丁吉

（連云港市云臺(tái)農(nóng)場(chǎng)中心小學(xué)，江蘇 連云港 222000）

2016年，國(guó)家印發(fā)《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，針對(duì)小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)，連云港市海州實(shí)驗(yàn)小學(xué)校成立科技社團(tuán)，通過科技社團(tuán)以及小學(xué)信息技術(shù)課堂，實(shí)現(xiàn)全方位、立體化的教學(xué)轉(zhuǎn)變，不斷推動(dòng)信息技術(shù)教育模式的創(chuàng)新，提高學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維，讓學(xué)生沉浸于豐富多彩的機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中，通過編程控制機(jī)器人，提高學(xué)生的創(chuàng)造能力。小學(xué)階段的人工智能教育主要包括數(shù)據(jù)和算法分析，教師可以通過科技社團(tuán)開展機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中接受人工智能教育，完成編程，提高自主學(xué)習(xí)能力。

一、小學(xué)信息技術(shù)人工智能教育的主要內(nèi)容

1.了解機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)

在小學(xué)六年級(jí)的信息技術(shù)教材中，學(xué)生需要依靠機(jī)器人相關(guān)知識(shí)掌握人工智能技術(shù)，增強(qiáng)對(duì)人工智能技術(shù)的了解，提高自身的信息素養(yǎng)。首先，學(xué)生需要初識(shí)機(jī)器人，掌握機(jī)器人的概念、發(fā)展及歷史，主要分類。機(jī)器人的三大特征包括“大腦”“身體”和“動(dòng)作”，其中“大腦”可以自動(dòng)控制機(jī)器人的內(nèi)部程序，“身體”決定了機(jī)器人的外在結(jié)構(gòu)形態(tài)，“動(dòng)作”是指機(jī)器人具備完成動(dòng)作的能力，現(xiàn)代機(jī)器人建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上。

2.熟悉機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)

在學(xué)習(xí)機(jī)器人的過程中，學(xué)生必須掌握機(jī)器人所包含的硬件結(jié)構(gòu)，例如控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳感器等。在實(shí)踐教學(xué)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)機(jī)器人的基本硬件進(jìn)行組裝和拆卸，使學(xué)生由內(nèi)而外地了解機(jī)器人。在后期的機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中，學(xué)生需要自主設(shè)計(jì)機(jī)器人的外觀結(jié)構(gòu)，控制機(jī)器人，這些都要建立在熟悉硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，只有學(xué)生掌握了機(jī)器人的各個(gè)系統(tǒng)，熟悉了各部分功能，才能在外觀設(shè)計(jì)中融入自己的思想，保證機(jī)器人的應(yīng)用效果。

3.針對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程設(shè)計(jì)

編程設(shè)計(jì)是人工智能教育的重要內(nèi)容，學(xué)生需要熟練掌握編程環(huán)境，了解編程方法和編程原理，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，通過開發(fā)程序，控制機(jī)器人的動(dòng)作?！皺C(jī)器人平臺(tái)軟件”是學(xué)生進(jìn)行編程設(shè)計(jì)的基本軟件，只有在計(jì)算機(jī)上編寫相應(yīng)的程序，機(jī)器人才能按照程序執(zhí)行。首先，教師需要讓學(xué)生繪制流程圖，通過流程圖反映某一問題的解決步驟，然后認(rèn)識(shí)“學(xué)生機(jī)器人”平臺(tái)窗口，體驗(yàn)不同按鈕的功能，了解各類執(zhí)行控件。在掌握編程軟件的基礎(chǔ)上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)踐，通過編程控制機(jī)器人。

4.綜合運(yùn)用人工智能知識(shí)

通過學(xué)習(xí)機(jī)器人相關(guān)知識(shí)以及編程設(shè)計(jì)知識(shí)，學(xué)生最終需要應(yīng)用人工智能原理，在具體的項(xiàng)目中完成實(shí)踐，參與機(jī)器人競(jìng)賽、機(jī)器人項(xiàng)目制作。

二、機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)對(duì)人工智能教育的促進(jìn)作用

1.有助于提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力

在小學(xué)階段開展機(jī)器人創(chuàng)新活動(dòng)，能夠有效增強(qiáng)學(xué)生對(duì)編程知識(shí)的認(rèn)知，使學(xué)生靈活掌握各類機(jī)器人編程軟件，明確編程思路，發(fā)展學(xué)生的邏輯思維，提高學(xué)生的信息技術(shù)能力。小學(xué)階段是人工智能教育的啟蒙階段，教師必須將人工智能教學(xué)放在重要位置，一方面要讓學(xué)生感受人工智能對(duì)現(xiàn)代生活的影響，另一方面還要帶領(lǐng)學(xué)生鉆研人工智能技術(shù)，通過智能化機(jī)器人發(fā)掘其“智能”的原理，科學(xué)控制機(jī)器人，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，鼓勵(lì)學(xué)生將奇思妙想付諸實(shí)踐。機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)具有較強(qiáng)的趣味性和實(shí)踐性，在信息技術(shù)教學(xué)中擁有較高優(yōu)勢(shì)，有利于人工智能教育的開展。

2.有助于提高學(xué)生解決問題的能力

機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)是一種以學(xué)生為主體的教學(xué)方式，學(xué)生可以直接參與到實(shí)踐活動(dòng)當(dāng)中，針對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，解決機(jī)器人程序中存在的問題，并在這個(gè)過程中增強(qiáng)自身的創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)能力。機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)STEAM 教育，融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)，學(xué)生可以打破學(xué)科界限，從實(shí)際的問題出發(fā)，通過自主探究、實(shí)驗(yàn)、小組協(xié)作等方法，完成機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，在具體項(xiàng)目中優(yōu)化實(shí)踐成果。

三、基于人工智能教育的機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的基本模式

1.創(chuàng)建機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)基地

為更好地開展人工智能教育，學(xué)校需要為學(xué)生搭建機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)基地，為學(xué)生準(zhǔn)備充足的機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)材料，科普人工智能的知識(shí)，營(yíng)造充滿科技氛圍的校園環(huán)境，提高學(xué)生對(duì)現(xiàn)代科技的學(xué)習(xí)興趣。在初級(jí)階段，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，教師要讓學(xué)生掌握機(jī)器人的硬件，可以在機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)基地中開展“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手制作機(jī)器人。Arduino 機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以作為教學(xué)和實(shí)踐的工具，它主要包含控制器、傳感器、電機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等部分，零部件容易購(gòu)買，價(jià)格低廉，教師可以在實(shí)踐基地中鼓勵(lì)學(xué)生邊動(dòng)手實(shí)踐、邊學(xué)習(xí)機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)原理，引導(dǎo)學(xué)生連接電路，組裝機(jī)械部分，全面提高機(jī)器人制作效果。

2.形成創(chuàng)新型的教師隊(duì)伍

機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的開展需要融合科技社團(tuán)、課外實(shí)踐活動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、科普講座等內(nèi)容，需要全面增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的興趣，提高學(xué)生對(duì)人工智能知識(shí)的掌握程度?？萍忌鐖F(tuán)主要由信息技術(shù)教師牽頭，其他學(xué)生要在教師的帶領(lǐng)下開展科技探究、知識(shí)學(xué)習(xí)、參觀交流等活動(dòng)，所以教師的作用非比尋常，教師的信息素養(yǎng)、信息技術(shù)應(yīng)用水平直接影響科技社團(tuán)的運(yùn)作?；诖?，學(xué)校需要構(gòu)建創(chuàng)新型的教師隊(duì)伍，引入相關(guān)行業(yè)的能工巧匠，聘用人工智能機(jī)器人的程序員、設(shè)計(jì)師，全面提高小學(xué)信息技術(shù)教師的創(chuàng)新能力和信息素養(yǎng)，提高教師對(duì)人工智能教育的重視力度，增強(qiáng)教師在機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中的作用。機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)該成為學(xué)校的特色活動(dòng)，學(xué)?？梢詫?duì)信息技術(shù)教師開展培訓(xùn)，構(gòu)建機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的訓(xùn)練體系，為教師和學(xué)生提供資源，讓學(xué)生在機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中收獲更多知識(shí)和技能。

3.充分發(fā)揮科技社團(tuán)的作用

科技社團(tuán)是小學(xué)生開展科技創(chuàng)新、實(shí)施人工智能技術(shù)學(xué)習(xí)的重要組織，在機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的開展過程中，教師需要以科技社團(tuán)為依托，讓學(xué)生在玩中學(xué)，學(xué)中玩，充分激發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)器人的興趣，讓學(xué)生感受高新技術(shù)領(lǐng)域的最新概念。在科技社團(tuán)中，學(xué)生能夠了解豐富的科技知識(shí)，為學(xué)習(xí)人工智能、參加機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?；诳萍忌鐖F(tuán)，學(xué)生還可以和其他同學(xué)開展合作，科學(xué)分化活動(dòng)時(shí)間和活動(dòng)地點(diǎn)，共同完成機(jī)器人實(shí)踐活動(dòng)項(xiàng)目。

四、機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的開展策略

1.連接課內(nèi)課外“兩個(gè)課堂”

機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)需要與小學(xué)信息技術(shù)課堂相連接，教師要連接課內(nèi)課外“兩個(gè)課堂”，充分發(fā)揮第一課堂的教學(xué)作用，同時(shí)發(fā)揮第二課堂的實(shí)踐作用，利用第二課堂開展機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)機(jī)器人相關(guān)知識(shí)進(jìn)行科普，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。在第二課堂中，教師需要讓學(xué)生了解機(jī)器人的制作原理，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的典型算法，提高學(xué)生對(duì)編程語(yǔ)言的熟練程度，并開展豐富多彩的電子實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生獲得動(dòng)手能力的提高。通過實(shí)踐訓(xùn)練基地和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，教師可以讓學(xué)生上機(jī)操作，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，全面提高學(xué)生對(duì)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的熱情。Raspberry-Pi 機(jī)器人可以應(yīng)用于程序開發(fā)，支持C++、Python 等編程語(yǔ)言，可以充分融合電腦和單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)，在機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中發(fā)揮作用。為了更好地連接課內(nèi)和課外“兩個(gè)課堂”，教師可以在課內(nèi)教學(xué)中講解Python 等編程語(yǔ)言，讓學(xué)生掌握人工智能算法，增強(qiáng)學(xué)生的信息素養(yǎng)。在第二課堂活動(dòng)中，教師可以組織學(xué)生對(duì)RaspberryPi 機(jī)器人進(jìn)行編程，運(yùn)用Python 編程語(yǔ)言，結(jié)合人工智能算法，讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能化。RaspberryPi 廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能領(lǐng)域，教師可以指導(dǎo)學(xué)生在系統(tǒng)中增加語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等功能，通過算法知識(shí)讓機(jī)器人對(duì)外界物體進(jìn)行檢測(cè)，控制機(jī)器人對(duì)物體進(jìn)行追蹤，提高機(jī)器人的智能化程度。針對(duì)小學(xué)六年級(jí)學(xué)生而言，學(xué)生已經(jīng)具備了一定的編程能力，可以運(yùn)用Python 對(duì)機(jī)器人進(jìn)行簡(jiǎn)單編程，還可以充分發(fā)揮創(chuàng)新思想，運(yùn)用控制機(jī)械手舵的方法讓機(jī)器人完成抓取物體的動(dòng)作，增強(qiáng)對(duì)機(jī)器人的控制。

2.組織假期活動(dòng)與技能比賽

在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，教師可以充分利用寒暑假時(shí)間，開展機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，讓家長(zhǎng)廣泛參與到活動(dòng)當(dāng)中，開展親子技能比賽。家長(zhǎng)是學(xué)生的引路人，家長(zhǎng)在機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中的參與可以進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維。在以往傳統(tǒng)的技能競(jìng)賽中，很多競(jìng)賽都沒有充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，大多是由教師進(jìn)行實(shí)踐，學(xué)生觀看、模仿，這類競(jìng)賽難以提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，學(xué)生的信息素養(yǎng)和科技創(chuàng)新能力會(huì)停滯不前。針對(duì)這種情況，教師可以結(jié)合興趣小組，讓學(xué)生以小組為單位，開展趣味競(jìng)賽，鼓勵(lì)各小組學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自主操作，家長(zhǎng)和教師負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生的比賽結(jié)果進(jìn)行打分，科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)生的設(shè)計(jì)理念、實(shí)踐操作成果，全面發(fā)揮競(jìng)賽的價(jià)值，讓學(xué)生擁有更大的實(shí)踐空間。例如在“翻越障礙”的機(jī)器人競(jìng)賽中，教師可以為各個(gè)小組制定比賽規(guī)則，引導(dǎo)各小組自主設(shè)計(jì)機(jī)器人的外形，通過編程的方法控制機(jī)器人行為，讓機(jī)器人爬越障礙物。在比賽開始之前，教師和家長(zhǎng)需要共同設(shè)計(jì)比賽場(chǎng)地，用塑料軌道、紙板等材料布置障礙物，塑造出復(fù)雜的地形，標(biāo)注出起始地點(diǎn)、必經(jīng)路線、終點(diǎn)，各小組的學(xué)生需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓機(jī)器人穿越復(fù)雜地形，完成抓取任務(wù)，并將抓取物體放到指定位置，比賽的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括所用時(shí)間、目標(biāo)完成程度。通過技能比賽，各小組的學(xué)生可以通力合作，發(fā)揮自己的一技之長(zhǎng)，提高自身的創(chuàng)新能力，在控制機(jī)器人、完成比賽的過程中收獲成就感。家長(zhǎng)的參與能夠進(jìn)一步優(yōu)化競(jìng)賽氛圍，增強(qiáng)學(xué)生的自信心，提高競(jìng)賽的開放程度，有利于比賽效果的提高。

3.利用校企合作豐富教學(xué)內(nèi)容

在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，可以充分利用校企合作，教師在校企合作的基礎(chǔ)上豐富創(chuàng)新實(shí)踐教育的形式，讓學(xué)生接觸先進(jìn)的人工智能技術(shù)，了解機(jī)器人在不同行業(yè)中的應(yīng)用效果。在課余時(shí)間，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生參觀工業(yè)制造企業(yè)中的人工智能機(jī)器人，例如高鐵巡檢智能機(jī)器人、倉(cāng)庫(kù)分揀智能機(jī)器人、客戶服務(wù)智能機(jī)器人等。不同類型的機(jī)器人擁有不同的功能，例如交互型機(jī)器人，這一類機(jī)器人可以與操作員或者程序員進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，操作員可以通過語(yǔ)言的形式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，而自主型機(jī)器人可以完成一些模仿人類的任務(wù)，不需要外界人為的干預(yù)，具有一定的自主性，能夠?qū)ν饨邕M(jìn)行感知，及時(shí)處理問題，對(duì)事件進(jìn)行決策和執(zhí)行，獨(dú)立性較強(qiáng)。除此之外，還有傳感型機(jī)器人，這類機(jī)器人的智能化程度較低，內(nèi)部只有感應(yīng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是一種受計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人。通過實(shí)地參觀，學(xué)生可以親身了解不同機(jī)器人的類型，深度掌握機(jī)器人的工作原理，提高對(duì)機(jī)器人相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣?；谛Ｆ蠛献鳎處熯€可以引導(dǎo)學(xué)生在企業(yè)內(nèi)進(jìn)行實(shí)際操作體驗(yàn)，了解先進(jìn)機(jī)器人的編程過程，達(dá)到開闊學(xué)生視野、提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

在新的時(shí)代背景下，我國(guó)致力于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，旨在提高人才的科技素養(yǎng)，增強(qiáng)人才的實(shí)踐操作能力。在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，人工智能教育已經(jīng)成為重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，作為信息技術(shù)教師，需要組織更多開放型、創(chuàng)新型的教育教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生在活動(dòng)中鍛煉動(dòng)手能力，提高創(chuàng)新思維，從而樹立探究科學(xué)、創(chuàng)造創(chuàng)新的教學(xué)目標(biāo)。機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)能夠有效促進(jìn)人工智能教育的發(fā)展，學(xué)校需要不斷優(yōu)化師資隊(duì)伍，在校內(nèi)建立機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)基地，為信息技術(shù)教學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為學(xué)生開辟?gòu)V闊的實(shí)踐空間。在機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中，教師需要充分利用假期時(shí)間，聯(lián)合課內(nèi)課外“兩個(gè)課堂”，讓學(xué)生掌握更多的編程知識(shí)，參與機(jī)器人創(chuàng)新競(jìng)賽，全面提高學(xué)生的實(shí)踐技能。