石敏

（如皋市實驗小學(xué)，江蘇 南通 226500）

在最近的數(shù)十年里，人工智能取得了長足的發(fā)展，已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域。不論是從技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)興起的角度，還是從社會認(rèn)知的角度來說，人工智能都處在一個良好的歷史發(fā)展機(jī)遇中。然而，我國義務(wù)教育階段信息技術(shù)課程中人工智能教育的普及力度還不夠，很多地區(qū)在進(jìn)行信息技術(shù)教學(xué)時，只是生硬地讓學(xué)生模仿一些具體的常規(guī)操作，并未涉及人工智能教育。因此，促進(jìn)人工智能教育在義務(wù)教育階段順利推進(jìn)的重要性可見一斑。在小學(xué)階段，科學(xué)地開展人工智能教學(xué)活動不僅可以使學(xué)生提高信息技術(shù)應(yīng)用水平，還能夠幫助學(xué)生從小培養(yǎng)信息意識，增強(qiáng)信息核心素養(yǎng)。

一、人工智能教育與小學(xué)信息技術(shù)課程概述

（一）人工智能教育的發(fā)展史

人工智能（Artificial Intelligence）是一門研究機(jī)器如何模擬人類智慧和能力的跨領(lǐng)域的學(xué)科。人工智能自誕生之初就面臨著各種困難和挑戰(zhàn)，在60 多年的發(fā)展過程中，質(zhì)疑與期待并存，阻礙與突破同在。19世紀(jì)50年代，被世人稱為“人工智能之父”的艾倫·圖靈發(fā)表了論文“計算機(jī)器與智能”，這標(biāo)志著人類開始對人工智能進(jìn)行探索。在著名論文“機(jī)器能思考嗎？”中圖靈提出了有關(guān)機(jī)器思維的概念。第三次科技革命以來，人工智能經(jīng)歷了三次飛躍，兩次低谷。20世紀(jì)70年代，人工智能技術(shù)達(dá)到第一次高潮，出現(xiàn)了很多頂級算法，被廣泛地應(yīng)用到數(shù)字運算和自然語言處理領(lǐng)域。隨后，由于某些算法應(yīng)用范圍比較窄，無法廣泛推行，使得計算能力不足以支撐發(fā)展，人工智能技術(shù)跌落到低谷；20世紀(jì)80年代，隨著專家系統(tǒng)、多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、反向BP 計算等新技術(shù)的應(yīng)用，人工智能迎來了第二次高潮，不久，現(xiàn)代臺式電腦的發(fā)明使專家系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大大降低，人工智能遭遇財務(wù)危機(jī)，再次跌落低谷。直到2006年，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家Hinton 提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法，使人工智能技術(shù)再次迎來高潮。深度學(xué)習(xí)使得人工智能應(yīng)用的范圍更加廣泛，如常用的語音與視覺圖像識別功能、圖像檢測以及其他許多領(lǐng)域，在藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域和基因組合的研究中,人工智能技術(shù)也得到了應(yīng)用和發(fā)展，代表著信息科技發(fā)展的最前沿。正因為人工智能技術(shù)的高精尖性和復(fù)雜性，它在基礎(chǔ)教育中的普及程度一直不高，在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中處于起步階段。

（二）小學(xué)信息技術(shù)課程的發(fā)展歷程

我國的信息技術(shù)課程的前身是20世紀(jì)80年代開始在義務(wù)教育階段設(shè)立的計算機(jī)課程，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和信息技術(shù)的進(jìn)步，信息技術(shù)引起了教育界的廣泛關(guān)注，越來越多的教育工作者和研究者對信息技術(shù)教育進(jìn)行研究，其在基礎(chǔ)教育中的地位也越來越突出。21世紀(jì)至今，信息技術(shù)課程在我國的普及率不斷提高，基本上從小學(xué)三年級到高中二年級都有信息技術(shù)課程的安排，其中小學(xué)三年級到六年級，初中一、二年級每周一節(jié)，高中一、二年級每周兩節(jié)。信息技術(shù)是一門“年輕”的課程，在2001年新課改后才被納入中小學(xué)教學(xué)體系。信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，設(shè)置信息技術(shù)課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生通過理論知識的學(xué)習(xí)對計算機(jī)的本質(zhì)和原理進(jìn)行理解，并通過教學(xué)實踐培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用能力，提高利用計算機(jī)技術(shù)來解決具體問題的能力，是一門有很強(qiáng)實踐性的課程。計算機(jī)課程的實踐性決定了信息技術(shù)課程必須滿足于實際需求，適應(yīng)不斷發(fā)展變化的新技術(shù)，不能僅僅停留在理論和先前的技術(shù)上。因此，在信息技術(shù)課程上滲入比較前沿的新技術(shù)——人工智能是很必要的。

二、小學(xué)信息技術(shù)課程中開展人工智能教學(xué)分析

（一）政策解讀與“課標(biāo)”導(dǎo)向

隨著“人工智能+”理念的提出，人工智能已深入教育、科技、醫(yī)療等各個重要領(lǐng)域。為了適應(yīng)這種技術(shù)的變革，使學(xué)生能夠適應(yīng)信息化社會的發(fā)展，我國的教育政策和方針也進(jìn)行了調(diào)整。如今，國家對人工智能教育的重視度不斷提高，越來越重視人工智能方面人才的培養(yǎng)。2017年7月，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確要“把高端人才隊伍建設(shè)作為人工智能發(fā)展的重中之重，堅持培養(yǎng)和引進(jìn)相結(jié)合，完善人工智能教育體系，加強(qiáng)人才儲備和梯隊建設(shè)”，并“實施全民智能教育項目，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”。同時，也對人工智能教育做出了新的要求。信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中指出，信息技術(shù)課程是一門重視知識和技能結(jié)合的工具性課程。在義務(wù)教育階段，信息技術(shù)課程要幫助學(xué)生掌握基本的信息技術(shù)技能以適應(yīng)社會的發(fā)展，提高學(xué)生利用計算機(jī)解決問題的能力和信息素養(yǎng)，形成創(chuàng)新精神和信息技術(shù)意識。因此，在小學(xué)階段開展人工智能教學(xué)活動勢在必行。

（二）學(xué)習(xí)者的分析

根據(jù)R.M.加涅的《教育設(shè)計原理》提出的ADDIE 模型，在進(jìn)行教育設(shè)計時為了獲得更好的效果，首先要對學(xué)習(xí)者進(jìn)行分析。小學(xué)階段的兒童年齡集中在6～12 歲之間，根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展學(xué)說所提出的相關(guān)理論可以得知，按照孩子的認(rèn)知特征可以將其思維發(fā)展過程分為四大階段，其中6～12 歲之間的孩子處于具體的信息運算階段。這個階段的兒童思維認(rèn)知特點已經(jīng)不同于學(xué)前的經(jīng)驗認(rèn)知思維，他們具有對具體的實際問題進(jìn)行分析和判斷的邏輯性思維能力，已經(jīng)能夠初步掌握系統(tǒng)方法、處理序列，根據(jù)已經(jīng)習(xí)得的技能對相關(guān)的問題進(jìn)行處理，有了一套自己的認(rèn)知學(xué)習(xí)方式，能夠獨立地思考問題。但是小學(xué)生還不具備完善的抽象信息處理能力，還需要依靠一些具體、直觀的事物。因此，我們在對小學(xué)生開展人工智能教學(xué)時，就應(yīng)當(dāng)依靠一些具體的案例幫助他們理解和掌握。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，幾乎家家戶戶都能接觸到互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)代的小學(xué)生作為互聯(lián)網(wǎng)的原住民，對人工智能這一新興的科技接受度很高。盡管他們可能并沒有具體地學(xué)習(xí)過關(guān)于人工智能的具體知識，但他們對于生活中廣泛應(yīng)用的人工智能并不陌生?，F(xiàn)在，很多手機(jī)都配備了語音識別、人臉識別等功能，家用的智能機(jī)器人也日益普及，他們有相當(dāng)多的機(jī)會接觸到這些直觀具體的人工智能，因此，對小學(xué)生進(jìn)行人工智能概念的普及并不困難。

當(dāng)代的小學(xué)生每天與手機(jī)、電腦接觸頻繁，可以快速地了解新鮮的事物。新媒體碎片化的信息傳播方式也在考驗著小學(xué)生的信息整合能力。當(dāng)學(xué)生遇到疑問時可以在互聯(lián)網(wǎng)上快速獲取信息，這就使解答疑難、解決問題的成本大大降低，借助自己的能力去尋找問題的答案在一定程度上能夠激發(fā)學(xué)生的探索精神。作為教師應(yīng)從學(xué)生的認(rèn)知水平和思維特點出發(fā)進(jìn)行有針對性的分析，發(fā)現(xiàn)他們的優(yōu)點和不足，從而探索出有針對性的教學(xué)方法。

（三）存在的問題分析

教學(xué)的外部環(huán)境由教師、教材、學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)成。根據(jù)文獻(xiàn)研究，我們發(fā)現(xiàn)人工智能教學(xué)的外部環(huán)境存在很多問題。

首先，通過對全國范圍內(nèi)的教材進(jìn)行分析研究可以看出，不同地區(qū)間的教材編訂缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，知識模塊的編寫和銜接上也存在一些問題。一些教材缺乏最基本的邏輯性，語言晦澀，不容易理解。關(guān)于人工智能模塊的內(nèi)容，有的教材一筆帶過，涉及甚少，甚至有的教材沒有設(shè)計獨立的人工智能教學(xué)模塊。且根據(jù)調(diào)查，許多中小學(xué)信息技術(shù)課堂上甚至從未使用過相關(guān)教材。

其次，由于部分學(xué)校缺乏對信息技術(shù)教育足夠的重視，沒有配備相關(guān)專業(yè)技術(shù)水平的教師，大多選取其他學(xué)科教師去代課的方法。教師在授課時并不具備和重視邏輯性和整體性、系統(tǒng)性。

再次，信息技術(shù)教學(xué)的設(shè)備和資源也存在不平衡的現(xiàn)象。一線地區(qū)的信息技術(shù)課程形式多樣，有專門的人工智能課、STEAM 教育、創(chuàng)客教育等，但在一些教育資源短缺的地區(qū)，基礎(chǔ)的信息技術(shù)課程還存在設(shè)備不足、維護(hù)不周的現(xiàn)象。信息技術(shù)課程的開展必須依靠完善的設(shè)施，相關(guān)設(shè)施的維護(hù)也需要專業(yè)的人員和充足的資金。針對這種情況，政府和學(xué)校需要投入大量的資金支持。最后，人工智能作為一個前沿的科學(xué)技術(shù)，雖然近年來國家也出臺了相關(guān)的政策和文件以保障中小學(xué)信息技術(shù)課程中人工智能教育的發(fā)展，但人工智能教育在義務(wù)教育階段的普及率不高。一些起步較早的學(xué)校在政策的鼓勵下發(fā)展態(tài)勢良好，但起步較晚的學(xué)校即使有政策的支持和相關(guān)的設(shè)備，依舊存在不能合理有效安排人工智能教學(xué)課程的困境。

三、小學(xué)信息技術(shù)課程中開展人工智能教學(xué)的策略

（一）設(shè)置教學(xué)情境

根據(jù)小學(xué)生具象化的思維模式和認(rèn)知特點，在課堂教學(xué)中，為了引起學(xué)生對人工智能知識的興趣，可以借助多媒體教學(xué)設(shè)備將生活中的故事和案例展現(xiàn)出來。人工智能的相關(guān)技術(shù)和理論屬于比較專業(yè)和前沿的知識，小學(xué)生接受起來還是有一定難度的，而這些案例則比較直觀具體，學(xué)生可以輕易地進(jìn)行聯(lián)想和想象。例如，在“我們身邊的機(jī)器人”的教學(xué)設(shè)計中，我們可以播放機(jī)器人的相關(guān)視頻；在“機(jī)器人學(xué)走路”一課中，我們可以通過播放機(jī)器人走路的視頻設(shè)計教學(xué)情境。學(xué)生觀看視頻，進(jìn)行思考，從而營造學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

（二）運用多種方式教學(xué)

在開展人工智能教學(xué)的過程中，教師需要針對不同課程的內(nèi)容和特點采取多種形式的教學(xué)方法。在具體的教學(xué)過程中，可以采取任務(wù)驅(qū)動型、自主探究型、提問互動型相結(jié)合的模式。

1.任務(wù)驅(qū)動型

作為一種基礎(chǔ)的教學(xué)方法，任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)主要包括兩種方式，一種是給學(xué)生布置一個簡單的容易完成的任務(wù)，另一種是給學(xué)生布置一個具有創(chuàng)造性的任務(wù)，但是任務(wù)的布置也要結(jié)合具體的情況分析。對于簡單型的任務(wù)，教師可以在上課時布置，且要結(jié)合學(xué)生先前掌握的知識設(shè)計合適的任務(wù)。這種任務(wù)學(xué)生可以輕易地完成，有助于給予學(xué)生一種正向激勵。創(chuàng)造性任務(wù)適合作為課下作業(yè)，學(xué)生已經(jīng)通過課堂學(xué)習(xí)掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識，再輔助以其他的學(xué)習(xí)任務(wù)作為對相關(guān)知識的鞏固。

2.自主探究型

自主學(xué)習(xí)是指在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生通過自身對學(xué)習(xí)任務(wù)的理解來規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容以及學(xué)習(xí)任務(wù)的一種方式。在這一過程中，學(xué)生通過自我目標(biāo)的設(shè)定來進(jìn)行閱讀、聽講、研究、觀察、實踐等內(nèi)容，使個體可以在知識與技能、方法與過程、情感與價值中獲得改善和升華的行為方式。在自主學(xué)習(xí)中，教師的作用是對學(xué)生進(jìn)行有效的引導(dǎo)，通過帶領(lǐng)學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)過程中，再根據(jù)教師自身的猜想或假設(shè)，運用科學(xué)的方法對教學(xué)問題進(jìn)行研究，在研究過程中獲得創(chuàng)新實踐能力，獲得思維發(fā)展，自主構(gòu)建知識體系的一種學(xué)習(xí)方式。自主探究式的學(xué)習(xí)模式表現(xiàn)出的是學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，有助于學(xué)生掌握人工智能的具體運用方式并增強(qiáng)學(xué)生自主解決問題的能力。

3.提問互動型

根據(jù)佐藤的觀點，在自主學(xué)習(xí)中應(yīng)當(dāng)避免“主體性神話”，回歸學(xué)生的主人翁地位，克服虛假的主體性，在此過程中教師發(fā)揮的作用非常重要。教師應(yīng)通過不斷提問的過程來確保學(xué)生的注意力一直維持在課堂教學(xué)本身，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對課堂知識的理解。學(xué)生通過表達(dá)自己的觀點來發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)過程中存在的問題，做到及時糾正。筆者在教授“機(jī)器人學(xué)走路”這一課時就可以和學(xué)生交流互動，通過提問引導(dǎo)學(xué)生思考機(jī)器人直行、轉(zhuǎn)彎的原理，如“機(jī)器人可以直行，如果想要讓機(jī)器人走弧線，需要做出怎樣的設(shè)計”來引發(fā)學(xué)生思考。這種提問的方式可以引領(lǐng)學(xué)生層層深入，緊跟教師的節(jié)奏，學(xué)會操作方法，了解具體原理。

4.合作討論型

合作學(xué)習(xí)是在教學(xué)中運用小組形式，使學(xué)生共同開展學(xué)習(xí)活動，創(chuàng)建一種學(xué)習(xí)共同體，以促進(jìn)自己以及他人學(xué)習(xí)的一種方式。在人工智能的教學(xué)過程中，可以在課堂上布置小組作業(yè)，讓學(xué)生結(jié)合成小組，共同交流和討論。

在小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)中，引入人工智能教學(xué)有很重要的意義和價值。首先，可以提供學(xué)生對人工智能的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的信息意識。盡管人工智能的時代已經(jīng)來臨，在我們生活的不同領(lǐng)域中人工智能的影響隨處可見，但學(xué)生對于我們生活中人工智能帶來的變化已經(jīng)習(xí)以為常，對人工智能缺乏基本的了解，并不知道這些變化是由于人工智能所致。其次，人工智能教育還可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和解決問題的能力，學(xué)生通過對信息技術(shù)的掌握獲得了知識技能，這些技能可以潛移默化地影響學(xué)生的思維，幫助學(xué)生理性地、有邏輯地進(jìn)行思考。當(dāng)然，人工智能教學(xué)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有普及，信息技術(shù)課程中人工智能的應(yīng)用還有很長的路要走，如何在小學(xué)信息技術(shù)課程中科學(xué)地開展人工智能教學(xué)，值得廣大教育工作者更加深入地思考和研究。