度開放平臺中植物識別的功能，或利用“形色”“花伴侶”等識花手機app，或用計算機登陸AI 開放平臺識別圖片。解決同一個問題的方式可以有很多種。學生在多平臺尋求解決方案的過程中，既拓展視野，又能避免單一平臺識別帶來的錯誤，同時形成自己的智能應用偏好，為未來更加得心應手地使用人工智能打下堅實的基礎。

（二）同一平臺，拓展解決多種不同問題

嘗試識別花的過程，也是學生熟悉開放平臺的過程。AI 開放平臺，不僅僅有植物的識別，還有人臉識別、語音識別等功能，平臺對相應的技術(shù)進行了詳細的分類。以百度開放平臺為例，它將人工智能的基本應用分成語音技術(shù)、圖像技術(shù)、文字識別、人臉與人體識別、視頻技術(shù)、AR 和VR、自然語言處理、數(shù)據(jù)智能知識圖譜等。單看其中的一類，如圖像技術(shù)，又分成圖像識別、車輛分析、圖像審核、圖像搜索等，學生可以根據(jù)自己的興趣進行體驗。開放平臺的使用，讓學生知道圖像識別技術(shù)不僅能識別花朵等植物，還可以識別動物、菜品、地標、果蔬甚至是紅酒、貨幣等，拓展學生對人工智能技術(shù)在生活中應用的認知。同一種技術(shù)可以解決很多不同的問題。學生建立起這樣的認知之后，在生活中如果遇到問題，就可以考慮上百度AI 的開放平臺或者尋求其他人工智能技術(shù)的支持，嘗試解決問題。

（三）跨平臺協(xié)作，致力培養(yǎng)創(chuàng)新思維

在小學階段的人工智能教育中，最重要的是培養(yǎng)學生利用人工智能來解決問題的思維方式。對于小學生來說，能夠編輯算法并執(zhí)行算法來解決問題是十分困難的。例如，深度學習算法的背后是需要大量的數(shù)學知識的，對于大學本科的學生都非易事。小學階段首要做到能聽會看，敢想巧用。在《設計智能花房》的學習過程中，教師鼓勵學生綜合利用多種平臺，比如用微信小程序識別后，再用“花伴侶”查詢匹配植物習性，用“形色”制作植物卡片等，培養(yǎng)學生與人工智能協(xié)作的能力，建構(gòu)應用人工智能解決問題的創(chuàng)新性思維。鼓勵學生多想，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)路線，哪些功能可能留給未來去實現(xiàn)？在學生的想象中種下人工智能的種子，形成人工智能的生態(tài)。等他們長大后有能力設計算法進行計算時，就可以沿著之前的思路來設計。有時候好的想法往往比技術(shù)更加有價值，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提升學生的創(chuàng)新能力，比學習一些簡單的技術(shù)知識更加重要。

三、融合邏輯圖示，培養(yǎng)算法思維

在義務階段設置人工智能課程，其宗旨是為培養(yǎng)“符合智能化社會需求，具備良好計算思維和編程能力的創(chuàng)新人才”奠定基礎。［2］這要求教師實施融合教育，將小學科學、信息技術(shù)、綜合實踐活動等課程進行融合，為學生的思維發(fā)展打開一片新的天地。課程要能緊緊圍繞學生的核心素養(yǎng)發(fā)展，體現(xiàn)出人工智能技術(shù)與各個學科的交叉創(chuàng)新，即“人工智能+STEAM”課程體系。在這樣的課程背景下，如何培養(yǎng)學生的算法思維，成為教師應該思考和探索的重要問題。

（一）圖示繪制明晰流程

在小學中高年級學生中，圖形化編程的語言，如scratch 等語言的使用較為廣泛。但是在圖形化編程執(zhí)行之前，或者上課的地點并不在計算機房時，學生可以用什么方式來訓練算法思維呢？畫流程圖的方法給教師提供了解決方式。將流程圖的訓練貫穿整個上課的過程，包括學生要用流程圖來表示解決問題的步驟。如繪制《設計智能花房》中植物智能養(yǎng)護的流程圖（如圖1）。

圖1 植物養(yǎng)護流程圖

圖示繪制以能清楚說明流程為目的，具體形式不做限定。教師在引導學生繪制流程圖的過程中，滲透算法教育當中順序控制的理念，實際上就是要讓學生理解解決問題的流程。如繪制智能花房建構(gòu)的流程圖（如圖2）。

圖2 智能種植流程圖

（二）理清條件分析邏輯

學生繪制完建構(gòu)花房的流程后，還要思考實現(xiàn)智能控制的判斷條件以及觸發(fā)條件，還有哪里需要循環(huán)結(jié)構(gòu)等問題。在設計智能花房的體驗中，主要創(chuàng)設去除毒花雜草的情景，讓學生認識判斷結(jié)構(gòu)中的或與非的條件。如NOT 表示“非”關系，即假如沒有毒花，就不進行藥物清除。OR 表示“或”關系，即假如有雜草或毒花，就進行藥物清除。AND 表示“與”關系，即假如有雜草和毒花，就進行藥物清除和機械作業(yè)等。

學生在了解或與非的邏輯結(jié)構(gòu)之后，根據(jù)花朵的生長環(huán)境，確定2-3 個核心的要素，比如溫度和濕度。這時，學生要思考：如何進行溫度和濕度的控制？溫度和濕度的關系是“或與非”這三種邏輯結(jié)構(gòu)中的哪一種？根據(jù)自己的思考繪制流程圖，表示解決問題的流程。從邏輯圖示到圖形化編程，對于學生來說，知識落差并不大，大部分學生可以平穩(wěn)地過渡和遷移。利用流程圖示來訓練學生的算法思維，打破了時間與空間的限制，讓學生的注意力更多的關注解決問題的流程，從根本上提升學生的推理、決策能力。

四、結(jié)語

人工智能教育在小學階段的開展。是挑戰(zhàn)也是使命，對小學科學教師提出了更多學科專業(yè)知識外的要求。教師需要面向全體學生，保護他們對于人工智能這一新領域的好奇心的求知欲，選擇合適他們認知水平的學習內(nèi)容，融合他們喜聞樂見的科學主題。在輕松愉快的學習氛圍，讓學生學習人工智能知識，學會用人工智能學習，成為一個具有終身學習能力的學習者。